CN111056820A - 利用工业全固废制备的scs亚纳米硅晶石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有SCS亚纳米硅晶石技术存在的成本较高，工业固废处理能力低的问题，本发明提出一种利用工业全固废制备的SCS亚纳米硅晶石及其制备方法。该硅晶石由以下质量百分比的各原料组成：石英砂尾矿30％～50％、陶瓷抛光渣30％～50％、煤矸石5％～10％、钢渣3％～8％、高锰酸钾尾渣5％～10％。其制备方法包括配方原料混合、料浆制备、喷雾造粒、布料工序、烧制工序5个步骤。本发明制备得到的SCS亚纳米硅晶石板，容重为360～480kg/m3，抗压强度≥5MPa，产品吸水率≤2％。本发明实现配方原料全部采用工业固废原料，提高了固体废弃物的资源化利用，具有很好的经济价值和环保价值。

Description

利用工业全固废制备的SCS亚纳米硅晶石及其制备方法
技术领域
本发明涉及绿色建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用工业全固废制备的SCS亚纳米硅晶石及其制备方法。
背景技术
自2010年以来，国家密集出台住宅产业化和装配式建筑产业支持政策，积极鼓励PC预制建筑、钢结构装配式建筑、冷弯薄壁集成房屋等装配式建筑产业发展。传统混凝土建筑已无法满足住宅产业化和装配式建筑发展要求。
SCS亚纳米硅晶石新材料是以钻井岩屑、石英砂尾矿、河道淤泥、陶瓷尾矿、抛光废渣、高炉废渣、煤矸石、粉煤灰等一类大宗工业固废作为主要原料，利用亚纳米微构剂核心技术配方，采用人工晶体控制技术和智能化生产线及现代工艺烧结而成的具有特殊物理结构的高端新型环保绿色建材。
SCS亚纳米硅晶石新材料各项性能指标显著优于同类建材产品，能大幅减轻建筑自重，增加有效使用面积。通过智能化的柔性生产，可满足不同建筑部品部件集成，缩短施工周期，提升建筑品质，大幅降低建造成本，有效提高建筑的装配率和工业化水平，实现建筑工业化和住宅产业化，符合装配式建筑发展趋势，竞争优势明显，市场前景广阔。
SCS亚纳米硅晶石新材料在生产过程中的主要原料采用一类工业固废，通常选用周边区域内产生工业固废的企业免费提供，但是添加的辅助矿物原料和化工原料，需要按照标准市场价采购，导致SCS亚纳米硅晶石新材料的配方及整体生产成本增加，影响产品的市场应用推广。同时，由于配方中添加了辅助原料，因此降低了配方中整体的工业固废的添加量，降低了生产线处理工业固废的能力。
可见，现有SCS亚纳米硅晶石技术存在着成本较高，工业固废处理能力低的问题。
发明内容
为了解决现有SCS亚纳米硅晶石技术存在的成本较高，工业固废处理能力低的问题，本发明提出一种利用工业全固废制备的SCS亚纳米硅晶石及其制备方法。。
本发明一种利用工业全固废制备的SCS亚纳米硅晶石，由以下质量百分比的各原料组成：石英砂尾矿30％～50％、陶瓷抛光渣30％～50％、煤矸石5％～10％、钢渣3％～8％、高锰酸钾尾渣5％～10％。
进一步的，所述陶瓷抛光渣为陶瓷地板砖厂的陶瓷地砖在生产过程中，进行高速磨削和抛光后，产生的微细粉，细度为300目以上。选用该类型抛光渣制备出的SCS亚纳米硅晶石具有更加均匀的孔径。
进一步的，所述高锰酸钾尾渣为工业高锰酸钾在生产过程中产生的固体废弃物，主要成分控制为SiO218～29wt％、Al2O34～16wt％、K2O 10～15wt％、CaO 20～24wt％。
本发明还提出上述SCS亚纳米硅晶石的制备方法，包括如下步骤：
S1、配方原料混合：
将石英砂尾矿、陶瓷抛光渣、煤矸石、钢渣和高锰酸钾尾渣按照配方比例准确称量后，混合均匀；
S2、料浆制备：
将步骤S1混合均匀后的原料与水、研磨介质按3：1：2的质量比装入球磨机中，球磨3～8小时，然后将料浆放出，过滤，得到SCS亚纳米硅晶石原料料浆；
S3、喷雾造粒：
将步骤S2制备的SCS亚纳米硅晶石原料料浆进行喷雾造粒制得水分≤8％的颗粒粉料；
S4、布料工序：
将步骤S3制备的SCS亚纳米硅晶石颗粒粉料按照规定厚度，均匀铺在耐火材料组成的模具中；
S5、烧制工序：
将步骤S4中装有SCS亚纳米硅晶石颗粒粉料的耐火模具运入窑炉，按照工艺烧成曲线烧至1130～1230℃，进行保温，然后在窑炉内退火，得到SCS亚纳米硅晶石毛坯板产品。
进一步的，所述步骤S2中研磨介质为氧化铝球，氧化铝含量≥60％，磨耗‰≤0.2。
进一步的，所述步骤S4为将合格的喷雾造粒颗粒粉料按照3～6cm厚度，均匀铺在由碳化硅或堇青石或莫来石耐火材料组成的模具中，模具上铺设有耐高温1250℃纤维纸。
进一步的，所述步骤S5中烧成曲线为：
从室温到200℃，采用15～20℃/min的升温速率；
从200℃到650℃，采用9～12℃/min的升温速率；
从650℃到980℃，采用3～6℃/min的升温速率；
从980℃到1100℃，采用2～5℃/min的升温速率；
从1100℃到1130～1230℃，采用1～3℃/min的升温速率。
进一步的，所述步骤S5中在1130～1230℃温度范围内的保温时间为30～90min。
进一步的，所述步骤S5中退火采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。
利用本发明所述制备方法制备得到的SCS亚纳米硅晶石板，容重为360～480kg/m3，抗压强度≥5MPa，产品吸水率≤2％。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明较好地解决了现有SCS亚纳米硅晶石新材料的配方中由于添加矿物原料和化工原料，导致产品的生产成本高昂，影响产品的市场推广应用。同时增加了配方中工业固废的用量，实现配方原料全部采用工业固废原料进行制备SCS亚纳米硅晶石。增加单线处理工业固废的产量，提高了固体废弃物的资源化利用，具有很好的经济价值和环保价值。
具体实施方式
实施例一：
按比例称量石英砂尾矿30wt％、陶瓷抛光渣50wt％、煤矸石10wt％、钢渣5wt％、高锰酸钾尾渣5wt％，将上述混合粉料物料装入球磨罐，按照混合粉料、水、研磨介质中铝球3：1：2的比例装入球磨机中，球磨3小时，然后将料浆放出，过100目标准筛，经喷雾造粒制得水分6％的颗粒粉料。喷雾造粒粉料倒进铺设有纤维纸的堇青石耐火模具中并刮平，布料均匀，厚度4mm，放入电炉中烧结。采用18℃的升温速率，从室温升至200℃；采用12℃/min的升温速率，从200℃升到650℃；采用6℃/min的升温速率，从650℃升到980℃；采用5℃/min的升温速率，从980℃升到1100℃；采用3℃/min的升温速率，从1100℃到1150℃，保温30分钟。降温段采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。最后进行磨削，得到SCS亚纳米硅晶石板。
制得的SCS亚纳米硅晶石板容重为470kg/m3，体积吸水率1％，抗压强度为7.2MPa。
实施例二：
按比例称量石英砂尾矿40wt％、陶瓷抛光渣42wt％、煤矸石8wt％、钢渣4wt％、高锰酸钾尾渣6wt％，将上述混合粉料物料装入球磨罐，按照混合粉料、水、研磨介质中铝球3：1：2的比例装入球磨机中，球磨5小时，然后将料浆放出，过100目标准筛，经喷雾造粒制得水分5％的颗粒粉料。喷雾造粒粉料倒进铺设有纤维纸的莫来石耐火模具中并刮平，布料均匀，厚度5mm，放入电炉中烧结。采用16℃的升温速率，从室温升至200℃；采用10℃/min的升温速率，从200℃升到650℃；采用4℃/min的升温速率，从650℃升到980℃；采用3℃/min的升温速率，从980℃升到1100℃；采用1.5℃/min的升温速率，从1100℃到1190℃，保温60分钟。降温段采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。最后进行磨削，得到SCS亚纳米硅晶石板。
制得的SCS亚纳米硅晶石板容重为432kg/m3，体积吸水率1.2％，抗压强度为6MPa。
实施例三：
按比例称量石英砂尾矿46wt％、陶瓷抛光渣35wt％、煤矸石7wt％、钢渣5wt％、高锰酸钾尾渣7wt％，将上述混合粉料物料装入球磨罐，按照混合粉料、水、研磨介质中铝球3：1：2的比例装入球磨机中，球磨7小时，然后将料浆放出，过100目标准筛，经喷雾造粒制得水分5.6％的颗粒粉料。喷雾造粒粉料倒进铺设有纤维纸的碳化硅耐火模具中并刮平，布料均匀，厚度6mm，放入电炉中烧结。采用15℃的升温速率，从室温升至200℃；采用9℃/min的升温速率，从200℃升到650℃；采用3℃/min的升温速率，从650℃升到980℃；采用2℃/min的升温速率，从980℃升到1100℃；采用1℃/min的升温速率，从1100℃到1210℃，保温45分钟。降温段采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。最后进行磨削，得到SCS亚纳米硅晶石板。
制得的SCS亚纳米硅晶石板容重为395kg/m3，体积吸水率1.4％，抗压强度为5.8MPa。
实施例四：
按比例称量石英砂尾矿50wt％、陶瓷抛光渣30wt％、煤矸石5wt％、钢渣5wt％、高锰酸钾尾渣10wt％，将上述混合粉料物料装入球磨罐，按照混合粉料、水、研磨介质中铝球3：1：2的比例装入球磨机中，球磨8小时，然后将料浆放出，过100目标准筛，经喷雾造粒制得水分8％的颗粒粉料。喷雾造粒粉料倒进铺设有纤维纸的碳化硅耐火模具中并刮平，布料均匀，厚度3mm，放入电炉中烧结。采用20℃的升温速率，从室温升至200℃；采用11℃/min的升温速率，从200℃升到650℃；采用4℃/min的升温速率，从650℃升到980℃；采用4℃/min的升温速率，从980℃升到1100℃；采用2℃/min的升温速率，从1100℃到1220℃，保温50分钟。降温段采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。最后进行磨削，得到SCS亚纳米硅晶石板。
制得的SCS亚纳米硅晶石板容重为385kg/m3，体积吸水率1.6％，抗压强度为5.2MPa。
实施例五：
按比例称量石英砂尾矿34wt％、陶瓷抛光渣45wt％、煤矸石9wt％、钢渣3wt％、高锰酸钾尾渣9wt％，将上诉混合粉料物料装入球磨罐，按照混合粉料、水、研磨介质中铝球3：1：2的比例装入球磨机中，球磨6小时，然后将料浆放出，过100目标准筛，经喷雾造粒制得水分5％的颗粒粉料。喷雾造粒粉料倒进铺设有纤维纸的碳化硅耐火模具中并刮平，布料均匀，厚度6mm，放入电炉中烧结。采用17℃的升温速率，从室温升至200℃；采用11℃/min的升温速率，从200℃升到650℃；采用5℃/min的升温速率，从650℃升到980℃；采用3.5℃/min的升温速率，从980℃升到1100℃；采用2℃/min的升温速率，从1100℃到1130℃，保温90分钟。降温段采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。最后进行磨削，得到SCS亚纳米硅晶石板。
制得的SCS亚纳米硅晶石板容重为438kg/m3，体积吸水率0.96％，抗压强度为7.3MPa。
本发明原料全部采用工业固废原料制备SCS亚纳米硅晶石，且抗压强度强，产品吸水率低，提高了固体废弃物的资源化利用，具有很好的经济价值和环保价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用工业全固废制备的SCS亚纳米硅晶石，其特征在于，所述硅晶石由以下质量百分比的各原料组成：石英砂尾矿30％～50％、陶瓷抛光渣30％～50％、煤矸石5％～10％、钢渣3％～8％、高锰酸钾尾渣5％～10％。
2.根据权利要求1所述的SCS亚纳米硅晶石，其特征在于，所述陶瓷抛光渣为陶瓷地板砖厂的陶瓷地砖在生产过程中，进行高速磨削和抛光后，产生的微细粉，细度为300目以上。
3.根据权利要求1所述的SCS亚纳米硅晶石，其特征在于，所述高锰酸钾尾渣为工业高锰酸钾在生产过程中产生的固体废弃物，主要成分控制为SiO218～29wt％、Al2O34～16wt％、K2O 10～15wt％、CaO 20～24wt％。
4.根据权利要求1-3所述的SCS亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，该制备方法，包括如下步骤：
S1、配方原料混合：
将石英砂尾矿、陶瓷抛光渣、煤矸石、钢渣和高锰酸钾尾渣按照配方比例准确称量后，混合均匀；
S2、料浆制备：
将步骤S1混合均匀后的原料与水、研磨介质按3：1：2的质量比装入球磨机中，球磨3～8小时，然后将料浆放出，过滤，得到SCS亚纳米硅晶石原料料浆；
S3、喷雾造粒：
将步骤S2制备的SCS亚纳米硅晶石原料料浆进行喷雾造粒制得水分≤8％的颗粒粉料；
S4、布料工序：
将步骤S3制备的SCS亚纳米硅晶石颗粒粉料按照规定厚度，均匀铺在耐火材料组成的模具中；
S5、烧制工序：
将步骤S4中装有SCS亚纳米硅晶石颗粒粉料的耐火模具运入窑炉，按照工艺烧成曲线烧至1130～1230℃，进行保温，然后在窑炉内退火，得到SCS亚纳米硅晶石毛坯板产品。
5.根据权利要求4所述的SCS亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中研磨介质为氧化铝球，氧化铝含量≥60％，磨耗‰≤0.2。
6.根据权利要求4所述的SCS亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，所述步骤S4为将合格的喷雾造粒颗粒粉料按照3～6cm厚度，均匀铺在由碳化硅或堇青石或莫来石耐火材料组成的模具中，模具上铺设有耐高温1250℃纤维纸。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的SCS亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中烧成曲线为：
从室温到200℃，采用15～20℃/min的升温速率；
从200℃到650℃，采用9～12℃/min的升温速率；
从650℃到980℃，采用3～6℃/min的升温速率；
从980℃到1100℃，采用2～5℃/min的升温速率；
从1100℃到1130～1230℃，采用1～3℃/min的升温速率。
8.根据权利要求7所述的SCS亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中在1130～1230℃温度范围内的保温时间为30～90min。
9.根据权利要求7所述的SCS亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中退火采用15℃/min的降温速率从烧成温度降至820℃，然后采用4℃/min的降温速率降至室温。
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