CN104926359A

CN104926359A - 一种免烧结人造火山石的生产方法

Info

Publication number: CN104926359A
Application number: CN201510310598.9A
Authority: CN
Inventors: 夏举佩; 杨劲; 罗中秋; 郑森
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Hubei Shenglong Recycling Resources Utilization Co ltd
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2035-06-09
Also published as: CN104926359B

Abstract

本发明公开了一种免烧结人造火山石的生产方法，是为了克服天然火山石资源少、分布不均，现有人造火山石工艺需要烧结之不足，将复合胶凝材料、增强材料、激发剂、工艺水按比例混合，再加硅树脂聚醚乳液类(MPS)作稳泡剂搅拌1min，最后加发气剂搅拌1～3min，经浇注、发泡、养护、切割生产人造火山石；与现有技术相比，不需高温烧结，成本低，易于工业化生产，产品性能稳定，外观颜色、气孔大小可调，是天然火山石的良好替代品。

Description

一种免烧结人造火山石的生产方法

技术领域

本发明涉及一种免烧结人造火山石的生产方法，属于资源综合利用和新型建筑材料技术领域。

背景技术

天然火山石俗称浮石或多孔玄武岩，是一种功能型环保材料，是火山爆发后由火山玻璃、矿物与气泡形成的多孔形石材。天然中矿物质种类和含量取决于周边地壳结构，一般含有钠、镁、铝、硅、钙、钛、锰、铁、镍、钴和钼等几十种矿物质和微量元素，具有远红外磁波特性无辐射。天然火山石外观呈红色、黑色、青灰色、蓝色等，其颜色由其矿物组成的结构决定，亦与其比重相关，因而用途也有所差异。随着人们生活水平的提高，天然火山石应用领域不断扩大，如建筑、水利、研磨、滤材、园林造景、烧烤炭、无土栽培、观赏品等，发挥着无法替代的作用，同时还具有以下特点：

1、火山岩石材性能优越、除具有普通石材的一般特点外，还具有自身独特风格和特殊功能。与花岗岩等石材相比，玄武岩石材的低放射性，使之可以安全用于人类生活居住场所，而无放射性污染之虞。

2、火山岩石材抗风化、耐气候、经久耐用；吸声降噪有利于改善听觉环境；古朴自然避免眩光，有益于改善视觉环境；吸水防滑阻热有益于改善体感环境：独特的“呼吸”功能能够调节空气湿度，改善生态环境，可以满足当今时代人们在建筑装修上追求古朴自然、崇尚绿色环保的新时尚。

3、火山岩石质坚硬，可用以生产出超薄型石板材，经表面精磨后光泽度可达85度以上，色泽光亮纯正，外观典雅庄重，广泛用于各种建筑外墙装饰，市政道路广场、住宅小区的地面铺装，更是各类仿古建筑、欧式建筑、园林建筑的首选石材，深受人们喜爱和欢迎。

4、火山岩石铸石管具有极好的耐磨损、抗腐蚀性能，可作为电力、化工、冶金、矿山、煤炭等部门气力或水力输送磨损腐蚀性物料和浆料的管道***的衬里。如利用玄武岩制成的纤维、管材、片状、网状和棉絮状成品，可以制成防火、阻燃织物，汽车制动器，管道，保温、隔热吸收噪声材料，具有重量轻、耐腐蚀、使用寿命等特点。

5、火山岩石经破碎后的碎石料（ 0.5～2厘米）广泛用于道路、桥梁、楼房、堤坝海塘等场合的基础施工，具有独特的高强度、高耐磨、高硬度的特性，尤其适用于高速公路和机场跑道的路基浇注，可大大提高道路基础的承重、抗压、耐磨损、抗疲劳等各项性能指标，是建设项目单位和建筑设计部门在确定工程用料时的首选石材。

目前，火山石主要来源于天然开采，由于其具有的优良特性，火山石应用及其人工合成的已成了人们关注的热点。

CN 203924566 U 涉及一种仿火山石装饰涂料成品板，包括底漆层、火山石涂料基础层、火山石涂料造型和保护漆层，所述的底漆层、火山石涂料基础层、火山石涂料造型层和保护漆层从下到上依次设置，与现有技术相比，具有效果好、成本低等优点。

CN 102962092 A 涉及到一种改性火山石吸附剂及电镀废水处理方法，其特征在于吸附剂制备方法如下：将火山石粉末和对甲苯磺酸加入至甲苯中，在室温、200～300rpm下搅拌10～14h，然后升温至55～65℃，再以8～12mL/min的速度加入180～220mL正硅酸乙酯，继续搅拌至溶液变为固相，用蒸馏水洗涤固相至衡重，在100～120℃下干燥1.5～2.5h，得改性火山石凝胶；将2-氯甲基吡啶、改性火山石凝胶和甲醇混合，在60～70℃、200～300rpm下搅拌18～22h，研磨、过筛得粒度在80～100目颗粒，即为改性火山石吸附剂，其制品用于吸附电镀废水中的铬时，吸附率可达99%以上，且处理效果稳定。

如CN 102491730 A 一种利用拜尔法赤泥生产人造火山石砌块的方法，以拜尔法赤泥为主要材料，经碾磨制浆、加精煤粉、蓬松剂、发泡剂、粘结剂制坯、干燥烧成和冷却等步骤制备而成。该方法生产的人造火山石具有规则与不规则微孔、小孔、大孔，从而形成类似海绵式的瓷化人造火山石砌块，该产品不仅能吸声降噪改善听觉环境，而且其独特的“呼吸”功能能调节空气温度，改善生态环境，可广泛用于建筑砌体、建筑地面及墙面装饰等，是一种理想的环保节能的建筑装饰材料。

CN 102491732 A 公开了一种以煤矸石为原料生产人造火山石砌块的方法，包括以下步骤：A、碾磨；B、配料；C、制坯；D、干燥；E、烧成；F、冷却。采用本发明提供的以煤矸石为原料生产人造火山石砌块的方法对现有煤矸石矿渣进行处理，将煤矸石矿渣回收利用，解决了环保问题，且有环保高效、速度快、能耗低、效果好的显著优点。生产制品理化性能稳定，达到建材行业标准（JCT945-2005）的要求，可广泛用于建筑砌块、建筑地面、墙面装饰等，此外，还具有投资小、工艺简单、便于控制掌握的优点。

综上所述，以涂料为主材仿制火山石板、火山石吸附剂以及烧结法生产人造火山石已有研究，但通过发泡、浇注成型生产免烧结人造火山石还未有专利申请或文献报导。

发明内容

本发明的目的是以水泥熟料、工业矿渣制备复合胶凝材料，粉碎过筛的矿渣或磷渣作增强材料，石灰、氯化钙、氯化钠复配作激发剂，硅树脂聚醚乳液作稳泡剂，用不同粒度的铝粉作发气剂，经搅拌、浇注成型、养护、切割生产人造火山石，可广泛用作墙面装饰材料、人行道砌筑材料、保温隔热材料、吸音材料等使用，具有轻质、防滑、消音、隔热、装饰等效果，是优良的天然火山石替代产品。

1、本发明的技术内容如下：

1.1免烧结人造火山主要原材料及要求

所述人造火山石主要由复合胶凝材料、增强材料、激发剂、稳泡剂、发气剂及工艺水组成。

（1）复合胶凝材料

复合胶凝材料以水泥熟料为基材，配合料为矿渣、磷渣，其中各组成物及质量百分比为熟料50～60%、矿渣20～30%、磷渣10～20%；

复合胶凝材料由水泥熟料、矿渣、磷渣按比例分别计量，混合后球磨而得，粒度要求为过200目方孔筛筛余量小于5%，各配料要求如下：

水泥熟料：以石灰石、粘土、铁质原料为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，在水泥窑中煅烧至部分或全部熔融，经冷却而获得的半成品；主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，其理化性能满足GB/T 21372-2008要求。

磷渣：电炉法黄磷生产过程中产生的水淬固体废弃物，主要成分为CaSiO₃，矿物相以玻璃体为主，具有潜在活性。

矿渣：高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的高温熔融物经水淬骤冷而得，化学成分以CaO、SiO₂、Al₂O₃为主，主要矿物相为玻璃体，化学反应活性好。

（2）增强材料：增强材料是指矿渣或磷渣经粉碎、过筛，其粒度为0.177～0.25mm

之间颗粒物。

（3）激发剂是由石灰、氯化钙、氯化钠复配后经球磨而成，其中石灰中活性氧化钙含量大于75wt%，粉磨粒度为过180目方孔筛筛余量小于10%，用量占激发剂总量的90～95wt%；氯化钙为工业级，CaCl₂含量≥75%，用量占激发剂总量的4～6wt%，氯化钠为工业三级品，用量占激发剂总量的1～4wt%。

（4）稳泡剂：硅树脂聚醚乳液(MPS)稳泡剂，如十二烷基硫酸钠（K12），脂肪醇聚

氧乙烯醚硫酸钠（AES），α-烯基磺酸钠（AOS）等。

（5）发气剂由不同粒度的金属铝粉组成，活性铝含量（以固体份计）≥90%，其中粒

度小于0.044mm的占10wt%，0.044～0.105mm占30wt%，0.105～0.147mm占60wt%。

（6）工艺水为自来水、中水、造纸废水、赤泥废液、含碱废水、含盐废水、石材加工回收水中的任意一种。

1.2免烧结人造火山原料配比

复合胶凝材料、增强材料、激发剂混合后配制得免烧结人造火山石基体材料，复合胶凝材料、增强材料、激发剂在基体材料中的干基质量百分比分别为60～70%、20～30%、10～15%；工艺水用量为基体材料总重量的50～55%，稳泡剂用量为基体材料混合物总重量的0.02～0.04%，发气剂用量为基体材料混合物总重量的0.06～0.08%。

按比例称取基体材料中的复合胶凝材料、激发剂和增强材料，于搅拌机内进行预混合，然后加入工艺水，充分搅拌均匀，再加稳泡剂搅拌1min后加入发气剂搅拌1～3min，浇注成型、脱模、养护，根据要求切割成产品。

所述养护用蒸汽进行养护，蒸汽压力为0.8～1.2MPa，养护时间为8～12h。

1.3 免烧结人造火山石的生产方法

本生产方法由复合胶凝材料、激发剂和增强材料制备，成浆，发泡，静置养护、蒸汽养护、切割等工序组成，其中：

（1）复合胶凝材料、激发剂和增强材料制备

复合胶凝材料：以质量百分比计，按水泥熟料50～60%，矿渣20～30%，磷渣10～20%分别计量、混合后球磨，胶凝材料粒度要求为过200目方孔筛筛余量小于5%；

激发剂：将活性氧化钙含量大于75wt%的石灰进行球磨至过180筛筛余量小于10%，按石灰90～95wt%、氯化钙4～6wt%、氯化钠1～4wt%质量百分比复配而成，工业氯化钙中CaCl₂含量≥75%，氯化钠为工业三级品及以上；

增强材料：将矿渣、磷渣经粉碎、过筛，取粒度为0.177～0.25mm部分作人造火山石增强材料；

（2）成浆

将复合胶凝材料、增强材料、激发剂称量后加入搅拌机内进行预混合，然后按干物料总重量的50～55wt%加工艺水、搅拌，之后加稳泡剂继续搅拌1min，再加入发气剂搅拌1～3min制成料浆；

（3）静置发泡

将料浆倒入模具里，静置发泡；

（4）静置养护

在自然环境中进行静置养护，养护时间可根据自然环境条件确定，以试件脱模时完好为依据；

（5）蒸汽养护

将脱模后的试件用压力为0.8～1.2MPa蒸汽进行养护，养护时间为8～12h。

（6）切割

按制备产品规格进行切割，即为规程各异的人造火山石。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）与天然火山石相比，本发明的人造火山石气孔大小、分布、颜色可调。

（2）与现有人造火山石相比，本发明的人造火山不用高温烧结。

总之，本发明根据天然火山石性能优良、应用广泛的特点，结合自然资源有限、地域分布不均的实际，在总结现有人造火山石采用烧结法生产工艺能耗高的缺点，充分利用了各种物料的组成结构和化学特性，在激发剂作用下，通过提高反应温度，最终形成以Si-O-Si四面体、Si-O-Al八面体为主的类陶瓷网络结构，产品强度高、性能优、易于规模化生产，是天然火山石的良好替代品。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：本免烧结人造火山石的生产方法，内容如下：

1、配方组成

（1）复合胶凝材料：水泥熟料60kg、矿渣30kg、磷渣10kg，混合后球磨至粒度过200目方孔筛筛余量小于5%，复合胶凝材料用量为基体材料总重量的60%。

（2）增强材料：将炉渣粉碎、过筛，取粒度为0.177～0.25mm之间颗粒，增强材料用量为基体材料总重量的30%。

（3）激发剂是由石灰、氯化钙、氯化钠混配而成，激发剂用量为基体材料总重量的10%，其中石灰占激发剂总量的90wt%，其活性氧化钙含量大于75%，粒度为过180筛筛余量小于10%；氯化钙为工业级，CaCl₂含量≥75%，用量占激发剂总量的6wt%，氯化钠为工业三级品，用量占激发剂总量的4wt%。

（4）工艺水：中水，用量为基体材料总重量的50%；

（5）稳泡剂：十二烷基硫酸钠（K12），用量为基体材料总重量的0.02%；

（6）发气剂：金属铝粉，发气剂用量为基体材料总重量的0.06%，活性铝含量（以固体份计）为90%，其中粒度小于0.044mm的占10%，0.044～0.105mm占30%，0.105～0.147mm占60%。

2、工艺

按配方要求制备复合胶凝材料、增强材料、激发剂和发气剂，按上述比例要求称取复合胶凝材料、增强材料和激发剂，于搅拌机内进行预混合；加入工艺水后充分搅拌，再加入稳泡剂继续搅拌1min，然后加入发气剂—铝粉搅拌3min制浆；

浆体倒入400×300×600的模具内，静置发泡、自然养护，脱模后用压力为0.8MPa的蒸汽养护12h，切割即为产品。

经检测，产品强度为8.22MPa，容重为830kg/m³，软化系数为0.87，吸水率为12.2%，空心率为45%。

实施例2：本免烧结人造火山石的生产方法，内容如下：

1、配方组成

（1）复合胶凝材料：熟料50kg、矿渣30kg、磷渣20kg，混合后球磨至粒度过200目方孔筛筛余量小于5%，复合胶凝材料用量为基体材料总重量的65%；

（2）增强材料：将磷渣粉碎、过筛，取粒度为0.177～0.25mm之间颗粒，增强材料用量为基体材料总重量的20%；

（3）激发剂是由石灰、氯化钙、氯化钠混配而成，激发剂用量为基体材料总重量的15%，其中石灰占激发剂总量的95wt%，其活性氧化钙含量大于75%，粒度为过180筛筛余量小于10%；氯化钙为工业级，CaCl₂含量≥75%，用量占激发剂总量的4wt%，氯化钠为工业三级品，用量占激发剂总量的1wt%；

（4）工艺水：含盐废水，用量为基体材料总重量的52%；

（5）稳泡剂：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES），用量为基体材料总重量的0.04%。

（6）发气剂：金属铝粉，用量为基体材料总重量的0.08%，活性铝含量（以固体份计）为91.2%，其中粒度小于0.044mm的占10%，0.044～0.105mm占30%，0.105～0.147mm占60%。

2、工艺

按配方要求制备复合胶凝材料、增强材料、激发剂和发气剂，按上述比例要求称取复合胶凝材料、增强材料和激发剂，于搅拌机内进行预混合；加入工艺水后充分搅拌，再加入稳泡剂继续搅拌1min，然后加入发气剂—铝粉搅拌1min制浆。

浆体倒入400×300×600的模具内，静置发泡、自然养护，脱模后用压力为1.2MPa的蒸汽养护8h，切割即为产品。

经检测，产品强度为5.10MPa，容重为570kg/m³，软化系数为0.82，吸水率为15.2%，空心率为47%。

实施例3：本免烧结人造火山石的生产方法，内容如下：

1、配方组成

（1）复合胶凝材料：熟料55 kg、矿渣25 kg、磷渣20 kg，混合后球磨至粒度过200目方孔筛筛余量小于5%，复合胶凝材料用量为基体材料总重量的70%。

（2）增强材料：将矿渣粉碎、过筛，取粒度为0.177～0.25mm之间颗粒，增强材料用量为基体材料总重量的20%。

（3）激发剂是由石灰、氯化钙、氯化钠混配而成，激发剂用量为基体材料总重量的10%，其中石灰占激发剂总量的93wt%，其活性氧化钙含量大于75%，粒度为过180筛筛余量小于10%；氯化钙为工业级，CaCl₂含量≥75%，用量占激发剂总量的5wt%，氯化钠为工业三级品，用量占激发剂总量的2wt%。

（4）工艺水：含碱废水，用量为基体材料总重量的55%；

（5）稳泡剂：α-烯基磺酸钠（AOS），用量为基体材料总重量的0.03%。

（6）发气剂：金属铝粉，发气剂用量为基体材料总重量的0.07%，活性铝含量（以固体份计）为91.2%，其中粒度小于0.044mm的占10%，0.044～0.105mm占30%，0.105～0.147mm占60%。

2、工艺

按配方要求制备复合胶凝材料、增强材料、激发剂和发气剂，按上述比例要求称取复合胶凝材料、增强材料和激发剂，于搅拌机内进行预混合；加入工艺水后充分搅拌，再加入稳泡剂继续搅拌1min，然后加入发气剂—铝粉搅拌2min制浆；

浆体倒入400×300×600的模具内，静置发泡、自然养护，脱模后用压力为1.0MPa的蒸汽养护10h，切割即为产品。

经检测，产品强度为5.42MPa，容重为650kg/m³，软化系数为0.83，吸水率为16.2%，空心率为46%。

Claims

1.一种免烧结人造火山石的生产方法，其特征在于：将复合胶凝材料、增强材料、激发剂、工艺水按比例充分混合，再加硅树脂聚醚乳液作稳泡剂，最后加发气剂，充分混合后浇注成型、养护、切割生产人造火山石；

其中所述复合胶凝材料以水泥熟料为基材，配合料为矿渣、磷渣，其中各组成物及质量百分比为水泥熟料50～60%、矿渣20～30%、磷渣10～20%；

所述增强材料是指矿渣或磷渣经粉碎、过筛，其粒度为0.177～0.25mm之间颗粒物；

所述激发剂是由石灰、氯化钙、氯化钠复配而成，其中石灰中活性氧化钙含量大于75wt%，粒度为过180筛筛余量小于10%，用量占激发剂总量的90～95 wt %；氯化钙为工业级，CaCl₂含量≥75%，用量占激发剂总量的4～6 wt%，氯化钠为工业三级品，用量占激发剂总量的1～4 wt%；

所述工艺水为自来水、中水、造纸废水、赤泥废液、含碱废水、含盐废水、石材加工回收水中的任意一种；

所述发气剂由不同粒度的金属铝粉组成，活性铝含量≥90%，其中粒度小于0.044mm的占10wt%，0.044～0.105mm占30wt%，0.105～0.147mm占60wt%；

所述硅树脂聚醚乳液为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或α-烯基磺酸钠。

2.根据权利要求1所述的免烧结人造火山石的生产方法，其特征在于：复合胶凝材料、增强材料、激发剂混合后配制得免烧结人造火山石基体材料，其中各组成物及干基质量百分比分别为60～70%、20～30%、10～15%；工艺水用量为基体材料总重量的50～55%，稳泡剂用量为基体材料总重量的0.02～0.04%，发气剂用量基体材料总重量的0.06～0.08%。

3.根据权利要求2所述的免烧结人造火山石的生产方法，其特征在于：按比例称取基体材料中的复合胶凝材料、激发剂和增强材料，于搅拌机内进行预混合，然后加入工艺水，充分搅拌均匀，再加稳泡剂搅拌1min后加入发气剂搅拌1～3min，浇注成型、脱模、养护，根据要求切割成产品。

4.根据权利要求3所述的免烧结人造火山石的生产方法，其特征在于：复合胶凝材料中各组成物按比例分别计量，混合后球磨，粒度为过200目方孔筛筛余量小于5%。

5.根据权利要求4所述的免烧结人造火山石的生产方法，其特征在于：养护用蒸汽进行养护，蒸汽压力为0.8～1.2MPa，养护时间为8～12h。