CN107698237A - 硅化物添加剂、硅保石系列板及其加工工艺 - Google Patents
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- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
本发明提供一种硅化物添加剂、硅保石系列板及其加工工艺，以花岗岩石粉作为主要原料，生产一种建筑板材。硅化物添加剂，由以下质量份数的成分组成：二氧化硅50‑65份，氧化镍5‑10份，氧化锌6‑12份，氧化铝3—8份，氧化钾1—5份。硅保石基础板，原料包括花岗岩石粉70‑80份、氧化铁0.5‑2份、氧化铝8‑13份、氧化钙5‑10份、硅化物添加剂1‑1.5份。硅保石多层功能板的加工工艺包括混合、布料、高温烧结等基本步骤。硅保石系列板具有防火保温防腐防水轻质高强隔音降噪等功能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑板材领域，具体是一种以花岗岩石粉为主要原料的建筑板材。
背景技术
我国正处在工业化、城市化加速发展阶段，矿产资源消耗量大。尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的"废弃物"，但同时又是潜在的二次资源，当技术、经济条件允许时，可再次进行有效开发。据统计，2015年以前，我国矿山产出的尾矿总量为65.26亿吨，而且每年我国矿山年排放尾矿还在以6亿吨/年的速度在增长。在尾矿二次资源利用后仍然会有近40％尾矿矿渣(排出)产生，的按此推算，我国现有各类尾矿矿渣的总量约在30亿吨左右。显然，对我们来说“尾矿矿渣只是放错了地方的资源”，“尾矿矿渣是有待挖潜的宝藏”。
基于上述原因，我们开始重点从花岗岩石粉尾矿矿渣(粉)进行研究。花岗岩石材切锯磨过程中排放出的切割冷却水中含化学剂及悬浮物、石粉末的污水；环保设施不完善，污水偷排、漏排现象严重；石材的切割、研磨加工过程中产生的大量粉尘，石粉飞扬、沉积于周边的植物上，对植被的生长造成严重的污染影响：石材加工产生40％以上的废渣荒料，石材废渣占用土地、破坏土壤、植被，影响地表化学行为，使地表“石质化”或“石漠化”；沉淀废渣随地表流入溪流，严重污染水质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种硅化物添加剂、硅保石系列板及其加工工艺，以花岗岩石粉作为主要原料，生产一种建筑板材。
硅保石系列板包括以花岗岩石粉作为主要原料的硅保石基础板、硅保石保温板、硅保石防火板、硅保石防腐板、硅保石多层功能板几种类型。
本发明提供一种硅化物添加剂，其特殊之处在于：由以下质量份数的成分组成：二氧化硅50—65份，氧化镍5—10份，氧化锌6—12份，氧化铝3—8 份，氧化钾1—5份，各组分的粒度均为120目-520目。
本发明提供上述硅化物添加剂的用途，用于制备硅保石基础板或者硅保石保温板或者硅保石防火板或者硅保石防腐板或者硅保石多层功能板。
本发明提供上述硅化物添加剂的混合方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】将权利要求1所述原料按照配比进行混合，分成等质量的十份；
2】将步骤1】得到的十份原料中的两份原料均匀；
3】将步骤2】得到的混合料与步骤1】得到的其他两份原料均匀；
4】将步骤3】得到的混合料与步骤1】得到的其他四份原料均匀；
5】将步骤4】得到的混合料与步骤1】得到的剩余两份原料均匀；混合完毕。
优选的，混合步骤中原料在混合机中混合，混合时间30min-60min。
本发明提供一种硅保石基础板，其特殊之处在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份，各组分的粒度为120目-520目。
本发明提供一种硅保石保温板，其特殊之处在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份，氧化钾0.5—2份，氧化锌0.5—1.5份，各组分的粒度为120目-520目。
本发明提供一种硅保石防火板，其特殊之处在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份、氧化钾0.5—2份、Na2O氧化钠2—5份、硼1—5份，各组分的粒度为120目-520目。
本发明提供一种硅保石防腐板，其特殊之处在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份、氧化钾0.5—2份、氧化镁0.8—2份，各组分的粒度为120目-520目。
本发明提供一种硅保石多层功能板，其特殊之处在于，包括至少两层板，所述每层板是上述的硅保石基础板或者上述的硅保石保温板或者上述的硅保石防火板或者上述的硅保石防腐板。
本发明提供一种硅保石系列板的加工工艺，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】按照各功能板(硅保石基础板或者硅保石保温板或者硅保石防火板或者硅保石防腐板)的配方准备原料；
2】将步骤1准备的原料进行混料，使原料混合完全均匀；
3】在窑内按照所设定的层数和厚度进行布料；
4】将布好的原料经过1150℃—1350℃的高温一次性烧结。
优选的，步骤4】将原料经过1150℃—1350℃的高温烧结的温度是1150℃-1180℃或者1300℃-1350℃或者1225℃—1265℃。
本发明的硅保石基础板，具有的优点：
(1)轻质高强。此系列产品的比重是水的0.8—0.15。材料的不同比重，抗压强度大致从13MPa到2MPa线性递减，其强重比是发泡陶瓷或发泡水泥的8～11倍，由于其比重小、轻体，使采用此材料的施工更加便捷。
(2)耐火保温。此系列产品的耐火温度是最高的，达到了A1级防火标准，且其中的耐烧蚀度超过国标50倍以上。
(3)防水耐腐。此系列产品在分子结构层面上属于憎水性材料(可理解为“不粘水”)，发泡层具备80％以上的闭孔率，使其具备极好的防水性与耐酸砖级别的防腐性能。
(4)隔音降噪。此系列产品的发泡层为闭孔型时，厚度为240mm建筑墙体时的隔音效果达到国际ISO住宅隔声标准指标；为开孔型时，具备极高的降噪效果，隔音量可超过50分贝。
(5)装饰一体化工艺技术。此系列产品是一种相当于将墙体基层与外墙装饰复合一体的综合墙体材料，装饰层可以根据用户的需要，烧制出任意的装饰色彩，厚度仅为3～5mm，即按照用户的需求进行产品装饰层颜色的“私人定制”。装饰层与保温墙体层一次成型，结构互透，绝无脱落的可能。
(6)是综合利用尾矿废渣的一项重要措施和方法，使花岗岩尾矿废渣综合利用率超过了70％以上，同时，从原料、生产、应用、再到回收，全过程都极好地体现了环保、节能的时代理念。也将是今后很长一个时期对建筑保温、工业防腐等材料起到深刻影响，甚至是根本性的材料变革。
本发明的硅保石保温板，具有的优点：经过1150℃—1180℃的高温一次性烧结，形成具有发泡复合体的一种新梯度的材料功能板，其保温效果达到国家同类板材保温指标的最高值；是发泡陶瓷与发泡水泥的1.5～2倍,最低的导热系数为0.057W/m.k。在达到相同墙体传热系数时，“硅保石保温板”墙体总厚度要减薄1/3—1/4。更重要的是，墙体保温形式从穿衣式外贴保温变成整体自保温，降低了施工难度，消除了防火、易损、短寿命等各种隐患。
本发明的硅保石防火板，具有的优点：经过1300℃—1350℃的高温一次性烧结，形成具有发泡复合体的一种新梯度的材料功能板，其防火性能达到国家A级即最高值的防火标准。此系列产品的烧蚀率仅为0.7％，如果从烧蚀率来看，防火性能超过A1级最低指标的70倍。(国家标准认为：达到防火等级(A1)这个级别时，特定温度和时间的烧蚀率不能超过50％。)
本发明的硅保石防腐板，具有的优点：经过1225℃—1265℃的高温一次性烧结，形成具有发泡复合体的一种新梯度的材料功能板，此系列产品的发泡层具备80％以上的闭孔率，加之产品独特的结构与成分，经高温烧结后成微晶硅，化学稳定性极强，使其具备极好的防腐性能，其防腐效能8倍于国家防腐等级标准。
本发明的硅保石多层功能板与现有建筑工程材料相比，形成具有梯度变化的“新型环保节能耐火保温、防腐功能板材，本发明填补了世界新型同等梯度材料领域的一项空白，能达到以下效果：
(1)轻质高强。此系列产品在无机发泡材料中，同比重下的强度是最高的，同强度下的重量是最轻的，其强重比是发泡陶瓷或发泡水泥的8～11倍；由于其比重小、轻体，使采用此材料的施工更加便捷，更有利于干法施工和整体装配式施工，便于运输，大大节省了人力、物力和财力。
(2)耐火保温。具备A1级防火性能；在具备与同为A1级防火性能的无机发泡产品接近的保温效果上，此系列产品的耐火温度是最高的，是发泡陶瓷与发泡水泥的1.5～2倍。
(3)防水耐腐。此系列产品的发泡层具备80％以上的闭孔率，具备很小的吸水率，其装饰层具备良好的憎水性，加之产品独特的结构与成分，使其具备极好的防水性与耐酸砖级别的防腐性能。
(4)隔音降噪。此系列产品的发泡层为闭孔型时，厚度为240mm建筑墙体时的隔音效果达到国际ISO住宅隔声标准指标；为开孔型时，具备极高的降噪效果。
(5)高耐候性。此系列产品除具备良好的防水憎水特性外还具备极强的抗冻融循环特性，因此具备良好的抗风化性能，加之其高耐腐蚀性能等，注定了其优异的耐候性，能够达到50年使用寿命无虞。
(6)装饰一体化工艺技术。此系列产品是一种相当于将墙体基层与外墙装饰复合一体的综合墙体材料，装饰层可具备天然石材的纹路美观效果，厚度仅为3～5mm，没有任何气味或任何辐射性等有害因素，不存在天然石材易污、比重大、含放射性元素等缺陷。装饰层与保温墙体层一次成型，结构互透，绝无脱落的可能。
(7)色彩任意。此系列产品可以根据用户的需要，烧制出任意的装饰色彩，即按照用户的需求进行产品装饰层颜色的“私人定制”。
(8)综合成本低，使用寿命长。此系列产品与钢结构的完美结合，能够同时满足建筑结构的承重、围护、分隔空间、保温隔热、隔音、防火阻燃、防潮防水、抗震、装饰及建筑工业化的要求，大大降低建筑综合成本。
(9)花岗岩石粉来自于将花岗岩干燥后的尾矿矿渣石粉磨细(即120目以细)；或者花岗岩切割后形成的石粉粉末。减少了花岗岩尾矿矿渣(粉)对农田的占用和切割石材、处理石粉时对环境和地下水的污染，具有巨大的社会效益和经济效益(石材切割冷却水在切锯磨过程中排放出的富含悬浮物、石粉末的污水；环保设施不完善污水偷排、漏排现象严重；石材的切割、研磨加工过程中产生的大量粉尘，石粉飞扬、沉积于周边的植物上，对植被的生长造成严重的污染影响：石材加工产生40％以上的废渣荒料，石材废渣占用土地、破坏土壤、植被，影响地表化学行为，使地表“石质化”或“石漠化”；沉淀废渣随地表流入溪流，严重污染水质)，这也是综合利用尾矿废渣的一项重要措施和方法，使花岗岩尾矿废渣综合利用率超过了70％以上。解决环境污染的同时可以将原本的“白污染物”转变为新型绿色环保板材，并以此获得利润回报，具备巨大的经济效益和社会影响力。同时，这也将是今后很长一个时期对建筑保温、工业防腐等材料起到深刻影响，甚至是根本性的材料变革。
附图说明
图1为实施例6的硅保石多层功能板的生产工艺路线。
图2为本发明实施例6提供的硅保石多层功能板结构示意图。
图3为本发明实施例7提供的硅保石多层功能板结构示意图。
图4为本发明实施例8提供的硅保石多层功能板结构示意图。
具体实施方式
实施例一
一种硅化物添加剂，各组分名称、含量及其作用见表一。该硅化物添加剂，用于制备硅保石系列板。
表一：硅化物添加剂中各组分名称、含量及其所起的作用(1份为1kg)
硅化物添加剂混合步骤的说明：
1】将表1中的原料按照配比进行混合，分成等质量的十份；
2】将步骤1】得到的十份原料中的两份原料在混合机中混合，混合时间30min，达到基本混匀的效果；
3】将步骤2】得到的混合料与步骤1】得到的其他两份原料在混合机中混合，混合时间30min；此时重量为4份。
4】将步骤3】得到的混合料与步骤1】得到的其他四份原料在混合机中混合，混合时间30min；此时重量为8份。
5】将步骤4】得到的混合料与步骤1】得到的剩余两份原料在混合机中混合，混合时间30min；混合完毕。此时重量为10份。硅化物添加剂充分混匀，在制备硅保石系列板时可以保证发泡均匀。
各步骤混合时间在30-60min之间，根据具体情况也可以混合40min或者50min。各原料的粒径也可以选择140目或者200目或者230目或者270目或者325目或者400目。
表二：硅化物添加剂的功能对比
实施例二：制备硅保石基础板
表三：硅保石基础板的原料
花岗岩石粉的来源：将花岗岩干燥后的尾矿矿渣石粉磨细(即120目-520目之间；或者花岗岩切割后形成的石粉粉末(实际中花岗岩切割后形成的石粉粉末已经达到了120目甚至120以细，可以不用进行任何的再加工或熔融)，如果需要120以细，可以对花岗岩切割后形成的石粉粉末进行深加工。
氧化铁Fe2O3：耐一切碱类，材料面层着色的作用。
氧化铝AL2O3:有较好的传导性，具有强吸附力和催化，帮助材料提高强度和稳定性。
氧化钙CaO:助熔剂，速凝剂，提高材料强度。
硅保石基础板的加工工艺：
1】按照表三准备原料。
2】使原料混合完全均匀：由于生产原料所需的硅化物添加剂掺量较小，为保证混料均匀、提高混料效率，需对硅化物添加剂按照实施例一的混合方法进行预先稀释，然后再与其他生产原料进行混合。混合后将原料在立磨专用设备中进行粉磨、烘干、筛选，使粒径≤12mm，含水率＜5％；尽量超过或达到立磨专用所设计的中等及其以上要求，以更好地提高原料出料率、降低能耗指标。
3】在窑内进行布料：
3.1】窑具的定位与校正
在放置窑具前，必须先将窑具的位置进行定位(可在窑内进行，保证窑具中心线与窑宽中心线一致)，确认好位置后，再依次将码放脚砖、钢梁、底板、边板等，最后再逐步、依次进行校正，以保证后续布料定位和进窑要求。
尤其需要强调的是：初次码放窑具时，需用相关量具量好窑具内框尺寸，然后再做好标记或根据内框规格做个边框辅具，后续直接根据标记或辅具进行窑具的码放与校正。
3.2】高温纸的粘贴
底板高温纸在码放窑具时直接铺上即可，而边条纸由于垂直贴于边条上，因此需要通过胶水进行粘接。
粘接时应特别注意棚板交接和边框四角的位置，以防止烧成过程中出现粘板现象。
所用的高温纸要求：①必须保温一边为直线，确保与底部交接的位置出现较大缝隙，防止烧成过程中出现粘板现象。②必须完全贴于边板上，以防止后续布料时，刮料器刮破高温纸，导致粘板现象发生。
3.3】填料入模
窑具就位后，需要对窑具位置进行适当调整，保证窑具宽度方向与布料机料斗行进方向锤直，以防止发生意外。
布料时严格根据生产需求及步骤进行布料，料表面必须保证平整，刮料器刮料时注意与边板的间隙，防止刮料器刮破高温纸或刮倒边板。
4】将布好的原料经过1150℃—1350℃的高温一次性烧结。
实施例三：制备硅保石保温板
表四：硅保石保温板的原料
硅保石保温板的加工工艺，与实施例三的加工工艺区别在于，烧结温度为1150℃—1180℃。
上述原料中，由于Al2O3有较好的传导性，具有强吸附力和催化，帮助材料提高强度和稳定性；当温度达到725℃后在CaO(有助熔剂、速凝剂作用，提高材料强度)K2O(有消焰剂，有类似发泡的热处理剂作用)的共同作用下，热膨胀系数得以达到设计要求；再加之ZnO(表面高活性好，可以提高着色力和遮盖力外，而且又是防腐剂和助熔剂，可以降低烧结的温度)的参与，因此，制成的产品具有优异的保温性能，保温效果达到国家同类板材保温指标的最高值。
实施例四：制备硅保石防火板
表五：硅保石防火板的原料
硅保石防火板的加工工艺，与实施例三的加工工艺区别在于，烧结温度为1300℃—1350℃。
由于Al2O3具有强吸附力和催化性，帮助材料提高强度和稳定性；当温度达到1125℃后在CaO、K2O的共同作用下，使其抗压强度达到了设计要求。另利用Al2O3较好的传导性和稳性，Na2O的降烧结温度功能，B的吸收性、助熔作用。其防火性能达到并高于或超过了国家A级(即最高值)的防火标准。
实施例五：制备硅保石防腐板
表六：硅保石防腐板的原料
硅保石防腐板的加工工艺，与实施例三的加工工艺区别在于，烧结温度为1225℃—1265℃。
利用Al2O3的传导性、CaO的提高材料强度性能、MgO的高度耐火绝缘性能和粘结性；又有K2O(有类似发泡的热处理剂作用)的参与作用；进而在混合燃烧后经高温烧结后成微晶硅，化学稳定性极强，从而使材料具有很好防腐性功能，其防腐效能8倍于国家防腐等级标准。
实施例六：制备如图1所示的硅保石多层功能板
硅保石多层功能板由四层结构构成，从上至下依次是装饰层1、保温层2、防火层3、防腐层4。
装饰层原料：花岗岩石粉5份、色料5份、氧化铁Fe2O3 1.2份、硼5.6份在混合机中混合时间不小于30min。
按照实施例3.1的配方准备保温层原料，在混合机中混合时间不小于30min。
按照实施例4.1的配方准备防火层原料，在混合机中混合时间不小于30min。
按照实施例5.1的配方准备防腐层原料，在混合机中混合时间不小于30min。
硅保石多层功能板的加工工艺，与实施例3的区别是步骤3.3】先填防腐层原料10-15mm，再在防腐层原料之上填防火层原料10-15mm，再在防火层原料上填保温层原料10-15mm，最后填装饰层原料4-5mm。
步骤4】烧结的工艺参数需根据产线设计，初步设定产品的烧结工艺，同时需考虑产品后续升级等问题，提前预留工艺的可调节性。具体参见下面(表七)所述。
隧道窑炉总长为468米，共计234节，每节长度为2米。其中：1—12节为燃烧预热段；13—24节为燃烧低温段；24—36节为燃烧高温段(其中31—36节为燃烧保持高温段)；37—50节为燃烧降温段；51—105节为燃烧缓冷段；106—179节均为终冷段；180—234节为终冷段，进而使经过高温燃烧后功能板的表面温度达到常温状态。在窑炉初期烘窑时即可开始逐步设定，同时还要根据窑炉的实际情况及时调整，表二中参数仅作为参考，具体参数依实际设定为准。
硅保石多层功能板的重量是根据产品的性能和用途来确定，层数以及层高也是根据硅保石多层功能板产品的性能和用途来确定。产品的性能要求高，功能全，层数就相应增加，反之，层数就相应减少。如果不按照层数进行布料就会造成：①混料不均匀，直接导致烧结后的板材发泡不一致，即一致性差；②发泡一致性差从而极易导致板材断裂；③混料配制不均匀，导致烧结后的复合层不能成型，从而失去板材所要达到的功能性。
本发明的硅保石多层功能板，可以将保温层2、防火层3、防腐层4其中两种进行组合，形成两层板；也可以将保温层2、防火层3、防腐层4任一或者任二与装饰层1形成多层功能板。
实施例七：制备如图3所示的硅保石多层功能板
如图3，硅保石多层功能板由三层结构构成，从上至下依次是装饰层1、保温层2、防火层3。
实施例八:制备如图4所示的硅保石多层功能板
如图4,硅保石多层功能板由三层结构构成，从上至下依次是保温层2、防火层3、防腐层4。
硅保石功能板在隧道窑下的烧成工艺路线(表七)
Claims (10)
1.一种硅化物添加剂，其特征在于：由以下质量份数的成分组成：二氧化硅50—65份，氧化镍5—10份，氧化锌6—12份，氧化铝3—8份，氧化钾1—5份，各组分的粒度为120目-520目。
2.一种硅化物添加剂的用途，其特征在于：所述硅化物添加剂用于制备硅保石基础板或者硅保石保温板或者硅保石防火板或者硅保石防腐板或者硅保石多层功能板。
3.一种硅化物添加剂的混合方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】将权利要求1所述原料按照配比进行混合，分成等质量的十份；
2】将步骤1】得到的十份原料中的两份原料混合均匀；
3】将步骤2】得到的混合料与步骤1】得到的其他两份原料混合均匀；
4】将步骤3】得到的混合料与步骤1】得到的其他四份原料混合均匀；
5】将步骤4】得到的混合料与步骤1】得到的剩余两份原料混合均匀，混合完毕。
4.硅保石基础板，其特征在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份，各组分的粒度为120目-520目。
5.硅保石保温板，其特征在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份，氧化钾0.5—2份，氧化锌0.5—1.5份，各组分的粒度为120目-520目。
6.硅保石防火板，其特征在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份、氧化钾0.5—2份、氧化钠2—5份、硼1—5份，各组分的粒度为120目-520目。
7.硅保石防腐板，其特征在于，包括以下质量份数的原料：花岗岩石粉70—80份、氧化铁0.5—2份、氧化铝8—13份、氧化钙5—10份、硅化物添加剂1—1.5份、氧化钾0.5—2份、氧化镁0.8—2份，各组分的粒度为120目-520目。
8.硅保石多层功能板，其特征在于，包括至少两层板，所述每层板是硅保石基础板或者硅保石保温板或者硅保石防火板或者硅保石防腐板。
9.硅保石系列板的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1】按照权利要求4或5或6或7或8的配方准备原料；
2】将步骤1准备的原料进行混料，使原料混合完全均匀；
3】在窑内按照所设定的层数和厚度进行布料；
4】将布好的原料经过1150℃—1350℃的高温一次性烧结。
10.根据权利要求9所述的硅保石系列板的加工工艺，其特征在于，步骤4】高温烧结的温度是1150℃-1180℃或者1300℃-1350℃或者1225℃—1265℃。
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