專利名稱：一種采用鋼渣尾渣和脫硫石膏制備建筑用無機(jī)防火板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用固體廢棄物制備防火板的方法，具體涉及一種以鋼渣尾渣和脫硫石膏為主要原料生產(chǎn)建筑用無機(jī)防火板的方法，屬于固體廢棄物綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
防火板是采用硅質(zhì)材料或鈣質(zhì)材料為主要原料，與一定比例的纖維材料、輕質(zhì)骨料、黏合劑和化學(xué)添加劑混合，經(jīng)蒸壓技術(shù)制成的板材。目前主要應(yīng)用于一些大型的、人員密度大的和對(duì)防火性能有較高要求的公共建筑如會(huì)議中心、展覽館、體育館、劇院等。隨著世界各國對(duì)建筑防火的日漸重視，防火板的材料、品種、規(guī)格越來越豐富、應(yīng)用也越來越廣泛。因此，新型防火板的設(shè)計(jì)需要在提高防火功能的前提下降低材料成本以及對(duì)資源的損^^ ο
在防火性能的設(shè)計(jì)上，防火石膏板主要依靠耐火玻璃纖維等阻燃劑的作用，珍珠巖和蛭石防火板采用了具有優(yōu)良的防火隔熱等功能的膨脹珍珠巖、玻化微珠、膨脹蛭石等廉價(jià)的原材料，在提高防火性能的同時(shí)降低了材料成本。但珍珠巖和蛭石防火板中的有機(jī)粘結(jié)劑有的會(huì)釋放毒氣或通過燃燒產(chǎn)生毒氣，從而影響了和限制其應(yīng)用。
鋼渣是煉鋼過程的副產(chǎn)品，平均生產(chǎn)1噸鋼材會(huì)生成0. 15^0. 2噸左右的鋼渣，以此計(jì)算，2010年我國粗鋼產(chǎn)量達(dá)6. 3億噸，鋼渣排放量近億噸。大量鋼渣的存放不僅占用土地、污染環(huán)境，而且造成了資源浪費(fèi)。鐵和鐵的化合物的存在造成鋼渣的易磨性較差，而且導(dǎo)致鋼渣的容重較大(1320-3360 kg/m3)。鋼渣經(jīng)過回收處理，提純出渣鋼和鐵精粉，剩余的尾渣中鐵和鐵的化合物的含量顯著降低，但在不同粒度范圍的鋼渣尾渣中所含的比例存在差異，因此鋼渣尾渣的容重和易磨性也會(huì)因?yàn)榱６炔煌霈F(xiàn)差異。鋼渣尾渣的化學(xué)組成與水泥熟料相似，含有硅酸二鈣(C2S)和硅酸三鈣(Cf)等水硬性礦物，但鋼渣的生成溫度一般在1600°C以上，硅酸鹽水泥熟料的鍛燒溫度僅為1450°C，因此過高的生成溫度造成了鋼渣中的礦物相結(jié)晶致密、晶粒較大，膠凝活性較低。而且鋼渣中存在大量的游離CaO和 MgO，影響著材料的安定性。目前提高鋼渣膠凝性能主要通過物理激發(fā)活化(機(jī)械激發(fā))、化學(xué)激發(fā)活化、熱活化及相分離活化等途徑，石膏是一種常用的化學(xué)激發(fā)劑。脫硫石膏是用石灰對(duì)含硫煙氣進(jìn)行脫硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)物。近年來，全國煙氣脫硫石膏的年產(chǎn)量約達(dá)2000萬噸。脫硫石膏的顆粒細(xì)小且粒度分布比較集中，水化形成的晶體比較規(guī)則， 其中二水硫酸鈣含量高達(dá)95%。但單一的石膏或脫硫石膏對(duì)鋼渣活性的激發(fā)作用有限，材料仍然水化速度較慢、強(qiáng)度較低，因此需要通過研究活化方式和2種以上激發(fā)劑的協(xié)同作用， 提高鋼渣膠凝活性。
《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》國家標(biāo)準(zhǔn)GB86M-2006將材料按燃燒性能分為 Al、A2、B、C、D、E、F七個(gè)等級(jí)，對(duì)Al級(jí)不燃材料的主要試驗(yàn)方法是(1)不燃性試驗(yàn)(GB/T M64)，045mmX50mm樣品置于爐中，爐內(nèi)溫度750°C 士 5°C、試驗(yàn)時(shí)間30min，若未終溫平衡應(yīng)延長試驗(yàn)。(2)燃燒熱值試驗(yàn)(GB/T 14402)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果要達(dá)到爐內(nèi)升溫Zl Γ < 30°C，質(zhì)量損失Zl in ( 50%，持續(xù)燃燒時(shí)間tf =0 s，PCS、總熱值)彡2. 0 MJ/kg的要求。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明選取一定粒度的鋼渣尾渣細(xì)磨，將脫硫石膏進(jìn)行脫水處理，將兩者混合后配以一定量的石膏晶須、水玻璃、生石灰和明礬，加工制成防火板，具有防火、防水、無毒、容重適中、成本低、綠色環(huán)保等性質(zhì)，為鋼渣尾渣和脫硫石膏等工業(yè)固體廢棄物的應(yīng)用提供了一條消耗量大、制造廉價(jià)、利用高效的新途徑。
本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案采用以鋼渣尾渣和脫硫石膏為主要原料和一定比例的外加劑，所述原料按照如下重量份數(shù)混合鋼渣尾渣40-60份，脫硫石膏40-60份，外加劑4-15份，攪拌20-40 min后，按照原料與水質(zhì)量比為1 (0. 50-0. 70)加入水混勻攪拌60-150 s，倒入模具成型。
所述無機(jī)防火板原料的鋼渣尾渣是指主要組成(質(zhì)量百分比)為CaO 35-60 %, SiO2 8-17 %，Al2O3 2-4 %，F(xiàn)e2O3 3-9 %，F(xiàn)eO 7-20 %，將鋼■尾■進(jìn)行篩分，選取粒度在 40-100 目顆粒進(jìn)行細(xì)磨后達(dá)到比表面積為3000-4500 cm2/g的鋼渣尾渣。
所述脫硫石膏是指比表面積為2000-3500 cm2/g,且經(jīng)150_300°C熱處理1. 5-2. 5 h得到的半水脫硫石膏。
所述外加劑主要組成按照如下重量份數(shù)混合而成晶須石膏1-5份，水玻璃 0. 1-0. 3份，生石灰1-5份，明礬1-5份。
制備的無機(jī)防火板于建筑上使用，滿足20 X 20 X 20mm塊體抗壓強(qiáng)度8_12Mpa、容重360—450 kg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB86M-2006對(duì)Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，而且總熱值彡 0. 5MJ/kgo
模具成型M h，脫模養(yǎng)護(hù)3天得到以鋼渣尾渣和脫硫石膏等固體廢棄物為主要原料的無機(jī)防火板。其中鋼渣經(jīng)過物理激發(fā)和化學(xué)激發(fā)的協(xié)同作用膠凝活性提高，經(jīng)過石膏晶須的增韌作用，材料的力學(xué)性能加強(qiáng)。脫硫石膏與其它外加劑發(fā)揮復(fù)合激發(fā)劑的作用，而且脫硫石膏的適當(dāng)比例可實(shí)現(xiàn)制品的容重調(diào)整。
本發(fā)明的突出特點(diǎn)1.發(fā)揮冶金行業(yè)鋼渣選后尾渣具有一定膠凝性能的潛力，利用工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏和少量石膏晶須以及其他廉價(jià)激發(fā)劑復(fù)摻的協(xié)同作用顯著提高了鋼渣尾渣的膠凝活性，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求。
2.針對(duì)無機(jī)防火板設(shè)計(jì)，通過選取含有鐵量較少的鋼渣尾渣顆粒和脫硫石膏的摻入，控制了制品的容重。
3.利用固體廢棄物設(shè)計(jì)制備的無機(jī)防火板達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)GB86M-2006對(duì)Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，而且總熱值低、力學(xué)性能優(yōu)異，具有防水、無毒、無污染、綠色環(huán)保、易加工等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提高了防火板的防火功能、降低了原材料成本，并為鋼渣尾渣和脫硫石膏固體廢棄物的應(yīng)用提供了一條消耗量大、制造廉價(jià)、利用高效的新途徑。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明。實(shí)施例中涉及的鋼渣尾渣的主要化學(xué)組成如表1所示。4
表1實(shí)施例中使用的鋼渣尾渣的主要化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)爾渣來灘主要化學(xué)成分(％)CaOSiQiFe2O3Al2O3MgOFeOP2O5首權(quán)52 6612 266 123 049 1210420 62鞍麵45 378 843 793.297 9S19 980 72武權(quán)5a 2216.243 182 572^287 91 17龍權(quán)35 5812 743 631329 4310 30 42tpf43 1515 555 193.843 4219 224 08實(shí)施例11.將首鋼的鋼渣尾渣(化學(xué)組成如表1所示)進(jìn)行篩分，選取粒度在40-100目顆粒進(jìn)行細(xì)磨達(dá)到比表面積為3800cm2/g。比表面積為2500cm2/g脫硫石膏經(jīng)180°C熱處理池，所有原料的按照如下重量份數(shù)混合鋼渣尾渣60份脫硫石膏40份晶須石膏2份水玻璃0. 1份生石灰2份明礬2份2.以上原料混合攪拌30min后，按照原料與水質(zhì)量比為1:0. 50加入水混勻攪拌120 s，倒入模具成型Mh，脫模養(yǎng)護(hù)3d。
3. 20X 20X 20mm塊體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到9. 83MPa，容重442 kg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) GB8624-2006 Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，總熱值=0. 38MJ/kg。
實(shí)施例21.將鞍鋼的鋼渣尾渣(化學(xué)組成如表1所示)進(jìn)行篩分，選取粒度在40-100目顆粒進(jìn)行細(xì)磨達(dá)到比表面積為3000cm2/g，比表面積為2200cm2/g脫硫石膏經(jīng)150°C熱處理2. 5h， 所有原料的按照如下重量份數(shù)混合鋼渣尾渣55份脫硫石膏45份晶須石膏3份水玻璃0. 3份生石灰3份明礬3份2.以上原料混合攪拌20min后，按照原料與水質(zhì)量比為1:0. 70加入水混勻攪拌60 s, 倒入模具成型Mh，脫模養(yǎng)護(hù)3d。
3. 20X20X20mm塊體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到9. 33MPa，容重421 kg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) GB8624-2006 Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，總熱值=0. 36MJ/kg。
實(shí)施例31.將鞍鋼的鋼渣尾渣(化學(xué)組成如表1所示)進(jìn)行篩分，選取粒度在40-100目顆粒進(jìn)行細(xì)磨達(dá)到比表面積為3600cm2/g，比表面積為^00cm2/g脫硫石膏經(jīng)210°C熱處理1. 8h， 所有原料的按照如下重量份數(shù)混合2.以上原料混合攪拌35min后，按照原料與水質(zhì)量比為1 :0. 60加入水混勻攪拌100 s，倒入模具成型Mh，脫模養(yǎng)護(hù)3d。
3. 20X 20X 20mm塊體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到9. 44MPa，容重410 kg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) GB8624-2006 Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，總熱值=0. 22MJ/kg。
實(shí)施例41.將龍鋼的鋼渣尾渣(化學(xué)組成如表1所示)進(jìn)行篩分，選取粒度在40-100目顆粒進(jìn)行細(xì)磨達(dá)到比表面積為4500cm2/g，比表面積為3200cm2/g脫硫石膏經(jīng)250°C熱處理1. 6h后， 所有原料的按照如下重量份數(shù)混合鋼渣尾渣40份脫硫石膏60份晶須石膏4份水玻璃0. 2份生石灰4份明礬4份2.以上原料混合攪拌40min后，按照原料與水質(zhì)量比為1:0. 50加入水混勻攪拌150 s，倒入模具成型Mh，脫模養(yǎng)護(hù)3d。
3. 20X20X20mm塊體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到11.010^，容重3801^/1113，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) GB8624-2006 Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，總熱值=0. 29MJ/kgo
實(shí)施例51.將馬鋼的鋼渣尾渣，化學(xué)組成如表1所示，進(jìn)行粒度篩分，選取粒度在40-100目顆粒進(jìn)行細(xì)磨達(dá)到比表面積為4300cm2/g，比表面積為3400cm2/g脫硫石膏經(jīng)300°C熱處理 1. 5h后，所有原料的按照如下重量份數(shù)混合鋼渣尾渣45份脫硫石膏55份晶須石膏4份水玻璃0. 1份生石灰4份明礬4份2.以上原料混合攪拌^min后，按照原料與水質(zhì)量比為1:0. 60加入水混勻攪拌140 s，倒入模具成型Mh，脫模養(yǎng)護(hù)3d。鋼渣尾渣脫硫石膏晶須石膏水玻璃生石灰明礬50份 50份 4份 0.2份 4份 4份
3. 20X 20X 20mm塊體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到10. 18MPa，容重413 kg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) GB8624-2006 Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，總熱值=0. 43MJ/kg。
權(quán)利要求
1.一種采用鋼渣尾渣和脫硫石膏制備建筑用無機(jī)防火板的方法，其特征在于原料按照如下重量份數(shù)混合鋼渣尾渣40-60份，脫硫石膏40-60份，外加劑4-15份，攪拌20-40 min后，按照原料與水質(zhì)量比為1 : (0. 50-0. 70)加入水混勻攪拌60-150 s，倒入模具成型。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鋼渣尾渣的主要組成質(zhì)量百分比為 CaO 35-60 %，SiO2 8-17 %，Al2O3 2-4 %，F(xiàn)e2O3 3-9 %，F(xiàn)eO 7-20 %，鋼渣尾渣篩分細(xì)磨后， 比表面積為3000-4500 cm2/go
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述脫硫石膏要求比表面積為2000-3500 cm2/g，且經(jīng)150-300 °C熱處理1. 5-2. 5 h后得到的半水脫硫石膏。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述外加劑按照如下重量份數(shù)混合而成 晶須石膏1-5份，水玻璃0. 1-0. 3份，生石灰1-5份，明礬1-5份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制得的無機(jī)防火板，在建筑上使用，滿足20X 20 X 20mm 塊體抗壓強(qiáng)度8-12Mpa、容重360— 450 kg/m3,達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB86M-2006對(duì)Al級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，而且總熱值彡0. 5MJ/kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以鋼渣尾渣和脫硫石膏為主要原料生產(chǎn)建筑用無機(jī)防火板的方法，屬于固體廢棄物綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。原料按照如下按重量份數(shù)混合鋼渣尾渣40-60份，脫硫石膏40-60份，外加劑4-15份。其中，選取粒度在40-100目鋼渣尾渣顆粒進(jìn)行細(xì)磨達(dá)到比表面積為3000-4500cm2/g；脫硫石膏比表面積為2000-3500cm2/g，經(jīng)熱處理為半水脫硫石膏。所述外加劑主要組成按照如下按重量份數(shù)混合而成晶須石膏1-5份，水玻璃0.1-0.3份，生石灰1-5份，明礬1-5份。本發(fā)明顯著激發(fā)了鋼渣尾渣的膠凝活性，材料的力學(xué)性能加強(qiáng)，20×20×20mm塊體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到8-12Mpa，容重控制在360—450kg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB8624-2006對(duì)A1級(jí)勻質(zhì)不燃材料要求，為鋼渣尾渣和脫硫石膏固體廢棄物的應(yīng)用提供了一條消耗量大、制造廉價(jià)、利用高效的新途徑。
文檔編號(hào)C04B28/14GK102531517SQ201210053359
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月3日
發(fā)明者張作順, 文天陽, 楊淇, 連芳 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)