專利名稱：一種利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域以及固體廢棄物資源化再生利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是產(chǎn)煤大國，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，煤炭的需求量越來越大，同時也產(chǎn)生了大量的煤矸石。煤矸石是在煤炭形成過程中與煤共生、伴生的巖石，是煤炭生產(chǎn)和洗選加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，是我國目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。煤矸石的大量堆放，不僅會侵占耕地，而且會對大氣、土壤、水造成各種污染，給人類的生活帶來巨大的危害。煤矸石的綜合利用，已經(jīng)成為全球關(guān)注的一個問題。國內(nèi)外對煤矸石的綜合利用十分重視，并且做了系統(tǒng)的研究，例如利用煤矸石發(fā)電、用作填充材料。富含氧化鋁的煤矸石已經(jīng)得到比較廣泛的利用，比如提取氧化鋁， 合成結(jié)晶氯化鋁、硫酸鋁、氫氧化鋁、4A沸石等化工材料，合成陶瓷材料、耐火材料，用做建筑材料等。但相對的，富含氧化硅的煤矸石利用率不高。截至到目前為止，國外的煤矸石綜合利用已成體系，煤矸石得到了大量而廣泛的利用。相對而言，國內(nèi)煤矸石的利用率不到30%，每年的排放量遠遠大于利用量，所以，開發(fā)新的煤矸石利用途徑，大量利用煤矸石，同時增加經(jīng)濟附加值是很必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法，利用破碎球磨后的煤矸石和石灰石作為主要原料，添加一定量的粘結(jié)劑，采用簡單的設(shè)備與操作流程來制備多孔保溫材料。本發(fā)明的構(gòu)思為:
富含氧化硅的煤矸石成分為40 70wt%的SiO2,同時含有15 30wt%的Al203、5 30wt%的碳和有機質(zhì)。一方面,碳和有機質(zhì)在一定溫度下燃燒,在樣品內(nèi)部留下孔洞。另一方面，石灰石中的CaCO3在一定溫度下分解為CaO和CO2, CO2逸出在樣品中留下微孔,CaO和煤矸石中的SiO2發(fā)生反應，生成CaSiO3，最終制備出多孔保溫材料。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法，包括如下步驟:
1)將富含氧化硅的煤矸石破碎，以破碎后的煤矸石和石灰石作為主要原料，原料配料的質(zhì)量比為:煤矸石:石灰石=1:0.5 2，以水為研磨介質(zhì)，將原料放入球磨機中以100 300轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨5 25小時，使?jié){料粒度達到200目以下，將漿料放入烘箱中，在70 120°C溫度下烘干；
2)向烘干后的粉料中添加占原料總重量I 10%的水，再添加占原料總重量0.5 2%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，機壓成型，成型壓力為5 20MPa，將坯體放入烘箱中，在70 120°C溫度下干燥至坯體質(zhì)量不再發(fā)生變化；
3)將坯體放入高溫爐中，在空氣氣氛下進行反應燒結(jié)，合成溫度為1000 1200°C，保溫0.5 4小時后隨爐冷卻，制得多孔保溫材料。所述煤矸石的主要化學成分為=SiO2為40 70wt%，Al2O3為15 30wt%，C為5 30wt%, K20+N20<6wt%, Ca0+Mg0〈7wt%,其他雜質(zhì)含量<10wt% ;所述石灰石的主要化學成分為碳酸鈣，其含量大于90wt%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
本方法制備的多孔保溫材料，經(jīng)物相分析，該材料的主晶相為硅鈣石(CaSiO3),次晶相為鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7);利用阿基米德排水法分析測試，該材料的體積密度為0.9
1.3g/cm3，氣孔率為40% 70%。此方法原料成本低，且能夠大量消耗煤矸石，同時制備流程簡單，設(shè)備要求不高，制備出的多孔保溫材料體積密度小、氣孔率高，該材料可用于工業(yè)窯爐、熱工管道和建筑物的隔熱保溫，也可以用于隔音材料。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例1
一種利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法，包括如下步驟:
I)將富含氧化硅的煤矸石破碎，以破碎后的煤矸石和石灰石作為主要原料，原料質(zhì)量比為煤矸石:石灰石=1:1，以水為研磨介質(zhì)，將原料放入球磨機中以250轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨12小時，使?jié){料粒度達到200目以下，將漿料放入烘箱中，在100°C溫度下烘干。2)向烘干后的粉料中添加占原料總重量5%的水，另外添加原料總重量1%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑。機壓成型，成型壓力為lOMPa。將坯體放入烘箱中，在100°C溫度下干燥至坯體質(zhì)量不再發(fā)生變化。3)將坯體放入高溫爐中，在空氣氣氛下進行反應燒結(jié)，合成溫度為1100°C，保溫2小時，然后隨爐冷卻。本方法制備的多孔保溫材料，經(jīng)XRD分析，該材料的主晶相為硅鈣石(CaSiO3),次晶相為鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7);利用阿基米德排水法分析測試，該材料的體積密度為
0.9968g/cm3，氣孔率為 67.01%。實施例2
本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，煤砰石:石灰石=1:0.5,最終制備的多孔陶瓷，體積密度為1.25 g/cm3，氣孔率為55.16%。實施例3
本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，煤矸石:石灰石=1:1.5，最終制備的多孔陶瓷，體積密度為0.97g/cm3，氣孔率為68.49%。
權(quán)利要求
1.一種利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將富含氧化硅的煤矸石破碎，以破碎后的煤矸石和石灰石作為主要原料，原料配料的質(zhì)量比為:煤矸石:石灰石=1:0.5 2，以水為研磨介質(zhì)，將原料放入球磨機中以100 300轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨5 25小時，使?jié){料粒度達到200目以下，將漿料放入烘箱中，在70 120°C溫度下烘干； 2)向烘干后的粉料中添加占原料總重量I 10%的水，再添加占原料總重量0.5 2%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，機壓成型，成型壓力為5 20MPa，將坯體放入烘箱中，在70 120°C溫度下干燥至坯體質(zhì)量不再發(fā)生變化； 3)將坯體放入高溫爐中，在空氣氣氛下進行反應燒結(jié)，合成溫度為1000 1200°C，保溫0.5 4小時后隨爐冷卻，制得多孔保溫材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用富含氧化硅的煤矸石制備多孔保溫材料的方法，其特征在于，所述煤矸石的主要化學成分 為=SiO2為40 70wt%，Al2O3為15 30wt%，C為5 30wt%, K20+N20<6wt%, Ca0+Mg0〈7wt%,其他雜質(zhì)含量<10wt% ;所述石灰石的主要化學成分為碳酸鈣，其含量大于90wt%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用富含氧化硅煤矸石制備多孔保溫材料的方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域以及廢棄固體物資源化再生利用技術(shù)領(lǐng)域。以破碎后的富含氧化硅的煤矸石和石灰石作為主要原料，原料配料的質(zhì)量比為煤矸石石灰石=10.5～2，將原料球磨至漿料粒度達到200目以下，放入烘箱中烘干。向烘干后的粉料中添加占原料總重量1～10%的水，再添加0.5～2%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，機壓成型，干燥。將坯體放入高溫爐中，在空氣氣氛下進行反應燒結(jié)，合成溫度為1000～1200℃，保溫0.5～4h。經(jīng)物相分析，該材料的主晶相為硅鈣石(CaSiO3)，次晶相為鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7)；利用阿基米德排水法分析測試，該材料的體積密度為0.9～1.3g/cm3，氣孔率為40%～70%。
文檔編號C04B35/22GK103204697SQ20131012664
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者甄強, 王方方, 宋紹雷, 王亞麗, 李榕 申請人:上海大學