一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，以煤矸石、助熔劑和發(fā)泡劑為原料，并通過粉磨、均化、造粒、高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡等過程，制備輕質(zhì)、高強(qiáng)保溫隔熱墻體材料。本發(fā)明涉及的煤矸石摻入量大，并利用煤矸石中的殘余碳充分燃燒產(chǎn)生的熱量，使煤矸石引入的熱量基本可滿足燒成要求，節(jié)約燃料并大幅度降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明制得的保溫墻體材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，其體積密度為250～600kg/m3，抗壓強(qiáng)度為3.0～11.0MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.08～0.13W/(m·k)，是一種集保溫、防水、防火、耐腐蝕和抗老化性能的新型隔熱保溫墻體材料，切割成砌塊可以用作自保溫墻體材料，切割成條板可用作輕質(zhì)隔墻板。
【專利說明】一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤矸石是煤伴生廢石，在掘進(jìn)、開采和洗煤過程中排出的固體廢棄物，是碳質(zhì)、泥 質(zhì)和砂質(zhì)頁巖的混合物，且具有一定的熱值。我國年排放量6億噸，目前已累計堆放50多 億噸，成為我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。煤矸石排放堆積不僅造成資源浪費(fèi)、占 用土地，且存在一定的環(huán)境污染等隱患。根據(jù)有關(guān)資料報道，國外一些國家對煤矸石的利 用已達(dá)90%以上，而我國現(xiàn)階段對煤矸石的利用率僅30%左右，主要用于發(fā)電，提取各種 鋁制化合物，建筑用磚等方面，雖然這些應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了煤矸石的部分資源化利用，但是利用率 低，甚至?xí)斐啥挝廴尽?br> [0003] 目前我國外墻一般采用蒸壓加氣混凝土砌塊外加保溫層的墻體結(jié)構(gòu)，該墻體結(jié)構(gòu) 層次復(fù)雜，多次施工，墻體整體性差。常用的蒸壓加氣混凝土砌塊存在吸水率高、抗凍性能 差、強(qiáng)度低、導(dǎo)熱系數(shù)較高等不足，外墻保溫層采用的聚苯板等有機(jī)材料存在防火性能差、 易老化、使用壽命短等缺陷。而內(nèi)墻常用的水泥類輕質(zhì)隔墻則存在易收縮開裂的問題；現(xiàn)有 的發(fā)泡陶瓷保溫板燒成溫度窄（對燒結(jié)溫度控制要求高）、且需采用濕法粉磨，噴霧干燥， 隧道窯單層燒制等高能耗工藝，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高市場競爭差。因此，急需開發(fā)新型輕質(zhì)保溫 墻體材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，該方法以煤 矸石為主要原料，并由煤矸石作為主要燃料制備輕質(zhì)保溫墻體材料，涉及的制備工藝簡單、 生產(chǎn)成本和能耗低，并可同步實(shí)現(xiàn)煤矸石資源化利用，制得的墻體材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、防 水和隔熱等優(yōu)異性能，可用作自保溫墻體及室內(nèi)隔墻材料。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體 材料的方法，以煤矸石、助熔劑和發(fā)泡劑為原料，各原料所占質(zhì)量百分比為：煤矸石71? 95%，助熔劑4. 5?26. 5%，發(fā)泡劑0. 3?2. 5%，其制備方法包括以下步驟：
[0006] 1)原料的制備：按設(shè)計配比稱取各種原料，裝入球磨機(jī)球磨、混合，得混合粉料；
[0007] 2)造粒：將步驟1)中制得的混合粉料進(jìn)行造粒，制成粒度為0. 5?IOmm粒狀粉 料。
[0008] 3)裝模：將步驟2)中制得的粒狀粉料裝入涂有脫模材料的拼裝式耐火材料模具 中；
[0009] 4)將步驟3)中裝有混合粉料的耐火模具送入窯爐內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱升溫、燒結(jié)、發(fā)泡 三個階段燒制發(fā)泡材料，預(yù)熱升溫階段所需熱量由窯爐內(nèi)的高溫?zé)煔馓峁?，?dāng)溫度升至 500?650°C時，煤矸石中殘余碳發(fā)生燃燒，對混合粉料的燒結(jié)和發(fā)泡過程提供熱量，同 時通過窯爐燒成帶設(shè)置的燒嘴根據(jù)需要補(bǔ)充燃料，控制窯爐溫度升至發(fā)泡溫度1150? 1220°C，升溫速率為2?8°C /min，在發(fā)泡溫度下保溫0. 5?2h，得發(fā)泡材料；
[0010] 5)冷卻、脫模、切割：將步驟4)中得到的發(fā)泡材料在窯爐中冷卻至常溫，出窯后經(jīng) 脫模，所需的輕質(zhì)保溫墻體材料（自保溫砌塊或隔墻板）。
[0011] 根據(jù)上述方案，所述煤矸石中Al2O3彡15wt%。
[0012] 根據(jù)上述方案，所述助熔劑是為長石、碎玻璃、鐵尾礦、白云石、滑石、菱鎂礦、純 堿、碳酸鉀、螢石、硼砂中的一種或幾種按任意配比混合，用于降低燒結(jié)溫度并改善發(fā)泡性 能。
[0013] 根據(jù)上述方案，所述發(fā)泡劑為碳化硅、三氧化二鐵、硫酸鈣中的一種或幾種按任意 配比混合。
[0014] 根據(jù)上述方案，所述高溫?zé)煔庵饕獮榉哿现忻喉肥瘹堄嗵既紵龝r產(chǎn)生的高溫?zé)煔?或窯爐燒成帶燃燒設(shè)備（燒嘴）中燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔狻?br> [0015] 根據(jù)上述方案，粉磨采用干法粉磨或濕法粉磨，粉磨至原料細(xì)度< 50 μπι，粉磨過 程中實(shí)現(xiàn)各原料的均化。其中干法粉磨制備的粉料可直接裝模，為減少粉磨過程中的粉料 的團(tuán)聚提高物料混合的均勻性，可引入一定量的分散劑，分散劑為三乙醇胺、二乙二醇等， 摻入量占固體原料質(zhì)量的〇. 01?〇. 03%。
[0016] 根據(jù)上述方案，所述窯爐為隧道窯或輥道窯，窯爐燒成帶設(shè)置燒嘴，補(bǔ)充氣體或液 體燃料，并控制和調(diào)節(jié)燒結(jié)、發(fā)泡溫度。所述燃料為氣體燃料或液體燃料，氣體燃料為天然 氣或煤氣，液體燃料為輕質(zhì)柴油或重油。
[0017] 根據(jù)上述方案，所述耐火模具是由一個底板和四個圍邊條組成，可以根據(jù)產(chǎn)品尺 寸要求自由組合圍邊條，組成矩形摸框；脫模材料為氧化鋁粉或耐高溫棉紙。
[0018] 根據(jù)上述方案，所述高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡所需熱量主要利用煤矸石自身的熱量，并通過 燒嘴補(bǔ)充少量其它燃料調(diào)節(jié)燒成溫度。具體實(shí)現(xiàn)過程為：所述混合粉料置于窯爐后經(jīng)預(yù)熱、 高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡、冷卻等過程出窯，其中預(yù)熱升溫階段所需的熱量主要由窯內(nèi)高溫?zé)煔馓?供，當(dāng)溫度達(dá)到煤矸石的殘余碳燃燒溫度500?650°C時，后續(xù)的熱升溫過程及高溫?zé)Y(jié)、 發(fā)泡過程所需的熱量主要由煤矸石中殘余碳不斷得到充分燃燒產(chǎn)生，熱量不足部分由窯爐 燒成帶設(shè)置的燒嘴噴入氣體或液體燃料進(jìn)行補(bǔ)充，控制溫度升至發(fā)泡溫度1150?1220°C， 且升溫速率控制為2?8°C /min，在發(fā)泡溫度保溫0. 5?2h，完成燒結(jié)、發(fā)泡過程。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] (1)本發(fā)明以工業(yè)固體廢棄物煤矸石為主料原料，煤矸石的利用率在71 %以上， 甚至高達(dá)95%，煤矸石利用量大，利用率高，開辟了一種煤矸石高效利用的新途徑。不僅實(shí) 現(xiàn)了廢棄物資源化利用，而且節(jié)約天然礦產(chǎn)資源，利于環(huán)境的保護(hù)和改善。
[0021] (2)本發(fā)明所用原料煤矸石具有一定的熱值，可為高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡過程提供部分或 全部熱量，顯著降低補(bǔ)充燃料的使用量，從而節(jié)約燃料，大幅度降低生產(chǎn)成本。
[0022] (3)本發(fā)明采用的干法粉磨、輥道窯燒成工藝，節(jié)能約40%，實(shí)現(xiàn)了泡沫陶瓷保溫 材料節(jié)能低成本制備。
[0023] (4)本發(fā)明也可采用的干法粉磨、隧道窯多層架窯煅燒工藝，節(jié)能約20%，生產(chǎn)效 率可成倍提高。
[0024] (5)本發(fā)明所制備的墻體材料為經(jīng)高溫?zé)贫傻臒o機(jī)保溫材料，其具有的輕質(zhì)、 高強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、不燃和吸水率低等優(yōu)良性能，可用作自保溫墻體材料，解決了傳統(tǒng)輕質(zhì) 墻體材料蒸壓加氣混凝土砌塊存在的吸水率高、抗凍性能差、強(qiáng)度低和導(dǎo)熱系數(shù)高的問題， 同時解決了傳統(tǒng)有機(jī)類外墻保溫材料存在的易燃、易老化、使用壽命短等問題，是一種新型 的墻體保溫材料。
[0025] (6)本發(fā)明所制備的墻體材料是一種集填充、保溫、裝飾三位一體的新型綠色外墻 材料，可有效保證墻體的整體性，并可減少施工工序，縮短施工周期，降低施工成本。
[0026] 本發(fā)明所制備的墻體材料也可用作輕質(zhì)隔墻板，具有輕質(zhì)、隔音和體積穩(wěn)定性好 等優(yōu)點(diǎn)，且便于安裝，表面平整，不需抹砂漿，可降低施工費(fèi)用。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0028] 以下的實(shí)施例中，制備的輕質(zhì)保溫墻體材料的性能測試方法如下：抗壓強(qiáng)度的測 試方法參照《泡沫玻璃絕熱制品》（JC/T647-2005);熱導(dǎo)率的測試方法參照《絕熱材料穩(wěn)態(tài) 熱阻及有關(guān)特性的測定一防護(hù)熱板法》（GB/T10294-2008);容重和吸水率的測試方法參照 《多孔陶瓷性能測試方法》（GB/T1966-1996)。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，各原料及其所占質(zhì)量百分比為： 煤矸石88 %，白云石3. 8 %，碎玻璃7 %，發(fā)泡劑1. 2 %，所述煤矸石為粘土巖矸石，所述發(fā)泡 劑為碳化硅和硫酸鈣的混合物，其中碳化硅和硫酸鈣的質(zhì)量比為1: 1，其制備方法包括以下 步驟：
[0031] 1)將稱量好的各種原料共同裝入球磨機(jī)中，進(jìn)行干法粉磨，為減少粉磨過程中粉 料的團(tuán)聚提高均化效果，按占固體原料質(zhì)量0.2%。的比例加入三乙醇胺作為分散劑，粉磨至 細(xì)度< 50 μ m，得到混合粉料；
[0032] 2)將所得的混合粉料，通過造粒機(jī)制成0. 5?IOmm的粒狀粉料；
[0033] 3)將所得粒狀粉料直接裝入涂有氧化鋁（脫模材料）的拼裝式耐火材料模具中， 將表面刮平；
[0034] 4)將裝有粒狀粉料的耐火模具送入隧道窯中，粒狀粉料首先與窯內(nèi)的高溫?zé)煔膺M(jìn) 行熱交換，溫度升至500°C左右時，煤矸石中的殘余碳著火燃燒，為后續(xù)升溫及高溫?zé)Y(jié)、發(fā) 泡過程提供熱量，熱量不足部分通過安裝在窯爐內(nèi)燒成段的天然氣燒嘴噴入天然氣加以補(bǔ) 充，并控制發(fā)泡溫度和時間，當(dāng)溫度達(dá)到1050°C左右時，燒結(jié)過程開始，溫度達(dá)到1175°C時 開始發(fā)泡，整個升溫過程的速率控制在2?8°C /min，在發(fā)泡溫度1175°C下，保溫2. 0h，發(fā) 泡完成，制得發(fā)泡材料；
[0035] 5)保溫結(jié)束后經(jīng)冷卻、脫模、切割得所述輕質(zhì)保溫墻體材料。
[0036] 本實(shí)施例煤矸石中的殘余碳燃燒提供的熱量為整個燒成過程所需熱量的65%，其 余熱量通過燒成帶的燒嘴噴入天然氣進(jìn)行補(bǔ)充，以控制發(fā)泡溫度，實(shí)現(xiàn)充分燒結(jié)和發(fā)泡過 程，將制得的輕質(zhì)保溫墻體材料按上述標(biāo)準(zhǔn)對材料性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。
[0037] 表1實(shí)施例1制得的輕質(zhì)保溫墻體材料的性能

【權(quán)利要求】
1. 一種利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，其特征在于，以煤矸石、助熔劑和發(fā) 泡劑為原料，各原料所占質(zhì)量百分比為：煤矸石71?95%，助熔劑4. 5?26. 5%，發(fā)泡劑 0. 3?2. 5%，其制備方法包括以下步驟： 1) 原料的制備：按設(shè)計配比稱取各種原料，裝入球磨機(jī)粉磨、混合，得混合粉料； 2) 造粒：將步驟1)中制得的混合粉料進(jìn)行造粒得到粒狀粉料； 3) 裝模：將步驟2)中制得的粒狀粉料裝入耐火材料模具中； 4) 燒結(jié)、發(fā)泡：將步驟3)中裝有粒狀粉料的耐火模具送入窯爐內(nèi)，首先通過窯爐內(nèi)的 高溫?zé)煔膺M(jìn)行預(yù)熱升溫，同時通過窯爐燒成帶設(shè)置的燒嘴補(bǔ)充燃料，控制窯爐溫度升至發(fā) 泡溫度1150?1220°C，升溫速率為2?8°C /min，在發(fā)泡溫度下保溫0. 5?2h，得發(fā)泡材 料； 5) 冷卻、脫模、切割：將步驟4)中得到的發(fā)泡材料在窯爐中冷卻至常溫，出窯后經(jīng)脫 模、切割得輕質(zhì)保溫墻體材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，其特征在于，所述煤矸石中 A1203^ 15wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，其特征在于，所述助熔劑為 長石、碎玻璃、鐵尾礦、白云石、滑石、菱鎂礦、純堿、碳酸鉀、螢石、硼砂中的一種或幾種按任 意配比混合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，其特征在于，所述發(fā)泡劑為 碳化硅、三氧化二鐵、硫酸鈣中的一種或幾種按任意配比混合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，其特征在于，粉磨采用干法 粉磨，粉磨至原料細(xì)度< 50 ym。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備輕質(zhì)保溫墻體材料的方法，其特征在于，造粒后所得粒 狀粉料的粒度為〇? 5?10mm〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項所述的發(fā)泡陶瓷的制備方法，其特征在于，所述窯爐為隧 道窯或輥道窯；采用隧道窯時，通過多層架窯方法煅燒。
【文檔編號】C04B38/02GK104446628SQ201410768125
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】周明凱, 王懷德, 彭麗芬 申請人:武漢理工大學(xué)