CN103396085B - 基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。其技术方案是：先以50~65wt%的花岗岩废料细粉、5~15wt%的二氧化钛、3~8wt%的氯化钠、10~22wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~15wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在800~1100℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料1~5wt%的石灰石颗粒、1~5wt%的白炭黑、1~10wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在900~1100℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。本发明具有工艺简单、生产成本低、有利于资源综合利用和环境友好的特点，所制备的低导热轻质保温材料体积密度小、导热系数低和耐压强度高。
Description
技术领域
本发明属于低导热轻质保温材料技术领域。具体涉及一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。
背景技术
花岗岩是一种深成酸性火成岩，二氧化硅含量高，主要由石英、长石和少量云母等暗色矿物组成。花岗岩具有不易风化、硬度高和耐磨损特点，通常用作建筑装饰工程、地面石料和雕刻用材等领域。我国是一个石料加工大国，随着近年来花岗岩需求量的增加，在石材加工过程产生了大量的废石块和废石粉等废料，若不加以合理利用，其大量排放和堆积将严重污染环境和浪费资源，不利于环境和资源的保护。
目前，关于以花岗岩废料为原料开展综合利用的研究工作较多：如“一种由花岗岩废料制成的防火隔音板”（201020227547.2）专利技术，由花岗岩废料经过发泡制成表面和内部具有微孔的四方状或波浪状的防火隔音板，但仅用作装饰材料，而未用于绝热保温材料技术领域；另如“利用花岗岩粉为原料的再生发泡材料的制作方法”（201210286364.1）专利技术，利用花岗岩粉为原料，经1100~1400℃高温烧成后，制得密度为0.3~1.2吨/m3的发泡材料，但该技术烧成温度较高和能源消耗大，所制得发泡材料的密度较大，影响了所制产品在绝热保温、隔音和防火等领域的应用效果。
因此，现有技术中的以花岗岩废料为原料开展的综合利用都存在一些不足，如体积密度大、导热系数高和耐压强度低，无法满足绝热保温、隔音、防火等领域对轻质材料产品的要求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工艺简单、生产成本低、有利于资源综合利用和环境友好的基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法。用该方法制备的低导热轻质保温材料体积密度小、导热系数低和耐压强度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先以50~65wt%的花岗岩废料细粉、5~15wt%的二氧化钛、3~8wt%的氯化钠、10~22wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~15wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在800~1100℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料1~5wt%的石灰石颗粒、1~5wt%的白炭黑、1~10wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在900~1100℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
所述花岗岩废料细粉的主要化学成分及其含量是：SiO2为60~78wt%，Al2O3为10~18wt%，CaO为0.3~3wt%，Na2O为3~5wt%，K2O为2~5wt%；花岗岩废料细粉的粒径小于0.045mm。
所述滑石粉的Al2O3、CaO和Fe2O3的含量之和小于1.2 wt%，滑石粉的粒径小于0.045mm。
所述石灰石颗粒中的CaO的含量大于45wt%，石灰石颗粒的粒径为0.25~0.1mm。
所述碳化硅粉的粒径小于0.074mm。
所述二氧化钛、所述氯化钠、所述工业纯碱和所述氯化钾的粒径均小于0.074mm。
所述压制成坯体的压力为35~55MPa。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：
1、本发明采用的原料来源广泛，尤其是以花岗岩废料为主要原料，不仅解决了花岗岩废料堆积对环境的污染和资源浪费问题，有利于环境和资源的保护，且生产成本低。
2、本发明通过各原料组成、相对含量及相应粒度的合理搭配，如粉磨料、石灰石颗粒、白炭黑和碳化硅粉及其含量，提高了坯体的致密化和后期烧结强度，紧密接触的颗粒结合状态，也确保了生成气孔的尺寸和分布的均匀性和可控性；因而，利用该技术制备的低导热轻质保温材料具有较高的强度和较低的体积密度。
3、本发明采用的两步法的制备技术，即第一步粉磨料制备和第二步产品制备，确保了第一步钛酸钾前驱体的形成，和第二步钛酸钾晶须在材料颗粒空隙中的生长，设计合理的颗粒堆积，也为钛酸钾晶须的生长提供了理想的生长气氛，因而，利用该技术制备的低导热轻质保温材料具有较高的强度和较低的导热系数。
4、本发明工艺简单，烧成温度低，原料颗粒之间紧密接触，化学反应充分，有利于提高产物的物理化学性能。本发明制备的利用花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料的体积密度小于0.4 g/cm3，耐压强度高于5 MPa，导热系数低于0.03 W/(m·k)。
因此，本发明具有工艺简单、生产成本低、有利于资源综合利用和环境友好的特点，所制备的低导热轻质保温材料体积密度小、导热系数低和耐压强度高，适合于绝热保温、隔音和防火领域对轻质材料产品的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式的原料和压制成型统一描述如下，各实施例中不再赘述：
所述花岗岩废料细粉的主要化学成分及其含量是：SiO2为60~78wt%，Al2O3为10~18wt%，CaO为0.3~3wt%，Na2O为3~5wt%，K2O为2~5wt%；花岗岩废料细粉的粒径小于0.045mm。
所述滑石粉的Al2O3、CaO和Fe2O3的含量之和小于1.2 wt%，滑石粉的粒径小于0.045mm。
所述石灰石颗粒中的CaO的含量大于45wt%，石灰石颗粒的粒径为0.25~0.1mm。
所述碳化硅粉的粒径小于0.074mm。
所述二氧化钛、所述氯化钠、所述工业纯碱和所述氯化钾的粒径均小于0.074mm。
所述压制成坯体的压力为35~55MPa。
实施例1
一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。先以60~65wt%的花岗岩废料细粉、5~8wt%的二氧化钛、5~8wt%的氯化钠、12~18wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和8~12wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在800~900℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料1~3wt%的石灰石颗粒、1~3wt%的白炭黑、2~5wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在900~1000℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
本实施例所制备的基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料：体积密度小于0.35 g/cm3，导热系数低于0.03 W/(m·k)，耐压强度高于5 MPa。
实施例2
一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。先以50~55wt%的花岗岩废料细粉、10~15wt%的二氧化钛、5~8wt%的氯化钠、10~14wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~11wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在900~1000℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料3~5wt%的石灰石颗粒、3~5wt%的白炭黑、1~3wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在1000~1100℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
本实施例所制备的基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料：体积密度小于0.4 g/cm3，导热系数低于0.03 W/(m·k)，耐压强度高于5 MPa。
实施例3
一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。先以55~60wt%的花岗岩废料细粉、8~10wt%的二氧化钛、3~5wt%的氯化钠、18~22wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~8wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在1000~1100℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料1~3wt%的石灰石颗粒、1~3wt%的白炭黑、8~10wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在950~1050℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
本实施例所制备的基于花岗岩废料的高强轻质保温材料：体积密度小于0.3 g/cm3，导热系数低于0.03 W/(m·k)，耐压强度高于6 MPa。
实施例4
一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。先以50~58wt%的花岗岩废料细粉、5~10wt%的二氧化钛、3~5wt%的氯化钠、10~17wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和12~15wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在800~900℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料3~5wt%的石灰石颗粒、3~5wt%的白炭黑、7~9wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在900~1000℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
本实施例所制备的基于花岗岩废料的高强轻质保温材料：体积密度小于0.35 g/cm3，导热系数低于0.03 W/(m·k)，耐压强度高于5 MPa。
实施例5
一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。先以50~56wt%的花岗岩废料细粉、10~15wt%的二氧化钛、5~8wt%的氯化钠、10~15wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~9wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在900~1000℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料3~5wt%的石灰石颗粒、3~5wt%的白炭黑、5~8wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在1000~1100℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
本实施例所制备的基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料：体积密度小于0.4 g/cm3，导热系数低于0.03 W/(m·k)，耐压强度高于5 MPa。
实施例6
一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料及其制备方法。先以55~60wt%的花岗岩废料细粉、8~10wt%的二氧化钛、3~5wt%的氯化钠、18~22wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~8wt%的氯化钾为原料，混合均匀；在1000~1100℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料。然后在所述粉磨料中加入占原料1~3wt%的石灰石颗粒、1~3wt%的白炭黑、1~3wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在950~1050℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时。最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
本实施例所制备的基于花岗岩废料的高强轻质保温材料：体积密度小于0.3 g/cm3，导热系数低于0.03 W/(m·k)，耐压强度高于6 MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式采用的原料来源广泛，尤其是以花岗岩废料为主要原料，不仅解决了花岗岩废料堆积对环境的污染和资源浪费问题，有利于环境和资源的保护，且生产成本低。
2、本具体实施方式工艺简单，烧成温度低，原料颗粒之间紧密接触，化学反应充分，有利于提高产物的物理化学性能。
3、本具体实施方式通过各原料组成、相对含量及相应粒度的合理搭配，如粉磨料、石灰石颗粒、白炭黑和碳化硅粉及其含量，提高了坯体的致密化和后期烧结强度，紧密接触的颗粒结合状态，也确保了生成气孔的尺寸和分布的均匀性和可控性；因而，利用该技术制备的低导热轻质保温材料具有较高的强度和较低的体积密度，本具体实施方式制备的利用花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料的体积密度小于0.4 g/cm3、耐压强度高于4 MPa。
4、本具体实施方式采用两步法的制备技术，即第一步粉磨料制备和第二步产品制备，确保了第一步钛酸钾前驱体的形成和第二步钛酸钾晶须在材料颗粒空隙中的生长，设计合理的颗粒堆积，也为钛酸钾晶须的生长提供了理想的生长气氛，因而，利用该技术制备的低导热轻质保温材料具有较高的强度和较低的导热系数，其导热系数低于0.03 W/(m·k)。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、生产成本低、有利于资源综合利用和环境友好的特点，所制备的低导热轻质保温材料体积密度小、导热系数低和耐压强度高，适合于绝热保温、隔音和防火领域对轻质材料产品的要求。
Claims (8)
1.一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于先以50~65wt%的花岗岩废料细粉、5~15wt%的二氧化钛、3~8wt%的氯化钠、10~22wt%的滑石粉、1~3wt%的工业纯碱和5~15wt%的氯化钾为原料，混合均匀，在800~1100℃条件下热处理2~6小时，粉磨至粒度小于0.045mm，制得粉磨料；然后在所述粉磨料中加入占原料1~5wt%的石灰石颗粒、1~5wt%的白炭黑、1~10wt%的碳化硅粉和3~10wt%的水，搅拌10~30分钟，压制成坯体；再将干燥后的坯体在900~1100℃条件下烧成2~5小时，自然冷却，用水浸泡12~24小时；最后在80~110℃条件下干燥12~24小时，制得以花岗岩废料为原料的低导热轻质保温材料。
2.根据权利要求1所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于所述花岗岩废料细粉的主要化学成分及其含量是：SiO2为60~78wt%，Al2O3为10~18wt%，CaO为0.3~3wt%，Na2O为3~5wt%，K2O为2~5wt%；花岗岩废料细粉的粒径小于0.045mm。
3.根据权利要求1所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于所述滑石粉的Al2O3、CaO和Fe2O3的含量之和小于1.2 wt%，滑石粉的粒径小于0.045mm。
4.根据权利要求1所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于所述石灰石颗粒中的CaO的含量大于45wt%，石灰石颗粒的粒径为0.25~0.1mm。
5.根据权利要求1所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于所述碳化硅粉的粒径小于0.074mm。
6.根据权利要求1所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于所述二氧化钛、所述氯化钠、所述工业纯碱和所述氯化钾的粒径均小于0.074mm。
7.根据权利要求1所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法，其特征在于所述压制成坯体的压力为35~55MPa。
8.一种基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料，其特征在于所述低导热轻质保温材料是根据权利要求1~7项中任一项所述基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料的制备方法所制备的基于花岗岩废料的低导热轻质保温材料。
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