利用抛光废渣生产新型防火保温建筑材料的研究_吴学坤.pdf

Vol.33No.04（Serial No.321）FOSHAN CERAMICS作者简介：吴学坤（1985），男，汉族，本科，材料工程师，主要从事无机非金属材料研究。1前 言建筑瓷砖行业排放的抛光废渣，属于粉体状态，其粒度在 130m，堆积排放过程中极易在大气环境中扩散，对大气 PM10 和 PM2.5 指标有极严重的影响，而且其化学组成十分复杂，既含有陶瓷类的无机粉体物料，还含有大量的有机物质，使得这类工业废渣的综合利用非常困难，由于成分中瘠性组分较多，既不能作为橡胶、塑料等有机产品的填料使用，也不适合作为陶瓷、冶金等行业的配合料使用。如何大规模的将这类工业废料资源化利用来研制相关产品，已成为陶瓷产业集群发展过程中的一大难题。2发泡陶瓷材料的优势分析我国自 2000 年以后陆续推出建筑节能标准，并要求各省逐步推行建筑节能。建筑外墙保温材料以苯板、挤塑板、酚醛板、聚氨酯等有机保温材料为主，这些有机保温材料易燃，安全隐患大。2009 年，国家相继推出建筑外墙保温材料防火规定，要求高层建筑和人员密集型场所外墙必须使用防火保温材料。岩棉板、发泡水泥和珍珠岩板等常规无机保温材料防火性能较好，但强度低，不抗冻，无法适应东北地区恶劣气候条件要求，存在脱落隐患。近几年，建筑外墙保温层脱落砸人、砸车事故屡有发生。发泡陶瓷材料具有防火、抗冻、耐老化等特性，是新型防火建筑外墙保温材料中唯一的抗冻材料，成功经受住了多年严酷气候条件检验，被誉为东北地区与建筑物同寿命的外墙保温材料。与建筑保温领域相比，发泡陶瓷作为墙体材料使用则更具革命性。传统的墙材，如 GRC 条板、硅酸钙复合墙、水泥空心墙等因含水或具有吸水性，墙材性能在使用过程中会逐渐衰减。而发泡陶瓷墙材是经 1200高温烧制而成，材料性能不会衰减，且具有良好的机械加工性能，是唯一一种能够满足装配式建筑加工塑形要求的墙体材料。本文重点根据抛光废渣原料特性，在产业化生产时将原料处理工艺由“干法”转为“湿法球磨喷雾造粒”，以提高配方物料稳定性，以及优化产品烧成工艺制度，确保在窑炉内宽达 4.2m 隧道窑炉中获得发泡良好、性能稳定的发泡陶瓷产品进行研究。通过技术创新，采用抛光废渣及相关工业助剂为原料，使得抛光废渣掺量高达 80%90%。3产品工艺流程和技术特点新型发泡陶瓷防火保温建材生产工艺流程简述：抛光砖生产企业排放的抛光废渣和各类辅助原料在原料堆放场暂存后，将工业废渣连同其他辅助原料以一定比例称量后在原料处理车间分别进行球磨、喷雾造粒处理，然后将处理后的配方物料输送至装模平台进行布料工序，完成装模后将窑车依次进入隧道窑中进行 12001250高温烧成，经过退火工序后将毛坯产品送入机加工车间进行打磨、切割处理，机加工后的产品经质检、包装后入成品库贮存待售，设置质检室，对原料及产品进行理化检验，以保证产品质量优良。新型发泡陶瓷防火保温建材的技术特点主要有：(1)材料导热系数低，内部为闭孔结构，无热桥。可通过调整材料使用厚度满足我国不同地区建筑节能设计标准要求。(2)尺寸设计合理，符合现行建筑模数，可以单独砌利用抛光废渣生产新型防火保温建筑材料的研究吴学坤（辽宁瓦丹弗新材料科技有限公司，沈阳110063）摘 要：以抛光废渣为主要原料生产一种新型防火保温建筑材料发泡陶瓷材料，配方组分均为固体废弃物，通过物料配方的优化和产品烧成工艺等关键技术的优化，极大程度地降低了发泡陶瓷建材的制造成本，也提高该产业利用固体废弃物的处理能力。同时，科学设计窑炉退火工艺，提高其换热效率，降低生产能源损耗。关键词：抛光废渣；绿色建材；防火保温建筑材料；发泡陶瓷10佛 山 陶 瓷2023 年第 4 期（第 321 期）筑成墙，解决了建筑保温墙体的整体性和耐候性，使墙体保温系统的使用寿命与建筑物的使用寿命一致。(3)块形设计符合施工习惯，重量轻，强度高，有效地减轻了劳动强度，提高施工工效。4关键技术的开发及优化4.1 物料配方的开发及优化本文通过技术创新，采用陶瓷抛光废渣为主要原料，辅以少量助熔剂、发泡剂和廉价矿物组分，通过精细陶瓷的配料手段及高温烧结工艺，使废渣在高温熔融状态下，发生剧烈的固熔反应，晶体空间结构重新搭建，使废渣完全改变原有物理形体，以元素的身份重新融入到新产品中，可获得高品质发泡陶瓷产品，废渣利用率高达 60%90%。材料制备过程中可以通过调整助熔剂、发泡剂的种类和掺入量，人为控制晶体生长过程，获得预期性能的新型防火保温建材系列产品。此外，把小试、中试阶段原料处理所用的干法处理方式调整为湿法球磨处理工艺，之后对配方物料料浆进行喷雾造粒处理，大大改善配方物料的均一性和稳定性。4.2 物料配方稳定性的优化物料配方的稳定性主要包括同一厂家供应抛光废渣的大生产运行的配方稳定性、不同厂家供应抛光废渣原料在大生产运行的配方稳定性。对进厂每个批次的抛光废渣均要抽样做成分分析，根据各厂家抛光废渣的成分组成的不同，有针对性的调整配方中添加发泡剂、助熔剂的比例，使不同厂家抛光废渣在同等生产条件下达到合格产品的性能指标，避免生产运行条件因为原料不同而频繁调整生产运行参数，确保生产设备运行的稳定，进而保证产品质量的稳定。4.3 产品烧成工艺的开发及优化本文所用技术为利用抛光废渣制备的发泡陶瓷防火保温材料，在物料配方确定的基础上，烧成工艺的控制决定了目标产品的性能好坏和成品率的高低。通过合理选取产品在隧道窑炉中的最高烧成温度、严格控制高温段保温时间，使产品的发泡尺寸大小、孔壁的厚度得到精准控制，从而得到高闭孔率、气孔尺寸均匀、容重一致的目标产品，可以使产品的导热系数控制在 0.06 w/(m.k)左右，产品性能指标实现稳定可控，进而保证产品的成品率达到 98%以上的指标。4.3.1发泡段高温烧成温度控制发泡段高温烧成温度控制是关键工艺控制点之一，在配方物料稳定的基础上，烧成温度的控制直接决定了产品的发泡性能，烧成温度的高低和保温时间的长短决定了产品发泡的尺寸稳定性，温度过高会造成产品内部溢出孔增多甚至形成连通孔，温度较低会导致产品发泡尺寸较小、产品的容重增加、导热系数过高。因此，在示范线烧成工艺调整前期，对烧成温度的控制至关重要，需要根据烧成后制品的情况及时调整发泡段烧成曲线，使试制产品的发泡性能得到稳定控制，保证产品质量的稳定。4.3.2退火段温度控制退火段温度控制直接影响了烧成产品的成品率和力学性能，物料配方经过发泡段高温烧成后产品外观和内部孔结构已经定型，退火段的作用是烧成产品逐渐降温、消除材料内部温度差，从而获得性能稳定的产品。退火段降温速率过快会造成产品表面和内部温度差过大，极易造成制品内部产生微裂痕，制品的力学性能会较差且制品出窑后容易炸裂，导致产品成品率低、增加生产成本；退火段降温速率过慢会增加能耗、增加生产成本。通过试验参数的积累，本文试制产品的出窑温度不能高于 100，在示范线退火段温度控制中首先要控制出窑温度达标，然后考察不同退火速率下获得产品的力学性能，从而确定最优的退火曲线。4.4 产品性能的稳定新型绿色保温建材性能的稳定决定于发泡尺寸的均匀程度、产品厚度的稳定度、产品表观形态的均一度。4.4.1发泡尺寸的均匀程度试制产品的发泡尺寸均匀程度决定于物料配方的稳定性、发泡段高温烧成温度的控制，做好物料配方的优化改进和发泡段温度的精准控制便可获得发泡尺寸均匀的产品。4.4.2产品厚度和表观形态的均一度产品厚度的稳定度决定了产品进行切割后的成品率，产品厚度稳定度越高，产品切割后的废料就越少，且有利于提高产品切割效率、降低生产成本。产品厚度的稳定性同样决定于物料配方的稳定性、发泡段高温烧成温度的控制，还决定于模具中的布料量稳定性，优化物料配方、精准控制发泡段温度、严格管控布料量的统一，是获得稳定度高的产品的关键控制点。产品表观形态主要受气孔尺寸均匀程度、有无连通孔、制品颜色影响，须对生产过程中的物料配方、发泡温度进行合理控制。4.4.3力学性能稳定性产品力学性能的稳定性决定于物料配方、烧成工艺的控制，须针对抛光废渣原料情况进行烧成工艺的控11Vol.33No.04（Serial No.321）FOSHAN CERAMICS制，严格控制退火段温度，做好这几个关键点的控制，以获得力学性能稳定的产品。5创新分析与讨论5.1 发泡陶瓷保温材料配方创新本文将抛光废渣作为主要原料使用，通过采集各地产生的各类固体废弃物，合理调配各类固体废弃物，充分发挥各自的理化性能特点，有效控制发泡陶瓷保温帮在烧成过程中玻璃液相的粘度和表面张力，使产品的发泡尺寸大小、孔壁的厚度得到精准控制，从而得到高闭孔率、气孔尺寸均匀、容重一致的目标产品，克服了抛光废渣由于本身高温黏度较低、不易发泡而使其利用率低于 30%的技术瓶颈，通过优化配方将抛光废渣等固体废弃物的利用率达到 100%，实现发泡陶瓷配方全部为固体废弃物的目标，并使产品的成品率达到 98%以上。5.2 烧成工艺技术创新本文采用陶瓷抛光废渣为主要原料，辅以特制高温助熔剂、发泡剂，通过合理调控发泡陶瓷配方及高温烧结工艺，使发泡陶瓷玻璃液相在高温熔融状态下，具有一定的粘度和表面张力，并且玻璃液相随烧成温度的变化不发生显著变化，进而扩大发泡陶瓷的烧成温度范围，提高成本率，降低制造成本。5.3 设备节能措施创新根据轻质发泡陶瓷防火保温建材生产所用设备的工艺特性，对烧成工段隧道窑炉的退火工艺进行创新性设计，改造退火段换热装置，提高了换热效率，改变了传统隧道窑炉的冷风直接补偿进窑炉内部方式，提高了产品的成品率。本文通过技术创新，采用多种工业废渣及少量催化剂为原料，通过精细陶瓷的配料手段及高温烧结工艺，使废渣在高温熔融状态下，发生剧烈的固熔反应，晶体空间结构重新搭建，从而使废渣完全摒弃原有物理形体，而是以元素的身份，重新融入到新产品中。因此，获得了高品质的产品，废渣利用率高达 6090%。材料制备过程中通过人为控制晶体生长过程和熔体发泡过程，获得预期性能的新型防火保温建材系列产品。6结论发泡陶瓷建材产品防火、保温性能优异，能够适应东北地区寒热交替的恶劣自然环境，用于建筑外墙保温领域，能够解决传统建筑保温材料存在的火灾隐患和使用寿命与建筑使用年限不匹配的问题，有利于推动国家建筑外墙保温防火及节能政策的落实。此外，产品的耐腐蚀性能、力学性能优异，非常适合于火力发电厂湿法脱硫烟囱的烟道防腐工程，也可作为装配式建筑隔墙材料使用，市场前景广阔。参考文献1徐瑜.抛光废渣的结构与性能分析J.佛山陶瓷.2015,25(01)2林珊.浅析陶瓷废料资源化综合利用的研究现状J.佛山陶瓷,2018,28(07),4-6+163黎涛,熊祖鸿,范玉容,王毅.陶瓷抛光废渣高温发泡机理分析J.硅酸盐报.2015,34(08)4陶茹，徐其功，谢厚永.发泡陶瓷墙板在装配式混凝土建筑外墙的应用技术研究J.新型建筑材料.2022,49(08)5 王昭.固废循环利用制备发泡陶瓷工艺浅析 J.佛山陶瓷.2022,32(08)12