專利名稱：一種膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于保溫材料領(lǐng)域，特別涉及一種膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料。
背景技術(shù)：
膨脹珍珠巖制品由于價(jià)格低廉，又具有耐火、抗腐蝕和使用過(guò)程中無(wú)有害物質(zhì)釋放、拆除時(shí)易于無(wú)害化處理等特點(diǎn)，因而是國(guó)內(nèi)使用量最大的無(wú)機(jī)質(zhì)保溫材料之一。膨脹珍珠巖原料是由天然珍珠巖礦石經(jīng)850℃～1050℃的快速加溫使其產(chǎn)生膨化而獲得。膨脹珍珠巖顆粒內(nèi)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于150kg/m3，氣孔率在90％以上。因此膨脹珍珠巖顆粒本身無(wú)論是在常溫還是在高溫都有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。但是目前的膨脹珍珠巖絕熱制品(板材、管殼或其它形材)多以水泥或水玻璃作為粘結(jié)材料而將膨脹珍珠巖顆粒結(jié)合在一起。如果是以水泥為粘結(jié)材料則水泥充滿顆粒之間的毫米級(jí)孔隙，使制品的體積密度大幅度增加，加劇了固體熱傳導(dǎo)，使制品的導(dǎo)熱系數(shù)增大。如果使用水玻璃作為粘結(jié)材料，雖然制品的體積密度可能很低，制品在常溫下也有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但由于制品內(nèi)顆粒之間的孔隙尺寸較大，因此在高溫狀態(tài)下這種制品的導(dǎo)熱系數(shù)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(jié)材料還會(huì)使制品的耐高溫性大幅度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用硬硅鈣石活性料漿作為粘結(jié)材料，制成膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料，在導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)度和耐高溫性等方面比傳統(tǒng)的膨脹珍珠巖制品都有較大幅度的提高。
本發(fā)明的原理硬硅鈣石活性料漿是生產(chǎn)硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料過(guò)程中的中間產(chǎn)品。控制生產(chǎn)過(guò)程使硬硅鈣石活性料漿由水、硬硅鈣石二次粒和膠體三部分組成，硬硅鈣石活性料漿的主要成分是硬硅鈣石二次粒子。硬硅鈣石二次粒子由纖狀的硬硅鈣石晶體相互纏繞、交生和連生而成，外部纖維較密，內(nèi)部近于中空，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(dǎo)熱系數(shù)低于膨脹珍珠巖。硬硅鈣石二次粒子的外形尺寸為10～100μm，適于充填膨脹珍珠巖制品內(nèi)顆粒之間的較大孔隙。
此外，由于硬硅鈣石活性料漿中含有一定量的膠體，因而具有粘結(jié)性。這些膠體實(shí)際上也是由具有納米和亞納米尺寸的結(jié)晶度非常低的硬硅鈣石晶體組成。硬硅鈣石和膠體在1000℃以下加熱時(shí)都不會(huì)發(fā)生本質(zhì)的變化。采用這種硬硅鈣石活性料漿作為粘結(jié)材料，除了單純的粘結(jié)作用之外，還可發(fā)揮硬硅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。此外采用硬硅鈣石活性料漿作為粘結(jié)材料不象采用水玻璃和水泥那樣會(huì)降低膨脹珍珠巖制品的使用溫度。因此本發(fā)明采用硬硅鈣石活性料漿作為膨脹珍珠巖制品的粘結(jié)材料，與傳統(tǒng)膨脹珍珠巖制品相比，導(dǎo)熱系數(shù)有明顯的降低，強(qiáng)度和耐高溫性能有明顯的提高。
制備工藝一、硬硅鈣石活性料漿的制備1、制備硬硅鈣石活性料漿的原料制備硬硅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(jīng)破碎和粉磨而成，也可以是天然產(chǎn)出的細(xì)粒粉石英。石英原料中SiO2的含量應(yīng)大于98.0Wt.％。所用的石灰為普通建筑用石灰，CaO含量應(yīng)在80.0～99.6Wt.％，MgO含量應(yīng)在0.1～10.0Wt.％，SiO2含量應(yīng)在0.1～10.0Wt.％，Al2O3含量應(yīng)在0.1～3.0Wt.％，F(xiàn)e2O3含量應(yīng)在0.1～2.0Wt.％。所用石灰用20～60℃的溫水進(jìn)行消解，并過(guò)100目和200目?jī)傻篮Y網(wǎng)，濾出灰渣即石灰乳備用。
2、配料及反應(yīng)條件將石英粉與按上述要求制備的石灰乳以CaO/SiO2的比例在1.10～0.98進(jìn)行配料，并補(bǔ)充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為15～25，作為反應(yīng)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(jìn)行高溫高壓水熱動(dòng)態(tài)反應(yīng)。反應(yīng)釜內(nèi)的升溫應(yīng)在1.5～3.0小時(shí)內(nèi)完成，溫度升至220℃后再保溫1.0～3.0小時(shí)，這時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)的平衡壓約為2MPa。保溫過(guò)程完成后停止供熱源進(jìn)行自然降溫。自然降溫的過(guò)程中反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)仍在繼續(xù)進(jìn)行。因此應(yīng)控制高壓釜的攪拌力度與保溫條件，使高壓釜內(nèi)溫度維持在180℃以上的時(shí)間為3～5小時(shí)。當(dāng)自然降溫到160℃時(shí)應(yīng)通冷卻水進(jìn)行快速降溫。待釜內(nèi)溫度降至近室溫后取出料漿。在有安全措施保證的條件下(避免燙傷)，也可以在100～105℃進(jìn)行帶壓放料，以提高生產(chǎn)效率。在上述反應(yīng)過(guò)程中高壓釜可以連續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速控制在50～80轉(zhuǎn)/分鐘，也可以間歇攪拌，轉(zhuǎn)速控制在80～200轉(zhuǎn)/分鐘。按上述工藝所得到的反應(yīng)好的料漿就是硬硅鈣石活性料漿。
二、膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備膨脹珍珠巖需選用松散容重在60～100kg/m3的產(chǎn)品。將膨脹珍珠巖原料混入硬硅鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖占74～85Wt.％，硬硅鈣石活性料漿干物質(zhì)占14～25Wt.％，并另外加入1.0Wt.％的耐堿玻璃纖維作為增強(qiáng)纖維。將上述混合料攪拌均勻后，在具有濾水功能的模具中用壓力機(jī)壓濾成型。壓制時(shí)壓強(qiáng)控制在0.10～0.15MPa。壓濾成型后的濕坯放入烘干窯中烘干，烘干窯的溫度控制在50～110℃。制品經(jīng)烘干后(含水率≤1.0％，在空氣中吸濕后含水率≤4.0％)可作為成品出售。
本發(fā)明克服了水玻璃或水泥作為粘結(jié)劑會(huì)降低普通珍珠巖制品使用溫度的缺點(diǎn)，而是以微米級(jí)硬硅鈣石中空二次粒子填充膨脹珍珠巖顆粒的較大孔隙，使復(fù)合制品在800℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)比傳統(tǒng)的水玻璃結(jié)合膨脹珍珠巖制品下降了近30％，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度提高一倍以上，使用溫度提高了近200℃，而制備成本保持在與傳統(tǒng)膨脹珍珠巖制品相近的水平。這種復(fù)合制品在很多場(chǎng)合下可能取代硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料(硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料制備成本是傳統(tǒng)膨脹珍珠巖制品的2～3倍)。表1比較了典型的傳統(tǒng)膨脹珍珠巖制品、本發(fā)明的復(fù)合制品與典型的硬硅鈣石型硅酸鈣板的性能。
性能傳統(tǒng)膨脹珍珠巖制品 本發(fā)明的復(fù)合制品 硬硅鈣石型硅酸鈣板(水玻璃)體積密度(kg/m3) 150≤210220冷態(tài)抗壓強(qiáng)度(MPa) 0.56 ≥1.56 1.02冷態(tài)抗折強(qiáng)度(MPa) 0.31 ≥0.81 0.49烘干線收縮率(％) 0.80 ≤1.50 1.50燒后線收縮率(％) 4.50 ≤0.90 0.40(800℃×16h)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K) 0.052 ≤0.056 0.056(25℃)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K) 0.169 ≤0.128 0.128(800℃)具體實(shí)施方式
實(shí)施例1硬硅鈣石活性料漿的制備所用石英粉為天然產(chǎn)出并經(jīng)簡(jiǎn)單水選后的天然石英粉，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(xué)成分為CaO97.5Wt.％，MgO 1.2Wt.％，SiO20.4Wt.％，Al2O30.4Wt.％，F(xiàn)e2O30.5Wt.％。石灰用50℃溫水消解后過(guò)100目和200目篩網(wǎng)后供配料使用。
將上述“粉石英”與石灰乳化以CaO/SiO2的比例在1.05進(jìn)行配料，并補(bǔ)充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為20，作為反應(yīng)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(jìn)行高溫高壓水熱動(dòng)態(tài)反應(yīng)。反應(yīng)釜內(nèi)的升溫應(yīng)在1.8小時(shí)內(nèi)完成，溫度升至220℃后再保溫3小時(shí)，然后停止供給熱源進(jìn)行自然降溫。自然降溫4小時(shí)后釜內(nèi)溫度降至160℃。然后在高壓釜的循環(huán)冷卻裝置中通入冷卻水進(jìn)行冷卻降溫。當(dāng)溫度降至105℃時(shí)，打開(kāi)設(shè)置在高壓釜下部的排料口進(jìn)行放料，得到硬硅鈣石活性料漿。在上述反應(yīng)過(guò)程中高壓釜是歇攪拌，每1小時(shí)內(nèi)攪拌10分鐘，轉(zhuǎn)速控制在80轉(zhuǎn)/分鐘。
膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備所選用的膨脹珍珠巖原料為松散容重在70kg/m3的產(chǎn)品。將膨脹珍珠巖原料混入硬硅鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖占79Wt.％，硬硅鈣石活性料漿干物質(zhì)占20Wt.％，并另外加入1.0Wt.％的耐堿玻璃纖維作為增強(qiáng)纖維。將上述混合料攪拌均勻后，在具有濾水功能的模具中用壓力機(jī)壓濾成型。壓制時(shí)壓強(qiáng)控制在0.10MPa。壓濾成型后的濕坯放入烘干窯中烘干，烘干窯的入口溫度控制在50℃，高溫段溫度為110℃。經(jīng)烘干的坯體經(jīng)檢驗(yàn)后即得成品。所得制品的物理性能如表2所示。
表2 實(shí)施例1中制品的物理性能

實(shí)施例2硬硅鈣石活性料漿的制備所用石英粉同實(shí)施例1，粒度0～40μm，SiO2含量為98.5Wt.％，所用石灰的主要化學(xué)成分為CaO89.3 Wt.％，MgO 3.4Wt.％，SiO25.2Wt.％，Al2O31.3Wt.％，F(xiàn)e2O30.8Wt.％。石灰用50℃溫水消解后過(guò)100目和200目篩網(wǎng)后供配料使用。
將上述“粉石英”與石灰乳以CaO/SiO2的比例在1.03進(jìn)行配料，并補(bǔ)充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為20，作為反應(yīng)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(jìn)行高溫高壓水熱動(dòng)態(tài)反應(yīng)。反應(yīng)釜內(nèi)的升溫在1.5小時(shí)內(nèi)完成，溫度升至220℃后再保溫2小時(shí)，然后停止供給熱源進(jìn)行自然降溫。自然降溫4小時(shí)后釜內(nèi)溫度降至160℃。然后在高壓釜的循環(huán)冷卻裝置中通入冷卻水進(jìn)行冷卻降溫。當(dāng)溫度降至105℃時(shí)，打開(kāi)設(shè)置在高壓釜下部的排料口進(jìn)行放料，得到硬硅鈣石活性料漿。在上述反應(yīng)過(guò)程中高壓釜是歇攪拌，每1小時(shí)內(nèi)攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速控制在120轉(zhuǎn)/分鐘。
膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備所選用的膨脹珍珠巖原料松散容重為80kg/m3。將膨脹珍珠巖原料混入硬硅鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖占74Wt.％，硬硅鈣石活性料漿干物質(zhì)占25Wt.％，并另外加入1.0Wt.％的耐堿玻璃纖維作為增強(qiáng)纖維。將上述混合料攪拌均勻后，在具有濾水功能的模具中用壓力機(jī)壓濾成型。壓制時(shí)壓強(qiáng)控制在0.15MPa。壓濾成型后的濕坯放入烘干窯中烘干，烘干窯的入口溫度控制在50℃，高溫段溫度為110℃。經(jīng)烘干的坯體經(jīng)檢驗(yàn)后即得成品。所得制品的物理性能如表3所示。
表3 實(shí)施例2中制品的物理性能

權(quán)利要求
1.一種膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料，其特征在于膨脹珍珠巖選用松散容重在60～100kg/m3的產(chǎn)品，將膨脹珍珠巖原料混入硬硅鈣石活性料漿，混合比例為膨脹珍珠巖占74～85Wt.％，硬硅鈣石活性料漿干物質(zhì)占14～25Wt.％，并另外加入1.0Wt.％的耐堿玻璃纖維作為增強(qiáng)纖維；制備硬硅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(jīng)破碎和粉磨而成，也可以是天然產(chǎn)出的細(xì)粒粉石英，石英原料中SiO2的含量應(yīng)大于98.0Wt.％；所用的石灰為普通建筑用石灰，CaO含量應(yīng)在80.0～99.6Wt.％，MgO含量應(yīng)在0.1～10.0Wt.％，SiO2含量應(yīng)在0.1～10.0Wt.％，Al2O3含量應(yīng)在0.1～3.0Wt.％，F(xiàn)e2O3含量應(yīng)在0.1～2.0Wt.％。
2.一種膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備方法，其特征在于膨脹珍珠巖、硬硅鈣石活性料漿干物質(zhì)、耐堿玻璃纖維組成的混合料攪拌均勻后，在具有濾水功能的模具中用壓力機(jī)壓濾成型；壓制時(shí)壓強(qiáng)控制在0.10～0.15Mpa，壓濾成型后的濕坯放入烘干窯中烘干，烘干窯的溫度控制在50～110℃，制品經(jīng)烘干后含水率≤1.0％，在空氣中吸濕后含水率≤4.0％。
3.如權(quán)利要求2所述的膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備方法，其特征在于硬硅鈣石活性料漿的制備工藝為石英粉與石灰乳以CaO/SiO2的比例在1.10～0.98進(jìn)行配料，并補(bǔ)充水量至水/(石英粉+石灰)的比例為15～25，作為反應(yīng)前的混合料漿，石灰乳用20～60℃的溫水進(jìn)行消解，并過(guò)100目和200目?jī)傻篮Y網(wǎng)；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(jìn)行高溫高壓水熱動(dòng)態(tài)反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)的升溫應(yīng)在1.5～3.0小時(shí)內(nèi)完成，溫度升至220℃后再保溫1.0～3.0小時(shí)，這時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)的平衡壓約為2Mpa；保溫過(guò)程完成后停止供熱源進(jìn)行自然降溫，自然降溫的過(guò)程中反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)仍在繼續(xù)進(jìn)行，因此應(yīng)控制高壓釜的攪拌力度與保溫條件，使高壓釜內(nèi)溫度維持在180℃以上的時(shí)間為3～5小時(shí)；當(dāng)自然降溫到160℃時(shí)應(yīng)通冷卻水進(jìn)行快速降溫，待釜內(nèi)溫度降至近室溫后取出料漿。
4.如權(quán)利要求3所述的膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備方法，其特征在于制備硬硅鈣石活性料漿反應(yīng)過(guò)程中高壓釜采用連續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速控制在50～80轉(zhuǎn)/分鐘，自然降溫到100～105℃進(jìn)行帶壓放料，以提高生產(chǎn)效率。
5.如權(quán)利要求3所述的膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料的制備方法，其特征在于制備硬硅鈣石活性料漿反應(yīng)過(guò)程中高壓釜采用間歇攪拌，轉(zhuǎn)速控制在80～200轉(zhuǎn)/分鐘，自然降溫到100～105℃進(jìn)行帶壓放料。
全文摘要
一種膨脹珍珠巖—硬硅鈣石復(fù)合保溫材料及其制備方法，屬于保溫材料領(lǐng)域。其特征在于膨脹珍珠巖選用松散容重在60～100kg/m
文檔編號(hào)C04B14/30GK1559954SQ20041000630
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者倪文, 牛福生, 李建平, 徐麗, 倪 文 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)