一種低溫陶瓷石材的生產方法
2023-05-16 21:47:16
專利名稱：一種低溫陶瓷石材的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種用廢渣製成的低溫陶瓷石材生產方法，屬建 築材料技術領域。
二背景技術：
我國的廢渣諸如粉煤灰、煤矸石、冶煉渣、磷渣等大宗固體廢棄 物的年產量已達9億噸，歷年累計堆存近70億噸，利用率不足50%，大宗利用主要在
矽酸鹽水泥、混凝土、牆體磚、築路、回填方面。
植物剩餘物諸如秸杆、蔗渣、煙杆、果殼、樹皮、枝丫、雜草以及經濟植物加工提 取有效成分後的剩餘殘渣是自然界中最為豐富而且可以再生的生物質資源，我國僅秸杆
的年產量就達到7億多噸，大部分被付之一炬，既汙染空氣，又浪費資源。公知的植物 剩餘物資源化方案中，比較有代表性的技術有如下幾種秸杆還田、氨化飼料、腐植肥 料、燃料、人造板(纖維板、刨花板、層板)、活性碳、造紙等，其中木材利用是植物 廢棄物的主要途徑，目前國內生產的各種人造木材主要有三種類型 一是以熱固性聚合 物如脲醛樹脂、酚醛樹脂為粘結劑的人造板材；二是以水泥、石膏、菱鎂土為粘結劑的 刨花板；三是以熱塑性聚合物如聚乙烯、聚氯乙烯為代表的木塑材料。開發成本低、性 能好、無毒、環保的新品種人造木材依然是今後植物廢棄物資源化的發展方向。
基於天然及人造木材存在的諸如溼脹幹縮、力學性能差、不耐水、不阻燃、怕蟲蛀、 易腐爛變質等問題，國內外學者主要從木材改性方面進行研究，並在具有特殊性能的木 材陶瓷、陶瓷木材、金屬化木材、矽酸鈣系木材、聚合物木材方面取得了進展。
木材陶瓷化是木材改性的重要途徑，但以往主要是用矽酸乙脂以及可溶性金屬鹽對 基材進行滲透處理，這些方法不可能形成連續的陶瓷體結構，而要得到陶瓷體結構就必 須經過高溫煅燒，但最終得到的卻是完全沒有木材特徵的木材陶瓷。也就是說，公知技 術還沒有真正實現木材的陶瓷化改性。
廢渣的主要成分一般由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈉組成， 通過適當的方法進行處理，其原來的矽酸鹽結構能解聚，並能在以水為介質條件下再度 聚合形成新的矽酸鹽網絡，具有陶瓷材料的性能，但由於陶瓷體形成的過程沒有傳統陶 瓷的高溫燒結，因此稱為低溫陶瓷。因其結構的形成是在接近常溫條件下完成的，可採 用多種方法進行改性，避免了高溫可能對添加物構成的熱失配和化學不相容；用工業廢 渣製成的低溫陶瓷膠凝材料與植物廢棄物進行複合製成的低溫陶瓷木材，兼具陶瓷的無 毒、阻燃、穩定、耐久、耐水、耐腐蝕、耐磨、耐蟲蛀和木材的輕質、柔韌、透氣、可 加工和可裝飾性能，可望以其優勢性能在建築裝飾、建築牆體、建築保溫隔熱、建築結 構等方面獲得廣泛應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種用廢渣和植物廢棄物制低溫陶瓷木材的方法，利用工業廢 渣的物理化學特徵，首先製備成能水化凝固的低溫陶瓷膠凝材料；用該膠凝材料與植物
廢棄物進行複合製備成具有優良物理力學性能的低溫陶瓷木材，以替代日漸稀缺的天然 木材和有毒的人造木材使用，從而為我國生態環境良性循環和資源利用永續不衰戰略目 標的實現作出貢獻。 本發明的技術內容
1、 原料和配方
1) 主原料
第一類主原料是廢渣包括廢玻璃、玻璃纖維廢渣、粉煤灰、磷渣、冶煉渣、 城市垃圾焚化渣，它們在產生過程中已經過了高溫煅燒或熔融，這些工業廢渣可
單獨或兩種以上任意比例搭配使用；
第二類主原料是植物廢棄物，包括稻草、麥草、玉米杆、蔗渣、煙杆、果殼、 鋸末、樹皮、樹枝、雜草，它們既可單獨使用，也可兩種或兩種以上混合搭配使用。
2) 添加劑包括改性劑、促進劑、表面活性劑三類。
改性劑為水玻璃的水溶液，密度為1. 30—1. 52g/ml,模數為3. 7—2. 0;
促進劑為氟矽酸鈣、氟矽酸鈉、氟矽酸鉀、燒鹼中的一種或任意兩種或兩 種以上按任意比例搭配使用；
表面活性劑為三乙醇胺、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、磺化三聚氰胺甲醛 樹脂、萘磺酸鹽中的一種或任意兩種或兩種以上按任意比例搭配使用；
3) 配方(按重量比計)
廢渣植物廢棄物改性劑促進劑表面活性劑=100: 30-600: 10-50: 0.5—7: 0.03—2.0;
4) 配方的適用範圍
(1) 廢渣、植物廢棄物和改性劑質量均包含自然或處理過程帶入的水份；
(2) 把配方中的的植物廢棄物替換成廢渣(廢玻璃、玻璃纖維廢渣、粉煤
灰、磷渣、冶煉渣、城市垃圾焚化渣)，製備出的是低溫陶瓷複合材料，不具有 木材但具有石材特徵。
2、 本發明按以下生產步驟完成
1)原料處理廢渣包括廢玻璃、玻璃纖維廢渣、粉煤灰、磷渣、冶煉渣、
城市垃圾焚化渣中若含水率大於5%，需要加入廢渣含水的30—50重量％生石灰， 並混合陳化1一12小時；若含水率小於或等於5重量％可直接使用；廢渣與促進劑、 表面活性劑混合粉磨，製成粒度小於0. 08隱佔85%—100%混合粉體；
植物廢棄物需要破碎加工成長度0. 5—150mm、寬度0. 5—10mm、厚度0, 1 一5mm形狀，既可直接使用，也可用處理劑進行浸泡或浸煮處理，處理劑為石 灰、矽酸鈉、碳酸鈉、硼砂、磷酸鈉、硫酸鋁、硫酸鋁鉀中的一種或幾種的 水溶液，處理劑的用量為植物廢棄物的0.5—15重量％，處理劑水溶液濃度為 0.01—5.0重量％，自然浸泡時間為1 —15天，浸煮時間為2—6小時，浸煮溫 度為60—95°C;
2) 混合料製備混合粉體與改性劑、處理過的植物廢棄物混合均勻成混
合料；
3) 成型當混合料中水分含量小於20重量％時，壓製成型，成型壓力O. 1 一3. OMPa，熱壓溫度為60—198。C，保壓時間為5—55分鐘；當混合料中水分含 量大於或等於20重量％時，用振搗、擠出和澆注成型。
4) 養護成型製品自然放置12—36小時後再在溫度為65—175。C的溼熱 蒸汽環境中養護6—36小時；
5) 乾燥製品養護完成後，採用風乾、太陽曬或烘爐進行乾燥脫水，當 質量含水率小於5重量％時成為半成品。
6) 裝飾處理半成品經過乾燥後，需要打磨平整，用油漆、塗料、木紋
紙之一粘貼裝飾或用由不飽和聚脂樹脂、無機填料、固化劑、促凝劑一種或 幾種混合裝飾層進行塗覆處理，待表面凝固後，進行拋光，成為產品。
本技術與現有技術相比所具有如下優點
1、 與公知的人造木材相比，本發明不用熱塑性塑料、熱固性樹脂粘結劑，完全避 免了高分子聚合物降解、添加劑釋放、殘留物揮發(如甲醛)造成的有毒物汙染問題； 同時從根本上解決了木材的防火、防水、阻燃、消煙問題。
2、 與傳統的刨花板相比，本發明採用廢渣為膠凝材料，最終形成的是具有陶瓷性 能的堅強結構，避免了水泥、石膏作為刨花板膠凝材料無法解決的溼脹幹縮、強度低、 壽命短的問題。
3、 本發明的主要原料是廢渣和植物廢棄物，原料豐富，成本低廉；製品具有
陶瓷的穩定性、阻燃、無毒、硬度高、耐磨性好的特徵，同時具有木材的輕質、保溫、 耐衝擊和可加工的性能。
四
圖l是本發明的工藝流程。
五具體實施例方式
實施例1:
取質量含水率為1.2%的磷渣100份、0.8份木質磺酸鈣、0.03份三乙醇胺、 2份氟矽酸鈉共混粉磨成粒度小於0.08mm佔95%的粉體；按鋸末/稻草/雜草 =1/1.25/0. 5比例配合的植物廢棄物550份先破碎成長度為100-150mm，然後與 處理劑水溶液混合浸煮，處理劑為為矽酸鈉、石灰、碳酸鈉的混合水溶液，三種的 質量比為1/2/1.5,處理劑的用量為植物廢棄物的10重量％，濃度為4. 5重量％， 浸煮4小時，浸煮溫度為75。C，取粉磨好的粉體與處理過的植物廢棄物及密度為 L36g/ml,模數為3.5的水玻璃18份，攪拌7分鐘成為混合料；注入模具中振搗 成型，自然放置12小時後脫模，放置在80°(:的蒸汽室中養護8小時，乾燥脫水， 當含水率小於5%時成為半成品，測試其密度0.92g/cm3，抗壓強度15Mpa，抗折 強度7Mpa。表面磨光後用醇酸漆罩面，具有木質效果。 實施例2:
取粉煤灰60份、廢玻璃20份、玻璃纖維廢渣20份，三種廢渣的質量含水 率依次為8. 6%、 6. 8%、 4. 6%，折合廢渣中質量含水率為7. 44%，往廢渣中加入3. 6 份生石灰，混合陳化6小時後加入0. 06份三乙醇胺、7份氟矽酸鉀共混粉磨成粒 度小於0. 08mm佔85%的粉體；按玉米杆/麥草/桉樹枝葉=1/0. 5/0. 5比例配合的 植物廢棄物先破碎成長度小於150mm、、寬度小於10mra、厚度小於5誦的纖維 狀600份，與質量濃度為3%的石灰水溶液混合浸煮，石灰用量為植物廢棄物的 8重量％，浸煮3小時，浸煮溫度為75-95°C，取粉磨好的粉體、處理過的植物廢 棄物、密度為1. 50g/ml模數為3的水玻璃50份，攪拌10分鐘後澆注成型，自 然放置24小時脫模，用95°C的常壓蒸汽養護8小時，烘乾至含水率小於5%時成 為半成品，此測試材料的密度0.85g/cm3，抗壓強度8Mpa，抗折強度6. 2Mpa，表 面磨光後用白乳膠為粘結劑、木紋紙為貼面，具有木質效果。
實施例3:
取磷渣40份，銅渣30份，鋼渣30份，三種廢渣的質量含水率依次為9. 6%、 4.5%、 6.6%，折合廢渣中質量含水率為7. 17%，往廢渣中加入2.5份生石灰，混
合陳化10小時後加入0. 1份三乙醇胺、氟矽酸鈣3.0份，燒鹼4.0份，共混粉 磨成細度成粒度小於0. 08mm佔92%的粉體；按花生殼粉/穀殼/米糠=1/0. 4/0. 6 比例配合的植物廢棄物200份，先破碎成最大尺寸為l-10mm，然後與質量濃度 為4.2%的處理劑水溶液混合浸煮，浸煮6小時，浸煮溫度為70—80°C，處理劑 中硼砂、磷酸鈉、硫酸鋁、硫酸鋁鉀的質量比為1/3.5/1.6/5，其用量為植物廢 棄物的2重量％，取粉磨好的粉體，處理過的植物廢棄物、密度為1.50g/ml,模數 為2的水玻璃30份，攪拌5分鐘成為混合料，擠出成型，自然放置30小時後在 65°C的溼熱環境中養護36小時，乾燥至含水率小於5%時成為半成品，測試該材 料的密度1.25g/cm3，抗壓強度12Mpa，抗折強度6. 2Mpa;表面磨平後用由不飽 和聚脂樹脂、氫氧化鋁、過氧化丁酮、環垸酸鈷(質量比為1/1/0.1/0.05)組 成的裝飾膠塗覆lmm，表面凝固後拋光，表面具有石質化裝飾效果。 實施例4 :
取鎳渣50份，礦渣30份，粉煤灰20份，三種廢渣的質量含水率依次為5.6%、 4.5%、 12.6%，折合廢渣中質量含水率為6. 67%，往廢渣中加入2. 7份生石灰，混 合陳化8小時後加入木質磺酸鈣1.0份，氟矽酸鉀4份共混粉磨成粒度小於 0.08mm佔99%的粉體；按煙杆/稻草粉=1/2比例配合的植物廢棄物150份，先破 碎成長小於150mm、寬度小於5mm、厚度小於0. 5mm的纖維狀；取粉磨好的粉 體、處理過的植物廢棄物、密度為1. 35g/ml，模數為2. 5的水玻璃20份混合攪拌 8分鐘，在壓力為O. 5MPa、溫度135aC、壓制30分鐘成型，表面拋磨後具有硬質 人造板外觀，測試該材料的密度1. 29g/cm3，抗壓強度29Mpa，抗折強度11. 2Mpa 。
實施例5:
分別取乾燥的磷渣50份、錳渣30份、城市垃圾焚化渣20份，0.1份三乙 醇胺、6份燒鹼共混粉磨成粒度小於0.08mm佔89%的粉體；稻草先破碎成長度 小於5mm;取粉體106. 1份、處理過的稻草粉100份、密度為1. 27g/ml，模數為 2. 3的水玻璃30份水玻璃混合攪拌4分鐘成為混合料，在壓力為O. 1Mpa、溫度 190°C條件下熱壓10分鐘，脫模後自然放置12小時，測試該材料的密度 1.15g/cm3，抗壓強度15Mpa，抗折強度6.7Mpa，表面磨光後用油漆塗刷，也具有 木質效果。。
實施例6:
取粉煤灰100份，其質量含水率8%，加入4份生石灰混合陳化3小時後與
0.7份木質素磺酸鈉、0.06份三乙醇胺、0.7份萘磺酸甲醛縮合物、2份氟矽酸 鈉共混粉磨成粒度小於0. 08mm佔91%的粉體；取粉體107.46份，磷渣300份， 密度為1.15g/ml，模數為2.0的水玻璃50份混合攪拌8分鐘，澆注成型，自然放 置17小時後脫模，放置在80°C的蒸汽室中養護12小時，表面拋磨後產品中有直 徑小於8腿氣孔均勻分布，抗壓強度62Mpa，抗折強度7. 3Mpa，具有天然火山石 材裝飾和防滑效果。 實施例7:
配方與成型方式同實施例6，成型製品放置在175°C的蒸汽環境中養護8小 時，表面拋磨後產品中有直徑小於8mm氣孔均勻分布，抗壓強度95Mpa，抗折強 度12.3Mpa，有天然火山石材裝飾和防滑效果。
實施例8:
用礦渣70份、城市垃圾焚化渣30份代替實施例6中的磷渣，採用實施例6 的工藝，獲得的製品抗壓強度65Mpa，抗折強度7. 3Mpa，拋磨後也具有天然石材 裝飾效果。
權利要求
1、一種低溫陶瓷石材的生產方法，其特徵在於該材料的組分為廢渣、改性劑、促進劑、表面活性劑，其配方為處理廢渣∶原狀廢渣∶改性劑∶促進劑∶表面活性劑＝100∶30-600∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0，1)、處理廢渣或原狀廢渣為廢玻璃、玻璃纖維廢渣、粉煤灰、磷渣、冶煉渣、城市垃圾焚化渣中的一種或幾種，2)、改性劑為水玻璃的水溶液，密度為1.30-1.52g/ml，模數為3.7-2.0，3)、促進劑為氟矽酸鈣、氟矽酸鈉、氟矽酸鉀、燒鹼中的一種或幾種，4)、表面活性劑為三乙醇胺、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、磺化三聚氰胺甲醛樹脂、萘磺酸鹽中的一種或幾種，配好方的上述材料按以下生產步驟完成1)、廢渣處理所用廢渣的折合含水率若大於5％，需加入廢渣含水質量30-50％的生石灰，並混合陳化1-12小時；若折合含水率小於或等於5重量％，就直接使用，經過陳化處理後的處理廢渣經粉磨為粒度小於0.08mm佔85％-100％的粉體，粉磨時與計量過的表面活性劑、促進劑混磨成混合粉體，2)、混合料製備混合粉體加入原狀廢渣與改性劑混合均勻成混合料，3)、成型當混合料中水分含量小於20重量％時，壓製成型，成型壓力0.1-3.0MPa，熱壓溫度為60-198℃，保壓時間為5-55分鐘，當混合料中水分含量大於等於20重量％時，用振搗、擠出或澆注成型，4)、養護成型製品自然放置12-36小時後再在溫度為65-175℃的溼熱蒸汽環境中養護6-36小時，5)、乾燥製品養護完成後，採用風乾、太陽曬或烘爐進行乾燥脫水，當含水率小於5重量％時成為半成品，6)、半成品經過乾燥後打磨平整，用不飽和聚脂樹脂、無機填料、固化劑和促凝劑組成的混合物裝飾層進行塗覆處理，待表面凝固後，進行拋光，成為產品。
全文摘要
本發明涉及一種用廢渣製成的低溫陶瓷石材生產方法，屬建築材料技術領域。低溫陶瓷石材的組分為處理廢渣、原狀廢渣、改性劑、促進劑、表面活性劑；各組分按重量比配合，其比例為處理廢渣∶原狀廢渣∶改性劑∶促進劑∶表面活性劑＝100∶30-60∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0。上述原料經原料處理、混合料製備、成型、養護、乾燥、裝飾工序製成以矽鋁礦物為基體相的低溫陶瓷石材。本發明不用水泥、石膏或塑料粘結劑，沒有高溫高壓和有毒物質存在與釋放。具有成本低廉、廢物利用率高、環境友好、節約天然資源等優點。
文檔編號C04B33/132GK101100365SQ20071013758
公開日2008年1月9日 申請日期2005年7月29日 優先權日2005年7月29日
發明者夏舉佩, 張召述 申請人:昆明理工大學