一種膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料及其製備方法
2023-05-13 14:38:51 1
專利名稱：一種膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於保溫材料領域，特別涉及一種膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料。
背景技術：
膨脹珍珠巖製品由於價格低廉，又具有耐火、抗腐蝕和使用過程中無有害物質釋放、拆除時易於無害化處理等特點，因而是國內使用量最大的無機質保溫材料之一。膨脹珍珠巖原料是由天然珍珠巖礦石經850℃～1050℃的快速加溫使其產生膨化而獲得。膨脹珍珠巖顆粒內部的孔隙尺寸大多在50μm以下，膨化的顆粒本身的體積密度一般小於150kg/m3，氣孔率在90％以上。因此膨脹珍珠巖顆粒本身無論是在常溫還是在高溫都有較低的導熱係數。但是目前的膨脹珍珠巖絕熱製品(板材、管殼或其它形材)多以水泥或水玻璃作為粘結材料而將膨脹珍珠巖顆粒結合在一起。如果是以水泥為粘結材料則水泥充滿顆粒之間的毫米級孔隙，使製品的體積密度大幅度增加，加劇了固體熱傳導，使製品的導熱係數增大。如果使用水玻璃作為粘結材料，雖然製品的體積密度可能很低，製品在常溫下也有較低的導熱係數，但由於製品內顆粒之間的孔隙尺寸較大，因此在高溫狀態下這種製品的導熱係數上升很快，從而使材料的保溫性能大大降低。使用上述兩種粘結材料還會使製品的耐高溫性大幅度下降。
發明內容
本發明採用硬矽鈣石活性料漿作為粘結材料，製成膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料，在導熱係數、強度和耐高溫性等方面比傳統的膨脹珍珠巖製品都有較大幅度的提高。
本發明的原理硬矽鈣石活性料漿是生產硬矽鈣石型矽酸鈣保溫材料過程中的中間產品。控制生產過程使硬矽鈣石活性料漿由水、硬矽鈣石二次粒和膠體三部分組成，硬矽鈣石活性料漿的主要成分是硬矽鈣石二次粒子。硬矽鈣石二次粒子由纖狀的硬矽鈣石晶體相互纏繞、交生和連生而成，外部纖維較密，內部近於中空，這種二次粒子的體積密度與膨脹珍珠巖相近，粒子本身的導熱係數低於膨脹珍珠巖。硬矽鈣石二次粒子的外形尺寸為10～100μm，適於充填膨脹珍珠巖製品內顆粒之間的較大孔隙。
此外，由於硬矽鈣石活性料漿中含有一定量的膠體，因而具有粘結性。這些膠體實際上也是由具有納米和亞納米尺寸的結晶度非常低的硬矽鈣石晶體組成。硬矽鈣石和膠體在1000℃以下加熱時都不會發生本質的變化。採用這種硬矽鈣石活性料漿作為粘結材料，除了單純的粘結作用之外，還可發揮硬矽鈣石二次粒子的充填作用，消除膨脹珍珠巖中的較大尺寸孔隙。此外採用硬矽鈣石活性料漿作為粘結材料不象採用水玻璃和水泥那樣會降低膨脹珍珠巖製品的使用溫度。因此本發明採用硬矽鈣石活性料漿作為膨脹珍珠巖製品的粘結材料，與傳統膨脹珍珠巖製品相比，導熱係數有明顯的降低，強度和耐高溫性能有明顯的提高。
製備工藝一、硬矽鈣石活性料漿的製備1、製備硬矽鈣石活性料漿的原料製備硬矽鈣石活性料漿的主要原料是石英和石灰。所用的石英是粒度為0～40μm的石英粉。石英粉可以用石英巖、脈石英或石英砂經破碎和粉磨而成，也可以是天然產出的細粒粉石英。石英原料中SiO2的含量應大於98.0Wt.％。所用的石灰為普通建築用石灰，CaO含量應在80.0～99.6Wt.％，MgO含量應在0.1～10.0Wt.％，SiO2含量應在0.1～10.0Wt.％，Al2O3含量應在0.1～3.0Wt.％，Fe2O3含量應在0.1～2.0Wt.％。所用石灰用20～60℃的溫水進行消解，並過100目和200目兩道篩網，濾出灰渣即石灰乳備用。
2、配料及反應條件將石英粉與按上述要求製備的石灰乳以CaO/SiO2的比例在1.10～0.98進行配料，並補充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為15～25，作為反應前的混合料漿。將上述混合料漿裝入帶有攪拌裝置的高壓釜密封后進行高溫高壓水熱動態反應。反應釜內的升溫應在1.5～3.0小時內完成，溫度升至220℃後再保溫1.0～3.0小時，這時反應釜內的平衡壓約為2MPa。保溫過程完成後停止供熱源進行自然降溫。自然降溫的過程中反應釜內的反應仍在繼續進行。因此應控制高壓釜的攪拌力度與保溫條件，使高壓釜內溫度維持在180℃以上的時間為3～5小時。當自然降溫到160℃時應通冷卻水進行快速降溫。待釜內溫度降至近室溫後取出料漿。在有安全措施保證的條件下(避免燙傷)，也可以在100～105℃進行帶壓放料，以提高生產效率。在上述反應過程中高壓釜可以連續攪拌，轉速控制在50～80轉/分鐘，也可以間歇攪拌，轉速控制在80～200轉/分鐘。按上述工藝所得到的反應好的料漿就是硬矽鈣石活性料漿。
二、膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備膨脹珍珠巖需選用鬆散容重在60～100kg/m3的產品。將膨脹珍珠巖原料混入硬矽鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖佔74～85Wt.％，硬矽鈣石活性料漿乾物質佔14～25Wt.％，並另外加入1.0Wt.％的耐鹼玻璃纖維作為增強纖維。將上述混合料攪拌均勻後，在具有濾水功能的模具中用壓力機壓濾成型。壓制時壓強控制在0.10～0.15MPa。壓濾成型後的溼坯放入烘乾窯中烘乾，烘乾窯的溫度控制在50～110℃。製品經烘乾後(含水率≤1.0％，在空氣中吸溼後含水率≤4.0％)可作為成品出售。
本發明克服了水玻璃或水泥作為粘結劑會降低普通珍珠巖製品使用溫度的缺點，而是以微米級硬矽鈣石中空二次粒子填充膨脹珍珠巖顆粒的較大孔隙，使複合製品在800℃時的導熱係數比傳統的水玻璃結合膨脹珍珠巖製品下降了近30％，抗折強度和抗壓強度提高一倍以上，使用溫度提高了近200℃，而製備成本保持在與傳統膨脹珍珠巖製品相近的水平。這種複合製品在很多場合下可能取代硬矽鈣石型矽酸鈣保溫材料(硬矽鈣石型矽酸鈣保溫材料製備成本是傳統膨脹珍珠巖製品的2～3倍)。表1比較了典型的傳統膨脹珍珠巖製品、本發明的複合製品與典型的硬矽鈣石型矽酸鈣板的性能。
性能傳統膨脹珍珠巖製品 本發明的複合製品 硬矽鈣石型矽酸鈣板(水玻璃)體積密度(kg/m3) 150≤210220冷態抗壓強度(MPa) 0.56 ≥1.56 1.02冷態抗折強度(MPa) 0.31 ≥0.81 0.49烘乾線收縮率(％) 0.80 ≤1.50 1.50燒後線收縮率(％) 4.50 ≤0.90 0.40(800℃×16h)導熱係數(W/m·K) 0.052 ≤0.056 0.056(25℃)導熱係數(W/m·K) 0.169 ≤0.128 0.128(800℃)具體實施方式
實施例1硬矽鈣石活性料漿的製備所用石英粉為天然產出並經簡單水選後的天然石英粉，商品名為「粉石英」，粒度0～40μm，SiO2含量為99.1Wt.％，所用石灰的主要化學成分為CaO97.5Wt.％，MgO 1.2Wt.％，SiO20.4Wt.％，Al2O30.4Wt.％，Fe2O30.5Wt.％。石灰用50℃溫水消解後過100目和200目篩網後供配料使用。
將上述「粉石英」與石灰乳化以CaO/SiO2的比例在1.05進行配料，並補充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為20，作為反應前的混合料漿。將上述混合料漿裝入帶有攪拌裝置的高壓釜密封后進行高溫高壓水熱動態反應。反應釜內的升溫應在1.8小時內完成，溫度升至220℃後再保溫3小時，然後停止供給熱源進行自然降溫。自然降溫4小時後釜內溫度降至160℃。然後在高壓釜的循環冷卻裝置中通入冷卻水進行冷卻降溫。當溫度降至105℃時，打開設置在高壓釜下部的排料口進行放料，得到硬矽鈣石活性料漿。在上述反應過程中高壓釜是歇攪拌，每1小時內攪拌10分鐘，轉速控制在80轉/分鐘。
膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備所選用的膨脹珍珠巖原料為鬆散容重在70kg/m3的產品。將膨脹珍珠巖原料混入硬矽鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖佔79Wt.％，硬矽鈣石活性料漿乾物質佔20Wt.％，並另外加入1.0Wt.％的耐鹼玻璃纖維作為增強纖維。將上述混合料攪拌均勻後，在具有濾水功能的模具中用壓力機壓濾成型。壓制時壓強控制在0.10MPa。壓濾成型後的溼坯放入烘乾窯中烘乾，烘乾窯的入口溫度控制在50℃，高溫段溫度為110℃。經烘乾的坯體經檢驗後即得成品。所得製品的物理性能如表2所示。
表2 實施例1中製品的物理性能
實施例2硬矽鈣石活性料漿的製備所用石英粉同實施例1，粒度0～40μm，SiO2含量為98.5Wt.％，所用石灰的主要化學成分為CaO89.3 Wt.％，MgO 3.4Wt.％，SiO25.2Wt.％，Al2O31.3Wt.％，Fe2O30.8Wt.％。石灰用50℃溫水消解後過100目和200目篩網後供配料使用。
將上述「粉石英」與石灰乳以CaO/SiO2的比例在1.03進行配料，並補充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為20，作為反應前的混合料漿。將上述混合料漿裝入帶有攪拌裝置的高壓釜密封后進行高溫高壓水熱動態反應。反應釜內的升溫在1.5小時內完成，溫度升至220℃後再保溫2小時，然後停止供給熱源進行自然降溫。自然降溫4小時後釜內溫度降至160℃。然後在高壓釜的循環冷卻裝置中通入冷卻水進行冷卻降溫。當溫度降至105℃時，打開設置在高壓釜下部的排料口進行放料，得到硬矽鈣石活性料漿。在上述反應過程中高壓釜是歇攪拌，每1小時內攪拌30分鐘，轉速控制在120轉/分鐘。
膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備所選用的膨脹珍珠巖原料鬆散容重為80kg/m3。將膨脹珍珠巖原料混入硬矽鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖佔74Wt.％，硬矽鈣石活性料漿乾物質佔25Wt.％，並另外加入1.0Wt.％的耐鹼玻璃纖維作為增強纖維。將上述混合料攪拌均勻後，在具有濾水功能的模具中用壓力機壓濾成型。壓制時壓強控制在0.15MPa。壓濾成型後的溼坯放入烘乾窯中烘乾，烘乾窯的入口溫度控制在50℃，高溫段溫度為110℃。經烘乾的坯體經檢驗後即得成品。所得製品的物理性能如表3所示。
表3 實施例2中製品的物理性能
權利要求
1.一種膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料，其特徵在於膨脹珍珠巖選用鬆散容重在60～100kg/m3的產品，將膨脹珍珠巖原料混入硬矽鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖佔74～85Wt.％，硬矽鈣石活性料漿乾物質佔14～25Wt.％，並另外加入1.0Wt.％的耐鹼玻璃纖維作為增強纖維；製備硬矽鈣石活性料漿的主要原料是石英和石灰，所用的石英是粒度為0～40μm的石英粉；石英粉可以用石英巖、脈石英或石英砂經破碎和粉磨而成，也可以是天然產出的細粒粉石英，石英原料中SiO2的含量應大於98.0Wt.％；所用的石灰為普通建築用石灰，CaO含量應在80.0～99.6Wt.％，MgO含量應在0.1～10.0Wt.％，SiO2含量應在0.1～10.0Wt.％，Al2O3含量應在0.1～3.0Wt.％，Fe2O3含量應在0.1～2.0Wt.％。
2.一種膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備方法，其特徵在於膨脹珍珠巖、硬矽鈣石活性料漿乾物質、耐鹼玻璃纖維組成的混合料攪拌均勻後，在具有濾水功能的模具中用壓力機壓濾成型；壓制時壓強控制在0.10～0.15Mpa，壓濾成型後的溼坯放入烘乾窯中烘乾，烘乾窯的溫度控制在50～110℃，製品經烘乾後含水率≤1.0％，在空氣中吸溼後含水率≤4.0％。
3.如權利要求2所述的膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備方法，其特徵在於硬矽鈣石活性料漿的製備工藝為石英粉與石灰乳以CaO/SiO2的比例在1.10～0.98進行配料，並補充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為15～25，作為反應前的混合料漿，石灰乳用20～60℃的溫水進行消解，並過100目和200目兩道篩網；石英粉與石灰乳混合料漿裝入帶有攪拌裝置的高壓釜密封后進行高溫高壓水熱動態反應，反應釜內的升溫應在1.5～3.0小時內完成，溫度升至220℃後再保溫1.0～3.0小時，這時反應釜內的平衡壓約為2Mpa；保溫過程完成後停止供熱源進行自然降溫，自然降溫的過程中反應釜內的反應仍在繼續進行，因此應控制高壓釜的攪拌力度與保溫條件，使高壓釜內溫度維持在180℃以上的時間為3～5小時；當自然降溫到160℃時應通冷卻水進行快速降溫，待釜內溫度降至近室溫後取出料漿。
4.如權利要求3所述的膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備方法，其特徵在於製備硬矽鈣石活性料漿反應過程中高壓釜採用連續攪拌，轉速控制在50～80轉/分鐘，自然降溫到100～105℃進行帶壓放料，以提高生產效率。
5.如權利要求3所述的膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料的製備方法，其特徵在於製備硬矽鈣石活性料漿反應過程中高壓釜採用間歇攪拌，轉速控制在80～200轉/分鐘，自然降溫到100～105℃進行帶壓放料。
全文摘要
一種膨脹珍珠巖—硬矽鈣石複合保溫材料及其製備方法，屬於保溫材料領域。其特徵在於膨脹珍珠巖選用鬆散容重在60～100kg/m
文檔編號C04B14/30GK1559954SQ20041000630
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月24日 優先權日2004年2月24日
發明者倪文, 牛福生, 李建平, 徐麗, 倪 文 申請人:北京科技大學