一种环保型硅酸钙绝热制品及制备方法 |
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| 申请号 | CN201110021832.8 | 申请日 | 2011-01-19 | 公开(公告)号 | CN102173714B | 公开(公告)日 | 2013-01-30 |
| 申请人 | 河北辽原硅藻材料有限公司; | 发明人 | 李丹松; | ||||
| 摘要 | 一种环保型 硅 酸 钙 绝热制品及制备方法，用于解决提高 硅酸 钙绝热制品问题。其技术方案是：它采用 硅藻土 、石灰和 纤维 制成，所述硅藻土中SiO2与石灰中CaO的摩尔比为1：0.79-0.82，所述纤维重量占硅藻土和石灰总重量的4.5-5%；所述纤维为无 石 棉 混合纤维，其中，50%为玻璃纤维、50%为棉纺纤维。本 发明 利用 水 流 粉碎 方法粉碎硅藻土、利用≥60℃热水消解 块 石灰，配合加温加压的混料方式，使制品具有高的机械强度，保温绝热性能好，使用寿命长。经检验，本发明制品抗压强度比普通制品高出0.4Mpa，抗折强度比普通制品高出0.2Mpa，且避免了石棉对人体产生危害的弊端。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种环保型硅酸钙绝热制品的制备方法，其特征在于，它采用硅藻土、石灰和纤维制成，所述硅藻土中SiO2与石灰中CaO的摩尔比为1：0.79-0.82，所述纤维重量占硅藻土和石灰总重量的4.5-5%；所述纤维为无石棉混合纤维，其中，50%为玻璃纤维、50%为棉纺纤维； |
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| 说明书全文 | 一种环保型硅酸钙绝热制品及制备方法技术领域背景技术[0002] 硅酸钙绝热制品是一种轻体绝热材料，具有密度小、导热系数较低、抗压、抗折强度高，绝热、防火、耐高温、耐腐蚀等优点，主要用于冶金、电力、化工、石油、建筑、造船等行业热力设备和热力管道保温绝热。目前，硅酸钙绝热制品多以硅藻土、石灰、石棉为主要原料，以硅酸钠（Nａ2SiO3）做助剂进行制备。这种传统硅酸钙绝热制品存在的主要问题是：原料硅藻土和石灰按照传统生产工艺其粒度较大，不易在凝胶反应中充分生成水化硅酸钙凝胶体，因而影响硅酸钙绝热制品的质量；另外，在硅酸钙绝热制品中起强化作用的石棉，是一种有害材料，在制备和使用过程中会对人体及环境造成污染。 发明内容[0004] 本发明所称问题是通过以下技术方案解决的： [0005] 一种环保型硅酸钙绝热制品，它采用硅藻土、石灰和纤维制成，其特别之处是，所述硅藻土中SiO2与石灰中CaO的摩尔比为1：0.79-0.82，所述纤维重量占硅藻土和石灰总重量的4.5-5%；所述纤维为无石棉混合纤维，其中，50%为玻璃纤维、50%为棉纺纤维。 [0007] 一种制备上述环保型硅酸钙绝热制品的方法，它按照下述步骤进行： [0008] a. 原料制备：取硅藻原土进行初级粉碎，然后投放到搅拌罐中，向搅拌罐内加水，快速搅拌，将硅藻土充分粉碎，过200目筛网、滤得硅藻土料浆，备用；硅藻土料浆含水量控制在80-85%；取块石灰投放到石灰强消罐中，向罐内加水，水温≥60℃，对块石灰进行消解，加水过程同时搅拌，消解时间≤30min，用200目筛网过滤、得石灰浆，存放4-7天后，备用，石灰浆含水量控制在85-90%； [0009] b.配料混合：按原料配比量取上述硅藻土料浆、石灰浆、纤维及助剂，投入搅拌罐，按水与干基原料水固比8-10的比例向搅拌罐加水，搅拌混合，然后将混合物料打入反应釜，反应釜内通入蒸汽，在搅拌状态下加温至138.88-143.62℃，加压至0.35~0.4Mpa，保持30~40min； [0010] c.凝胶反应：将上述混合料浆打入另一容器中进行保温凝胶反应，在≥80℃温度下缓慢搅拌5-6h； [0011] d. 压制成形：将经过凝胶反应后的料浆投入模具中压制成型，成型压力为2.5~3Mpa； [0012] e．蒸压养护：将压制成型的制品摆放到蒸压釜中进行蒸压养护，缓慢匀速升压，升压时间6h，升压至0.8-0.85Mpa，恒压8~10h，然后缓慢匀速降压，降压时间为6h； [0014] 上述环保型硅酸钙绝热制品的制备方法，所述石灰强消罐的构成中包括罐体和底架，在罐体顶部设有搅拌电机和减速机，罐体内的主轴通过减速机连接搅拌电机，主轴下部沿径向设有搅拌轴，搅拌轴上套装扒齿套筒，扒齿套筒与搅拌轴间隙配合，扒齿套筒上设有扒齿；所述罐体侧壁下部设有滤网，罐体侧壁外侧对应滤网处设有浆料收集盘。 [0015] 上述环保型硅酸钙绝热制品的制备方法，所述扒齿套筒采用分段结构，扒齿套筒数量为多个，每个扒齿套筒均固定有扒齿；扒齿套筒相对主轴对称设置。 [0016] 上述环保型硅酸钙绝热制品的制备方法，所述滤网为多个，均匀分布在罐体侧壁半圆周上，所述浆料收集盘为半圆形盘，浆料收集盘下部设有出料口。 [0017] 本发明针对提高硅酸钙绝热制品机械强度、降低密度和导热系数问题进行了研究试验，推出一种环保型硅酸钙绝热制品及制备方法。本发明以玻璃纤维、棉纺纤维组成混合纤维替代石棉棉纤维做为增强材料，在保证机械强度的基础上，避免了石棉对人体产生危害的弊端；利用本发明设计的石灰强消罐，一方面可以充分搅拌促进石灰消解，另一方面可使扒齿滑过石灰块避免搅拌受阻；经过充分消化的石灰浆料由罐体侧壁处设置的滤网析出，浆料粒度可由滤网目数控制，使浆料粒径进一步降低；利用水流粉碎方法粉碎硅藻原土以及利用≥60℃热水消解块石灰，除有效去除原料中所含杂质外，还因粒径降低后其反应更加充分彻底，可消除对制品的后继反应及损害；利用加温加压的方式对制品原料进行配料，能够促进料浆中SiO2和CaO快速凝胶反应，充分生成水化硅酸钙凝胶体，使制品在压制过程中水分析出流畅，成型好，降低了制品密度和导热系数，提高了制品的机械强度。本发明制品具有封闭微孔结构特征，制品密度小、导热系数较低，由于制品在蒸压养护过程中水化硅酸钙可充分生成托贝莫来石，从而保证了制品具有很高的机械强度。使用时施工方便快捷，不污染环境，不伤害人体，无腐蚀、耐温防火，保温绝热性能好，使用寿命长，节能效果十分显著。经检验本发明制品的抗压强度比普通制品高出0.4Mpa，抗折强度比普通制品高出0.2Mpa。附图说明 [0018] 图1是本发明石灰强消罐结构示意图； [0019] 图2是图1 A-A剖视图。 [0020] 附图中标号表示如下：1.底架；2.出料口；3. 浆料收集盘；4.滤网；5.罐体；6.搅拌电机；7.主轴；8. 扒齿套筒；8-1.扒齿；9.搅拌轴；10.操作台；11.清渣口；12.上盖。 具体实施方式[0021] 本发明与现有技术相比，其技术方案要点体现在如下几个方面： [0022] 1、采用以耐碱玻璃纤维和棉纺工业边角料纤维构成的混合纤维替代石棉纤维，使之消除对人体及环境造成危害，并保证对制品起到增强作用。所述耐碱玻璃纤维的单纤维公称直径14μm，号数不均匀率＜10％，断裂强度＞15cN/teK，用10％NaOH、100℃寝泡1h损失＜5％；经100℃Ca(OH2)饱和溶液寝泡4h,抗拉强度＞700Mpa。所述棉纺工业边角料纤维的纤维长度5~10mm。 [0023] 2、将硅藻原土进行初步粉碎后，利用水流粉碎方法进一步进行粉碎，过滤后使其细度≤200目。利用水流粉碎硅藻原土，通过水流强力粉碎可以获得细度≤200目的硅藻土料浆，硅藻土料浆和石灰浆细度变小后，能够在高温水热状态下充分生成水化硅酸钙凝胶体，对于改进和提高制品的质量至关重要。 [0024] 3、利用≥60℃热水消解块石灰，限定消解时间≤30min，经过滤制得细度≤200目的石灰浆。热水消解块石灰并限定消解时间和进行时效处理，可有效去除杂质，提高石灰浆中有效CaO含量，防止粒度大和未经时效处理的石灰颗粒在制品蒸压养护和烘干过程产生炸裂现象，对于降低制品密度、改进制品性能和提高制品质量起到重要作用。 [0025] 4、温度是促进料浆中SiO2和CaO进行凝胶反应、充分生成水化硅酸钙凝胶体的必要条件。利用加温加压的方式对制品原料进行配料，充分满足了SiO2和CaO进行凝胶反应的条件，水化硅酸钙凝胶体生成效果好，使之容易压制成型，降低了制品密度和导热系数，提高了制品的机械强度。 [0026] 5、利用纯碱替代硅酸钠做助剂，是对硅酸钙绝热制品生产所使用的助剂材料又一创新。使用纯碱做助剂作用大，用量少，凝胶体生成效果好，较比使用硅酸钠做助剂，凝胶的体积多膨胀3-5倍。 [0027] 6、改进了石灰强消罐的结构。 [0028] 试验表明，本发明环保型硅酸钙绝热制品的抗压强度比普通硅酸钙绝热制品高出0.4Mpa，抗折强度高出0.2Mpa。 [0029] 本发明环保型硅酸钙绝热制品的原料为硅藻土、石灰、纤维和NａCO3助剂，其中硅藻土中SiO2含量大于70%，石灰中CaO含量大于80%，硅藻土中SiO2与石灰中CaO的的摩尔比为1:0.79-0.82。摩尔比低于0.79则制品强度低，制品表面产生浮灰；摩尔比高于0.82则制品密度大，导热系数高，产生炸裂声音和裂纹。所述纤维为50%玻璃纤维和50%棉纺纤维组成的无石棉混合纤维，混合纤维重量占硅藻土和石灰总重量的4.5-5%；所述碳酸钠助剂重量占硅藻土和石灰总重量的3.5-4%，助剂在制品配料过程中起促进钙、硅质材料在高温水热状态下生成水化硅酸钙凝胶体的作用，助剂配比过低凝胶体生成不好，过高则制品密度大，易产生脆裂。 [0030] 本发明环保型硅酸钙绝热制品的具体制备过程如下： [0031] 原料制备：将硅藻原土进行初级粉碎后（粒度＜15 mm），投放到八棱筒体的搅拌罐中；向罐内加水，利用电动机带动搅拌桨驱使罐内料浆在八角罐内快速流动，搅拌桨转速≮700转/ min，除利用搅拌叶片冲击水流粉碎硅藻土料浆外，沿配料罐壁快速流动的料浆与配料罐八棱体产生的撞击也起到粉碎硅藻土料浆的作用，水流粉碎30-40min后，用200目筛网过滤即制得硅藻土料浆，硅藻土料浆含水量控制在80-85%；将块石灰投放到石灰强消罐中，向罐内投放温度≥60℃热水对块石灰进行消解（消解时间≤30min），一边加水一边対罐内物料进行搅拌，使合乎细度的石灰浆通过安装在强消罐壁的200目筛网过滤溢出，溢出的石灰浆收集在储盛罐中存放4-7天进行时效处理后使用，石灰浆含水量控制在85-90%； [0032] b、配料混合：按配比量取硅藻土料浆、石灰浆、纤维和碳酸钠投入搅拌罐，按水与干基原料水固比8-10的比例向搅拌罐加水，搅拌混合，将上述混合物质料浆打入反应釜并通入蒸汽，在搅拌状态下加温至138.88-143.62℃，加压至0.35~0.4Mpa，恒温恒压保持30~40min [0033] c、凝胶反应：将上述混合料浆打入另一容器中进行常压保温凝胶反应，温度保持在≥80℃，同时缓慢搅拌5-6h； [0034] d、压制成形：将经过凝胶反应后的料浆投入模具中压制成型，成型压力为2.5~3Mpa； [0035] e、蒸压养护：将压制成型后的制品摆放到蒸压釜中进行蒸压养护，缓慢匀速升压时间6h，升压至0.8-0.85Mpa，恒压8~10h，然后缓慢匀速降压，降压时间为6h。恒压时间低于8h则制品内水化硅酸钙未能充分生成托贝莫来石，制品强度低；超过10h则耗用大量蒸汽，既浪费能源又增加成本。 [0036] f、烘干：将蒸压养护后的制品移入烘干窑，通入100~140℃的热风使制品内部的水分再度汽化，随流动的干燥热风排出，实现对制品的干燥，即制得环保型硅酸钙绝热制品。 [0037] 参看图1、图2，本发明中的石灰强消罐构成包括底架1和罐体5，底架支撑罐体。在罐体顶部的上盖12处设有减速机和搅拌电机6，主轴7连接搅拌电机，主轴下部沿径向设有搅拌轴9，搅拌轴的长度与罐体的内径匹配。在搅拌轴上套装扒齿套筒8，扒齿套筒与搅拌轴间隙配合，扒齿套筒可以相对搅拌轴转动，扒齿套筒上设有扒齿8-1，扒齿套筒8相对主轴7对称设置。该结构可以使扒齿滑过聚集在罐体底板的石灰块，避免搅拌轴转动受阻死机。在罐体侧壁下部设有滤网4，罐体侧壁外侧对应滤网设有浆料收集盘3，滤网4均匀分布在罐体侧壁180°的圆周上，浆料收集盘3为半圆形盘，浆料收集盘下部设有出料口2。 在罐体侧壁上还设有清渣口11。 [0038] 石灰强消罐的工作过程如下：将石灰块投入罐体5内，向罐体内加水，启动搅拌电机6，搅拌电机驱动主轴7旋转，主轴带动搅拌轴9旋转，对罐体内的物料进行搅拌，在搅拌过程中经过消解的石灰和水形成石灰浆料，经滤网4过滤，符合粒度要求的浆料从滤网析出，由浆料收集盘收集。消解结束后，残留在罐体内的石灰渣块，由清渣口11清出。 [0039] 以下给出本发明方法的几个具体的实施例： [0040] 实施例1： [0041] （1）取样化验硅藻土中SiO2含量为77.19％，以该批硅藻土按所述方法制得料浆，测得料浆中硅藻土与水的百分比：硅藻土为17.24％，水为82.76％；按所述方法制得石灰浆，从石灰浆中取样5ml，用波美计测得石灰浆的比重为1.125，用酚酞指示剂和盐酸滴定法测定后计算出石灰浆的摩尔浓度2HCl+Ca(OH)2=2H2O+CaCl2为1.82 mol/L，石灰浆中含水率为88.03％。根据配料罐的容积估算需要用硅藻土200㎏，根据上述数据计算得出需用硅藻土料浆1069.21L；按CaO/SiO2=0.81进行配料，应向罐内投入1145.13L石灰浆，石灰浆中干基重量为154.23㎏；按水固比8.7向配料搅拌罐加水，总加水量为3081.76㎏，除去硅藻土料浆和石灰浆所含水分以外应补水987.63㎏；然后按钙、硅质材料总量的4.5%加入增强纤维，其中2.25％玻璃纤维为7.97kg，2.25％棉纺工业下脚料纤维为7.97kg；按钙、硅质材料总量的3.5%加入碳酸钠12.4㎏然后混合这4种物质；将混合后的这4种物质打入反应釜中，边缓慢搅拌边向釜内通入蒸汽加温加压，使釜内压力升至0.4Mpa，温度143.62℃，恒温、恒压保持30min； [0042] （2）将恒压30min后的料浆放入凝胶罐中，温度保持在≥80℃，常压下缓慢搅拌反应6h，形成水化硅酸钙凝胶体； [0043] （3）将形成水化硅酸钙凝胶体投放到液压机模框中，用2.5Mpa的压力压制成型； [0044] （4）将压制成型后的半成品置入蒸压釜中，通入蒸汽匀速升压6h至0.8Mpa，恒压10h后缓慢降压6h至常压，从釜中取出制品入窑烘干后即得无石棉硅酸钙绝热制品。 [0045] 实施例2： [0046] （1）取样化验硅藻土中SiO2含量为79.15％，以该批硅藻土按所述方法制得料浆，测得料浆中硅藻土与水的百分比：硅藻土为16.55％，水为83.45％；按所述方法制得石灰浆，从石灰浆中取样5ml，用波美计测得石灰浆的比重为1.091，用酚酞指示剂和盐酸滴定法测定后计算出石灰浆的摩尔浓度2HCl+Ca(OH)2=2H2O+CaCl2为1.587 mol/L，石灰浆中含水率为89.24％。根据配料罐的容积估算需要用硅藻土200㎏，根据上述数据计算得出需用硅藻土料浆1107.66L；按CaO/SiO2=0.80进行配料，应向罐内投入1329.67L石灰浆，石灰浆中干基重量为156.19㎏；按水固比8.7向配料搅拌罐加水，总加水量为3098.85㎏，除去硅藻土料浆和石灰浆所含水分以外应补水795.58㎏；然后按钙、硅质材料总量的4.5%加入增强纤维，其中2.25％玻璃纤维为8.01kg，2.25％棉纺工业下脚料纤维为8.01kg；按钙、硅质材料总量的4%加入碳酸钠14.25㎏然后混合这4种物质；将混合后的这4种物质打入反应釜中，边缓慢搅拌边向釜内通入蒸汽加温加压，使釜内压力升至0.35Mpa，温度138.88℃，恒温、恒压保持40min； [0047] （2）将恒压40min后的料浆卸压后放入凝胶罐中，温度保持在≥80℃，常压下缓慢搅拌反应5h，形成水化硅酸钙凝胶体； [0048] （3）将形成水化硅酸钙凝胶体的料浆依次投放到液压机模框中，以3Mpa的压力压制成型； [0049] （4）将压制成型后的半成品置入蒸压釜中，通入蒸汽匀速升压6h至0.85Mpa，恒压8h后缓慢降压6h至常压，从釜中取出烘干后即得无石棉硅酸钙绝热制品。 [0050] 实施例3： [0051] （1）取样化验硅藻土中SiO2含量为77.36％，以该批硅藻土按所述方法制得料浆，测得料浆中硅藻土与水的百分比：硅藻土为19.67％，水为80.33％；按所述方法制得石灰浆，从石灰浆中取样5ml，用波美计测得石灰浆的比重为1.193，用酚酞指示剂和盐酸滴定法测定后计算出石灰浆的摩尔浓度2HCl+Ca(OH)2=2H2O+CaCl2为1.936mol/L，石灰浆中含水率为87.99％。根据配料罐的容积估算需要用硅藻土200㎏，根据上述数据计算得出需用硅藻土料浆917.67L；按CaO/SiO2=0.82进行配料，应向罐内投入1065.56L石灰浆，石灰浆中干基重量为152.66㎏；按水固比8.7向配料搅拌罐加水，总加水量为3068.12㎏，除去硅藻土料浆和石灰浆所含水分以外应补水1132.78㎏；然后按钙、硅质材料总量的5%加入增强纤维，其中2. 5％玻璃纤维为8.82kg，2. 5％棉纺工业下脚料纤维为8.82kg；按钙、硅质材料总量的4%加入碳酸钠14.11 ㎏；然后混合这4种物质；将混合后的这4种物质打入反应釜中，边缓慢搅拌边向釜内通入蒸汽加温加压，使釜内压力升至0.37Mpa，温度140℃，恒温、恒压35min； [0052] （2）将恒压35min后的料浆卸压后放入凝胶罐中，温度保持在≥80℃，常压下缓慢搅拌反应5.5h，形成水化硅酸钙凝胶体； [0053] （3）将形成水化硅酸钙凝胶体的料浆依次投放到液压机模框中，以2.7Mpa的压力压制成型； [0054] （4）将压制成型后的半成品置入蒸压釜中，通入蒸汽匀速升压6h至0.83Mpa，恒压9h后缓慢匀速降压6h至常压，从釜内取出烘干后即得无石棉硅酸钙绝热制品。 [0055] 实施例4： [0056] （1）取样化验硅藻土中SiO2含量为75.43％，以该批硅藻土按所述方法制得料浆，测得料浆中硅藻土与水的百分比：硅藻土为19.56％，水为80.44％；按所述方法制得石灰浆，从石灰浆中取样5ml，用波美计测得石灰浆的比重为1.109，用酚酞指示剂和盐酸滴定法测定后计算出石灰浆的摩尔浓度2HCl+Ca(OH)2=2H2O+CaCl2为1.572mol/L，石灰浆中含水率为90.25％。根据配料罐的容积估算需要用硅藻土200㎏，根据上述数据计算得出需用硅藻土料浆922.83L；按CaO/SiO2=0.79进行配料，应向罐内投入1263.56L石灰浆，石灰浆中干基重量为146.99㎏；按水固比8.0向配料搅拌罐加水，总加水量为2775.9㎏，除去硅藻土料浆和石灰浆所含水分以外应补水592.96㎏；然后按钙、硅质材料总量的4.5%加入增强纤维，其中2.25％玻璃纤维为7.805kg，2.25％棉纺工业下脚料纤维为7.805kg；按钙、硅质材料总量的4%加入碳酸钠13.88㎏然后混合这4种物质；将混合后的这4种物质打入反应釜中，边缓慢搅拌边向釜内通入蒸汽加温加压，使釜内压力升至0.35Mpa，温度 138.88℃，恒温、恒压保持40min； [0057] （2）将恒压40min后的料浆卸压后放入凝胶罐中，温度保持在≥80℃，常压下缓慢搅拌反应5h，形成水化硅酸钙凝胶体； [0058] （3）将形成水化硅酸钙凝胶体的料浆依次投放到液压机模框中，以3Mpa的压力压制成型； [0059] （4）将压制成型后的半成品置入蒸压釜中，通入蒸汽匀速升压6h至0.85Mpa，恒压8h后缓慢降压6h至常压，从釜中取出烘干后即得无石棉硅酸钙绝热制品。 [0060] 实施例5： [0061] （1）取样化验硅藻土中SiO2含量为76.37％，以该批硅藻土按所述方法制得料浆，测得料浆中硅藻土与水的百分比：硅藻土为15.02％，水为84.98％；按所述方法制得石灰浆，从石灰浆中取样5ml，用波美计测得石灰浆的比重为1.155，用酚酞指示剂和盐酸滴定法测定后计算出石灰浆的摩尔浓度2HCl+Ca(OH)2=2H2O+CaCl2为1.936mol/L，石灰浆中含水率为89.79％。根据配料罐的容积估算需要用硅藻土200㎏，根据上述数据计算得出需用硅藻土料浆1201.77L；按CaO/SiO2=0.82进行配料，应向罐内投入1310.39L石灰浆，石灰浆中干基重量为154.47㎏；按水固比10向配料搅拌罐加水，总加水量为3544.71㎏，除去硅藻土料浆和石灰浆所含水分以外应补水1054.13㎏；然后按钙、硅质材料总量的5%加入增强纤维，其中2. 5％玻璃纤维为7.795kg，2. 5％棉纺工业下脚料纤维为7.795kg；按钙、硅质材料总量的4%加入碳酸钠14.18 ㎏；然后混合这4种物质；将混合后的这4种物质打入反应釜中，边缓慢搅拌边向釜内通入蒸汽加温加压，使釜内压力升至0.37Mpa，温度140℃，恒温、恒压35min； [0062] （2）将恒压35min后的料浆卸压后放入凝胶罐中，温度保持在≥80℃，常压下缓慢搅拌反应5.5h，形成水化硅酸钙凝胶体； [0063] （3）将形成水化硅酸钙凝胶体的料浆依次投放到液压机模框中，以2.7Mpa的压力压制成型； [0064] （4）将压制成型后的半成品置入蒸压釜中，通入蒸汽匀速升压6h至0.83Mpa，恒压9h后缓慢匀速降压6h至常压，从釜内取出烘干后即得无石棉硅酸钙绝热制品。 [0065] 本发明无石棉硅酸钙绝热制品按外型分为平板、管壳和弧形板等，其物理性能检验数据见下表。 [0066] 环保型硅酸钙绝热制品物理性能指标及本发明制品检验数据 [0067]。 |
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