CN112341247A - 利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，以钨尾矿和空心玻璃微珠副产品为原材料采用球磨机湿磨至颗粒粒径<75μm制得料浆：将45％～83％的料浆与起泡剂、固化剂、促凝剂高速搅拌发泡，然后装入模具中固化，制备保温层坯体；然后将余下料浆与固化剂、促凝剂、发泡剂混合均匀，铺入装有固化保温层坯体模具的上层，经固化、干燥制得素坯，最后经高温玻化烧结一次成型。本发明制备的保温装饰一体化墙体材料之装饰层和保温层一体固化、干燥、烧结成型，工艺简单，具有优良的保温、隔热、防火、力学性能，且不产生二次污染；全部采用固体废弃物为原材料，实现废弃物无害化利用的同时，显著降低了材料的制作成本。

Description

利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法
技术领域
本发明属于固体废物资源化利用领域，具体涉及一种利用工业固体废物制备保温装饰墙体材料的方法，制备的墙体材料可作为外墙保温装饰一体化材料、模块式外墙保温材料等。
背景技术
钨被称为“工业味精”，是现代工业不可或缺的材料之一。但我国钨矿品位一般较低，为0.1％～0.7％，导致开采及选矿过程中产生大量尾矿，约占原矿石90％以上，每年约排放40万吨以上钨尾矿，堆存量高达1000多万吨。钨尾矿一般主要由矿石矿物以及围岩矿物组成，主要含有萤石、石英、石榴子石、常是、云母、方解石等矿物，有些含有钼、铋等少量的多金属矿物，主要化学成分为:SiO2、Al2O3、CaO、CaF2、MgO、Fe2O3等。钨尾矿主要储存于尾矿库或回填入矿井，造成资源浪费，且占用土地，污染环境，危害人体健康。我国现阶段对钨尾矿的利用，主要用于有价成分的回收，水泥工业、微晶玻璃、免烧砖等建材方面，但受各种因素的制约，其掺量均不高。如《中国资源综合利用》2013年2月发表的“钨尾矿综合利用的研究进展”一文中***介绍了钨尾矿中有价金属和非金属矿回收的最新进展，以及钨尾矿在新型建筑材料中的应用前景，但未具体给出钨尾矿在建筑材料中应用的具体技术方案。因此，研发高附加值、多功能新材料，使钨尾矿资源化、无害化、变废为宝，实现生态工业尤为重要。
空心玻璃微珠副产品主要为空心玻璃微珠前驱物制备和高温玻化过程中产生的布袋除尘固体副产物，主要化学成分为SiO2、Al2O3、碱金属和碱土金属氧化物，具有成分复杂、粒径小、活性高、易飞扬等特点，导致资源化再利用困难。中国专利申请201510431946.8公开了一种利用空心玻璃微珠副产品制备轻质保温防火板材的方法，但该方法需要在800℃～1200℃下利用竖式电炉对空心玻璃微珠副产品进行高温玻化处理，生产成本高。
发泡玻璃属于一种新型无机保温材料，解决了传统有机保温材料易燃、寿命短、稳定性差等问题；相较与加砌块混凝土具有吸水率低、导热系数小等优势。如何利用钨尾矿、空心玻璃微珠副产品等工业固体废物制备保温装饰一体化墙体材料，对于实现固体废物的资源化利用、改善生态环境具有重要意义。随着低碳经济的发展，中国的建筑节能、防火要求的不断提高，发泡玻璃符合未来建筑保温材料的发展趋势。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的上述问题，而提供一种工艺简单、环保的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，制备的保温装饰一体化墙体材料具有优良的保温、隔热、防火、力学性能。
为实现本发明的上述目的，本发明利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法采用的技术方案为：
本发明利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，包括以下步骤：
(1)料浆的制备：以钨尾矿和空心玻璃微珠副产品为原材料，原材料采用球磨机湿磨至颗粒粒径<75μm物料占95.0％以上，制得料浆；料浆的质量浓度(固含量)为55％～75％，在60％～70％范围为宜；磨矿粒度以颗粒粒径<75μm物料占100％为佳；
原材料质量之和按100％计算时，各组分含量为：钨尾矿70％～86％、空心玻璃微珠副产品14％～30％。
(2)保温层坯体的制备：将步骤(1)中制得的45％～83％质量分数的料浆与起泡剂、固化剂、促凝剂一起采用高速搅拌机在5000～8000rpm/min的转速下发泡15～25min，然后装入模具中固化，制得保温层坯体；
所述起泡剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的混合物，聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠按(4.4～5.6):1:(1.8～2.4)质量比复配制备为宜，以5:1:2质量比复配制备为佳；制备保温层添加的起泡剂占保温层中原材料总质量的1.3％～1.8％为宜；
所述的固化剂采用模数3.0～3.6的水玻璃为宜，一般选择模数3.3的水玻璃；所述促凝剂为氯化钙；固化剂的添加量占保温层原材料总质量的4.2％～5.6％为宜，促凝剂的添加量占保温层原材料总质量的2.4％～3.5％为佳。
(3)素坯的制备：将步骤(1)中制得的剩余料浆与固化剂、促凝剂、发泡剂一起采用搅拌机混合20～40min，然后铺入装有固化保温层坯体模具的上层，经固化、干燥制得素坯，上层为装饰层，下层为保温层；
所述的固化剂也采用模数3.0～3.6的水玻璃，以模数3.3的水玻璃为佳；所述促凝剂为氯化钙；固化剂的添加量一般占装饰层原材料总质量的4.2％～5.6％，促凝剂的添加量一般占装饰层原材料总质量的2.4％～3.5％；
所述的发泡剂为真密度0.20～0.26g/cm3、粒径<75μm的空心玻璃微珠，发泡剂添加量占装饰层中原材料总质量的3.4％～5.6％。
(4)高温玻化烧结：将步骤(3)制得的素坯放到高温玻化烧结炉中，以4～8℃/min的升温速率从室温升至800～1000℃，保温30～45min，然后以10～15℃/min的速率快速冷却至600℃，再以1～3℃/min的冷却速率冷却至常温。
通过调节步骤(1)、(2)、(3)、(4)中的配比及工艺参数，控制高温玻化烧结后的保温层容重为165～200kg/m3，导热系数为0.051～0.062W/(m·k)，体积吸水率<0.68％，抗压强度为0.82～1.51MPa，厚度为60～150mm；控制高温玻化烧结后的装饰层容重为380～520kg/m3，导热系数为<0.136W/(m·k)，体积吸水率<0.45％，抗压强度为9.4～16MPa，厚度为10～45mm。
本发明提出采用水玻璃作为固化剂，同时水玻璃具有粘结作用，在固化过程中可避免气泡上浮，保持气泡的均匀分布；而且水玻璃化学成分为SiO2和Na2O，可作为主要的助溶剂，降低玻化温度。
本发明提出采用空心玻璃微珠作为发泡剂，在高温烧结过程中发泡气体被完全包覆在空心玻璃微珠球壳内，避免了气泡的聚并、逸出以及异常孔洞的产生，制备出孔径均匀、吸水率低、力学强度高的微孔装饰、保护层。
与现有技术相比，本发明利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法具有如下优点：
(1)本发明所用钨尾矿主要化学成分为SiO2和Al2O3，且含有较多的Na2O和K2O，空心玻璃微珠副产品含有较多的碱土金属氧化物，无需添加其它组分，两者配合即可调节烧结过程中熔融玻璃液的表面张力、粘度、软化温度等，制备出具有优良保温、隔热、防火、力学性能的保温装饰一体化材料。
(2)本发明制备的保温装饰一体化墙体材料经高温熔融固化获得致密的网络结构，重金属离子等有害物质分布在网络结构空隙中，钨尾矿中重金属离子等有害物质难以溶出，实现无害化利用。
(3)本发明制备的保温装饰一体化墙体材料，装饰层抗压强度高，耐冲击性能好，通过空心玻璃微珠调节容重，集防护、装饰、保温于一体；保温层容重和导热系数低，保温效果好通过起泡剂调剂保温性能。装饰层和保温层一体固化、干燥、烧结成型，工艺简单、成本低廉。
具体实施方式
为描述本发明，下面结合实施例对本发明利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法做进一步详细说明。
实施例1
制备坯料所用原料按照质量百分比为：钨尾矿75％和空心玻璃微珠副产品25％。起泡剂、固化剂、促凝剂、发泡剂的添加量占原材料的总质量分别为1.35％、4.82％、2.61％、3.85％。空心玻璃微珠真密度为0.22g/cm3。
(1)将钨尾矿和空心玻璃微珠副产品使用球磨机采用湿法研磨至颗粒粒径<75μm，制得料浆，固含量为60％；
(2)将步骤(1)制得的质量分数为75.6％的料浆与起泡剂、固化剂、促凝剂采用高速搅拌机在6000rpm/min的转速下发泡20min，然后装入模具中固化；
(3)将步骤(1)制得的剩余料浆与固化剂、促凝剂、发泡剂采用搅拌机混合20min，然后铺入装有固化保温层坯体模具的上层，经固化、干燥制得素坯；
(1)以4.5℃/min的升温速率从室温升至950℃，保温40min，然后以11℃/min的速率快速冷却至600℃，再以1℃/min的冷却速率冷却至常温，制得保温装饰一体化墙体材料。
具体性能参数见表1所示。
表1保温装饰一体化墙体材料性能
Figure BDA0002769860140000051
实施例2
制备坯料所用原料按照质量百分比为：钨尾矿80％和空心玻璃微珠副产品20％。起泡剂、固化剂、促凝剂、发泡剂的添加量占原材料的总质量分别为1.70％、5.43％、3.41％、4.27％。空心玻璃微珠真密度为0.24g/cm3。
(1)将钨尾矿和空心玻璃微珠副产品使用球磨机采用湿法研磨至颗粒粒径<75μm，制得料浆，固含量为70％；
(2)将步骤(1)制得的质量分数为45.7％的料浆与起泡剂、固化剂、促凝剂采用高速搅拌机在7500rpm/min的转速下发泡17min，然后装入模具中固化；
(3)将步骤(1)制得的剩余料浆与固化剂、促凝剂、发泡剂采用搅拌机混合35min，然后铺入装有固化保温层坯体模具的上层，经固化、干燥制得素坯；
(4)以6℃/min的升温速率从室温升至870℃，保温45min，然后以10℃/min的速率快速冷却至600℃，再以2.5℃/min的冷却速率冷却至常温，制得保温装饰一体化墙体材料。
具体性能参数见表2所示。
表2保温装饰一体化墙体材料性能
Figure BDA0002769860140000061
实施例3
制备坯料所用原料按照质量百分比为：钨尾矿86％和空心玻璃微珠副产品14％。起泡剂、固化剂、促凝剂、发泡剂的添加量占原材料的总质量分别为1.56％、5.07％、2.91％、5.42％。空心玻璃微珠真密度为0.20g/cm3。
(1)将钨尾矿和空心玻璃微珠副产品使用球磨机采用湿法研磨至颗粒粒径<75μm，制得料浆，固含量为67％；
(2)将步骤(1)制得的质量分数为的53.9％料浆与起泡剂、固化剂、促凝剂采用高速搅拌机在8000rpm/min的转速下发泡15min，然后装入模具中固化；
(3)将步骤(1)制得的剩余料浆与固化剂、促凝剂、发泡剂采用搅拌机混合40min，然后铺入装有固化保温层坯体模具的上层，经固化、干燥制得素坯；
(4)以8℃/min的升温速率从室温升至920℃，保温45min，然后以15℃/min的速率快速冷却至600℃，再以3℃/min的冷却速率冷却至常温，制得保温装饰一体化墙体材料。
具体性能参数见表3所示。
表3保温装饰一体化墙体材料性能
Figure BDA0002769860140000071

Claims (7)

1.一种利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)料浆的制备：以钨尾矿和空心玻璃微珠副产品为原材料，原材料采用球磨机湿磨至颗粒粒径<75μm物料占95.0％以上，制得料浆；料浆的质量浓度为55％～75％；
(2)保温层坯体的制备：将步骤(1)中制得的45％～83％质量分数的料浆与起泡剂、固化剂、促凝剂一起采用高速搅拌机在5000～8000rpm/min的转速下发泡15～25min，然后装入模具中固化，制得保温层坯体；
(3)素坯的制备：将步骤(1)中制得的剩余料浆与固化剂、促凝剂、发泡剂一起采用搅拌机混合20～40min，然后铺入装有固化保温层坯体模具的上层，经固化、干燥制得素坯，上层为装饰层，下层为保温层；
(4)高温玻化烧结：将步骤(3)制得的素坯放到高温玻化烧结炉中，以4～8℃/min的升温速率从室温升至800～1000℃，保温30～45min，然后以10～15℃/min的速率快速冷却至600℃，再以1～3℃/min的冷却速率冷却至常温。
2.如权利要求1所述的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于：原材料质量之和按100％计算时各组分含量为：钨尾矿70％～86％、空心玻璃微珠副产品14％～30％。
3.如权利要求2所述的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于：所述起泡剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的混合物。
4.如权利要求3所述的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于：所述起泡剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠按(4.4～5.6):1:(1.8～2.4)质量比复配制备；制备保温层添加的起泡剂占保温层中原材料总质量的1.3％～1.8％。
5.如权利要求4所述的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于：所述的固化剂为模数3.0～3.6的水玻璃，所述促凝剂为氯化钙；制备保温层和装饰层中，固化剂的添加量占原材料总质量的4.2％～5.6％，促凝剂的添加量占原材料总质量的2.4％～3.5％。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的发泡剂为真密度0.20～0.26g/cm3、粒径<75μm的空心玻璃微珠，发泡剂添加量占装饰层中原材料总质量的3.4％～5.6％。
7.如权利要求6所述的利用固体废弃物制备保温装饰一体化墙体材料的方法，其特征在于：通过调节工艺参数，控制高温玻化烧结后的保温层容重为165～200kg/m3，导热系数为0.051～0.062W/(m·k)，体积吸水率<0.68％，抗压强度为0.82～1.51MPa，厚度为60～150mm；控制高温玻化烧结后的装饰层容重为380～520kg/m3，导热系数为<0.136W/(m·k)，体积吸水率<0.45％，抗压强度为9.4～16MPa，厚度为10～45mm。
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