本發(fā)明屬于建筑保溫材料領(lǐng)域，最大限度地利用果殼粉等農(nóng)業(yè)剩余物，添加低品味長石、頁巖、砂巖、石灰石、菱鎂土等礦山原料，將其混合燒結(jié)制備建筑保溫材料，可用于城市化和新農(nóng)村建筑節(jié)能建設(shè)需要。
背景技術(shù)：
目前，果殼是果仁加工所殘存的固體有機(jī)廢棄物，已經(jīng)成為一種典型的農(nóng)業(yè)剩余物，廣泛分布在我國華北地區(qū)，包括核桃殼、杏殼、櫻桃殼、酸棗殼，果殼具有質(zhì)地堅(jiān)硬、硬度高、熱值高。在我國果殼的綜合利用尚不充分，例如過去核桃作為干果銷售,其果殼難以回收利用,現(xiàn)在出現(xiàn)了核桃的深加工工藝,一是取仁或取仁后加工成飲料；二是制油,大量集中的核桃殼被丟棄或被焚燒,造成資源的極大浪費(fèi)。近年來，人們對(duì)核桃殼的綜合利用進(jìn)行了深入的研究。研究表明，核桃殼的組成成分為：灰分0.663％，水分9.59％，苯醇抽出物3.71％，木質(zhì)素38.05％，纖維素30.88％，半纖維素27.26％。利用不同組分、組成果殼，研究果殼作為不同用途加以綜合利用。
將果殼的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，現(xiàn)有利用途徑主要作為過濾材料、活性炭加工、抗氧化劑等，為促進(jìn)果殼的深加工利用提供了一定途徑，但是這些利用途徑等果殼原料純度、粒度要求極高，相關(guān)利用途徑如下：
1.制造活性炭：由于核桃殼的化學(xué)成分多為含碳物質(zhì),而活性炭是一種具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能的含碳物質(zhì)：
(1)以山核桃殼為原料,采用水蒸氣活化法制備不定型顆?；钚蕴?。試驗(yàn)結(jié)果表明,活性炭的綜合得率為12％～16％。
(2)將核桃殼木炭粉碎至小于160目,加入黏結(jié)劑混合均勻后擠條成型、干燥,置于電熱轉(zhuǎn)爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下炭化,加熱條件為升溫速率10℃/min、終溫800℃、恒溫時(shí)間30min,冷卻后得到產(chǎn)品碳分子篩。
2.過濾材料:作為過濾器中的濾料，核桃殼濾料具有親水疏油性能,處理含油污水后容易洗滌再生,特別是處理含油量低于100mg/L的污水,效果良好,因此已廣泛應(yīng)用于油田含油污水的處理。核桃殼過濾器已成為污水處理中的主要過濾設(shè)備。
3.生產(chǎn)抗氧化劑：在儲(chǔ)存油脂及含油食品的過程中,油脂中的不飽和脂肪酸極易被氧化,造成食品色澤風(fēng)味及質(zhì)地發(fā)生改變,以至損害消費(fèi)者的身體健康。試驗(yàn)結(jié)果表明,核桃殼提取物可有效地抑制亞油酸的脂質(zhì)氧化,其中以正己烷和乙酸己酯提取物的抑制效果為好,可與同濃度的茶多酚相媲美
上述利用果殼制備多功能材料工藝復(fù)雜成本高，每年被利用的果殼數(shù)量相對(duì)有限，大部分遺棄在果仁加工廠周邊露天堆放或填埋在周邊坑池內(nèi)，未能將其充分進(jìn)行資源化處理。
隨著我國城市建設(shè)和新農(nóng)村發(fā)展，需要改善建筑節(jié)能水平，需要大量建筑節(jié)能產(chǎn)品。因此，利用果殼和低品位礦山原料，開發(fā)適用新農(nóng)村建設(shè)用的無機(jī)燒結(jié)型保溫建筑材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明利用果殼和低品位礦山原料，開發(fā)適用新農(nóng)村建設(shè)用的無機(jī)燒結(jié)型保溫建筑材料。利用果殼和低品位礦山原料，開發(fā)適用新農(nóng)村建設(shè)用的無機(jī)燒結(jié)型建筑保溫材料。該建筑保溫材料成型制備工藝將低品位礦山原料采用濕法研磨制漿、果殼破碎形成果殼粉，將兩者混合，然后離心噴霧造粒，進(jìn)行燒結(jié)和退火，形成多孔燒結(jié)建筑保溫材料。
本發(fā)明使用的果殼包括核桃殼、杏殼、櫻桃殼、酸棗殼等，
可以為一種或幾種混合物，將其使用粉碎機(jī)將其破碎成果殼粉，其粒度達(dá)到40-200目。一般市場所售果殼粉一般是以核桃殼為主的多種果殼的混合物。
果殼粉作用分別為：(1)占位造孔劑，在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，果殼粉分解和碳化，在無機(jī)原料內(nèi)部形成孔穴，為制備多孔無機(jī)保溫材料充當(dāng)發(fā)泡劑和造孔劑作用。
(2)果殼粉為有機(jī)質(zhì)材料，在加熱過程中會(huì)釋放大量熱量，大約為煤炭發(fā)熱量的40-60％，約為2800-4500Kcal/kg,是一種有機(jī)質(zhì)燃料，在燒結(jié)過程釋放熱量，成為一種有機(jī)質(zhì)燃料，促進(jìn)燒結(jié)過程的能源節(jié)約。
本發(fā)明所使用的低品位礦山原料包括長石、頁巖、砂巖、石灰石、菱鎂土等，上述原料主要作為燒結(jié)原料，提供硅酸鹽固相反應(yīng)的基本物質(zhì)，促進(jìn)固相反應(yīng)和液相形成。
砂巖主要提供SiO2，是硅酸反應(yīng)的基礎(chǔ)原料，長石主要提供SiO2、Al2O3、Na2O、K2O，是促進(jìn)燒結(jié)和液相形成物質(zhì)，頁巖是一種沉積性層狀粘土質(zhì)原料，富含石英、長石、氧化鐵，提供SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、Fe2O3，是濕法制備過程中，泥漿懸浮和塑性物質(zhì)提供者。石灰石主要提供CaCO3,是促進(jìn)高溫硅酸燒結(jié)反應(yīng)物質(zhì)，菱鎂土主要提供MgCO3,既是促進(jìn)高溫硅酸燒結(jié)反應(yīng)物質(zhì)，又是促進(jìn)堇青石相(2MgO·2Al2O3·5SiO2)形成，改善材料力學(xué)性能和熱學(xué)性能。
通過上述原料，本發(fā)明制備一種燒結(jié)型多孔無機(jī)建筑保溫材料，該建筑保溫材料具有保溫功能、防水功能、防火功能。其保溫功能是通過內(nèi)部的多孔疏松輕質(zhì)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，主要是果殼粉燒結(jié)占位形成的氣腔；防火功能是該材料純無機(jī)特性來保障的，不具有可燃性。防水功能是由其內(nèi)部氣孔的封閉性和燒結(jié)的液相(玻璃相)密實(shí)性來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明是利用果殼粉內(nèi)用剩余物制備燒結(jié)型多孔無機(jī)建筑保溫材料，重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)該材料的保溫隔熱功能，同時(shí)兼顧具有較好力學(xué)、防火、防水、防腐功能。
本發(fā)明是基于果殼粉農(nóng)業(yè)剩余物制備建筑保溫材料的目的，促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用，在本發(fā)明中所使用果殼粉的體積百分比是相對(duì)較高的，體積占比可達(dá)到50-55％，充分考慮制品的實(shí)際配方和質(zhì)量控制需要，因此在本發(fā)明中使用的配比按質(zhì)量百分比進(jìn)行陳述。
本發(fā)明利用果殼粉制備多孔建筑保溫材料所使用的配比按質(zhì)量百分比。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種利用果殼粉制備建筑保溫材料的方法，生產(chǎn)工藝包括以下步驟
(1)原料預(yù)處理：首先將長石、頁巖、砂巖、石灰石、菱鎂土進(jìn)行初級(jí)破碎處理，顆粒尺寸小于5cm；
(2)原料計(jì)量：將步驟(1)中已處理的主料按重量百分比進(jìn)行計(jì)量稱重；
(3)原料球磨：將步驟(2)中已計(jì)量的原料投入到球磨機(jī)中，按長石、頁巖、砂巖、石灰石、菱鎂土原料總質(zhì)量的65-68％注入水，封蓋球磨機(jī)進(jìn)行濕法研磨，研磨時(shí)間8-12小時(shí)，漿體粒度達(dá)到200-400目；
(4)摻和料混合：將步驟(3)混合漿體排出球磨機(jī)，送入漿體池；再將果殼粉按配比投入到漿體池，開動(dòng)攪拌機(jī)器，使果殼粉充分混合在主料漿體中，形成松散、均勻的濕混合漿料；
(5)噴霧造粒：將步驟(4)中濕混合漿料使用泥漿泵送至離心噴霧造粒塔進(jìn)行造粒，顆粒直徑1-3mm,水分含量小于8％，造粒粉核心基本為果殼粉，造粒粉流動(dòng)性良好；
(6)將步驟(5)中造粒粉鋪平置于耐火材料模具內(nèi)，在加熱爐進(jìn)行預(yù)熱、燒結(jié)、定型和退火，
(7)步驟(6)中溫度曲線為：室溫至650℃，時(shí)間0.75-1.0h,650℃至1050～1200℃，時(shí)間0.75-1.5h；保溫0.5-1h；1050～1200℃至800℃，時(shí)間0.3-0.6h；800℃至60℃，時(shí)間15-20h，然后出爐冷卻，得到多孔燒結(jié)保溫材料。
經(jīng)過上述原料配比、混磨、加熱、燒結(jié)和退火形成多孔燒結(jié)型無機(jī)建筑保溫材料毛坯塊，需要進(jìn)行切割形成外觀形態(tài)完整的制品，分別參照GB/T 5486-2008《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》制備100×100×100mm試樣，進(jìn)行密度和抗壓強(qiáng)度測試；參照GB/T 10295-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定熱流計(jì)法》制備300×300×30mm試樣，進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測試；參照GB/T 10299-2011《絕熱材料憎水性試驗(yàn)方法》制備300×150×30mm試樣，進(jìn)行憎水率測試。
本發(fā)明所用果殼粉燒結(jié)制備的建筑保溫材料，可制備和切割成厚度為20-200mm的板材，規(guī)格尺寸最大可達(dá)1200×1800mm,可滿足建筑墻體保溫使用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明在于可以大量消納果殼粉這類農(nóng)業(yè)剩余物和低品味的礦山原料等制備建筑保溫材料，其具有良好的保溫隔熱功能，以及防火、防水以及輕質(zhì)的特性，可滿足城市化和新農(nóng)村節(jié)能建設(shè)需要，可取得顯著的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
(2)本發(fā)明利用果殼粉燒結(jié)制備的建筑保溫材料，充分利用了果殼粉農(nóng)業(yè)剩余物和低品味的礦山原料，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用。
(3)本發(fā)明采用占位燒結(jié)工藝，使有機(jī)質(zhì)果殼粉變成了占位物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)燃料，避免了有機(jī)物質(zhì)的發(fā)霉腐爛問題，果殼粉提供加熱燒結(jié)過程的熱量，減少燃料使用。既節(jié)約能源，又避免了燃料廢料排放對(duì)環(huán)境的污染。
(4)本發(fā)明通過燒結(jié)工藝制備的建筑保溫材料具有材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，可以滿足建筑同壽命要求。通過上述技術(shù)創(chuàng)新和制備方法創(chuàng)新，制備性能優(yōu)良的果殼粉燒結(jié)多孔無機(jī)建筑保溫材料，果殼粉在建筑材料中體積使用量可達(dá)50-50％，實(shí)現(xiàn)了果殼粉的充分利用。
利用果殼粉制備的建筑保溫材料制品性能達(dá)到：體積密度為183-392kg/m3,抗壓強(qiáng)度為1.2-4.8MPa,導(dǎo)熱系數(shù)0.068-0.121W/m·K，憎水率為96-99％，果殼粉燒結(jié)制備筑保溫材料制品配比和產(chǎn)品綜合性能見表1所示，表1配方是按質(zhì)量百分比，在實(shí)際配料時(shí)，可轉(zhuǎn)換成質(zhì)量單位公斤。
具體實(shí)施方式
表1
以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，然而本發(fā)明的保護(hù)范圍并非僅僅局限于以下實(shí)施實(shí)例。所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。實(shí)施例中的果殼粉是市場采購的，市場所售果殼粉一般是以核桃殼為主的多種果殼的混合物，凡是市場上所售果殼粉都能適用本發(fā)明。
實(shí)施實(shí)例1
(1)配料：按表1配方1的配比進(jìn)行稱量配料，其配比分別為：長石粉15kg,頁巖60kg，砂巖10kg，石灰石0kg,菱鎂土5kg，水61.2kg，控制原料粒度小于5cm；
(2)球磨混料：將(1)中原料投入到200公斤級(jí)的剛玉陶瓷內(nèi)襯的球磨機(jī)，球磨8h停機(jī)，將漿體排出，放入200L攪拌筒中，漿體200-400目，將40-120目果殼粉10kg投入到攪拌筒中攪拌，得到果殼分散均勻混合料漿；
(3)造粒：對(duì)(2)中混合料漿采用實(shí)驗(yàn)室級(jí)離心造粒機(jī)，將漿體進(jìn)行造粒，造粒粉粒度范圍1-3mm,水分含量8％；
(4)燒制：將(3)中造粒粉置于碳化硅耐火材料模具內(nèi)，鋪平展開，厚度30mm，在加熱爐進(jìn)行加熱燒結(jié)和退火，預(yù)熱、燒結(jié)、定型、退火工藝為：室溫至650℃，時(shí)間0.75h,650℃至1200℃，時(shí)間1.5h；保溫0.5h；1200℃至800℃，0.6h,800℃至60℃，15h。升溫和降溫都采用勻速，但實(shí)際生產(chǎn)不局限于勻速，以下例子都相同。
利用果殼粉制備的建筑保溫材料制品性能為：體積密度為392kg/m3,抗壓強(qiáng)度為4.80MPa,導(dǎo)熱系數(shù)0.121W/m·K，憎水率為99％。
實(shí)施實(shí)例2
(1)配料：按表1配方2的配比進(jìn)行稱量配料，其配比分別為：長石粉13kg,頁巖57kg，砂巖11kg，石灰石1kg,菱鎂土6kg，水57.2kg，控制原料粒度小于5cm；
(2)球磨混料：將(1)中原料投入到200公斤級(jí)的剛玉陶瓷內(nèi)襯的球磨機(jī)，球磨10h停機(jī)，將漿體排出，放入200L攪拌筒中，漿體200-400目篩余，將120-160目果殼粉12kg投入到攪拌筒中攪拌，得到果殼分散均勻混合料漿；
(3)造粒：對(duì)(2)中混合料漿采用實(shí)驗(yàn)室級(jí)離心造粒機(jī)，將漿體進(jìn)行造粒，造粒粉粒度范圍1-3mm,水分含量6％；
(4)燒制：將(3)中造粒粉置于碳化硅耐火材料模具內(nèi)，鋪平展開，厚度40mm，在加熱爐進(jìn)行加熱燒結(jié)和退火，預(yù)熱、燒結(jié)、定型、退火工藝為：室溫至650℃，時(shí)間0.8h,650℃至1160℃，時(shí)間1.2h；保溫0.75h,1160℃至800℃，0.3h,800℃至60℃，18h。
利用果殼粉制備的建筑保溫材料制品性能為：體積密度為336kg/m3,抗壓強(qiáng)度為3.13MPa,導(dǎo)熱系數(shù)0.103W/m·K，憎水率為98％。
實(shí)施實(shí)例3
(1)配料：按表1配方3的配比進(jìn)行稱量配料，其配比分別為：長石粉13kg,頁巖52kg，砂巖12kg，石灰石2kg,菱鎂土7kg，水56.76kg，控制原料粒度小于5cm,
(2)球磨混料：將(1)中原料投入到200公斤級(jí)的剛玉陶瓷內(nèi)襯的球磨機(jī)，球磨12h停機(jī)，將漿體排出，放入200L攪拌筒中，漿體200-400目，將120-200目果殼粉14kg投入到攪拌筒中，
(3)造粒：對(duì)(2)中混合料漿采用實(shí)驗(yàn)室級(jí)離心造粒機(jī)，將漿體進(jìn)行造粒，造粒粉粒度范圍1-1mm,水分含量5％。
(4)燒制：將(3)中造粒粉置于碳化硅耐火材料模具內(nèi)，鋪平展開，厚度50mm，在加熱爐進(jìn)行加熱燒結(jié)和退火，預(yù)熱、燒結(jié)、定型、退火工藝為：室溫至650℃，時(shí)間1h,650℃至1050℃，時(shí)間1.5h；保溫0.75h,1050℃至800℃，0.5h,800℃至60℃，19h。
利用果殼粉制備的建筑保溫材料制品性能為：體積密度為241kg/m3,抗壓強(qiáng)度為1.87MPa,導(dǎo)熱系數(shù)0.086W/m·K，憎水率為97％。
實(shí)施實(shí)例4
(1)配料：按表1配方4的配比進(jìn)行稱量配料，其配比分別為：長石粉10kg,頁巖50kg，砂巖13kg，石灰石3kg,菱鎂土8kg，水56.28kg，控制原料粒度小于5cm；
(2)球磨混料：將(1)中原料到200公斤級(jí)的剛玉陶瓷內(nèi)襯的球磨機(jī)，球磨12h停機(jī)，將漿體排出，放入200L攪拌筒中，漿體200-400目，將80-120目果殼粉16kg投入到攪拌筒中，
(3)造粒：對(duì)(2)中混合料漿采用實(shí)驗(yàn)室級(jí)離心造粒機(jī)，將漿體進(jìn)行造粒，造粒粉粒度范圍1-2mm,水分含量4％。
(4)燒制：將(3)中造粒粉置于碳化硅耐火材料模具內(nèi)，鋪平展開，厚度50mm，在加熱爐進(jìn)行加熱燒結(jié)和退火，預(yù)熱、燒結(jié)、定型、退火工藝為：室溫至650℃，時(shí)間1.0h,650℃至1080，時(shí)間1.5h；保溫1h；1080℃至800℃，0.6h,800℃至60℃，20h。
利用果殼粉制備的建筑保溫材料制品性能為：體積密度為183kg/m3,抗壓強(qiáng)度為1.20MPa,導(dǎo)熱系數(shù)0.068W/m·K，憎水率為96％。