一种飞灰保温棉及其制备方法与流程

1.本发明涉及保温材料技术领域，具体为一种飞灰保温棉及其制备方法。


背景技术：

2.随着生活水平的提高，生活垃圾的产生量也在不断地增长，目前国内外生活垃圾的主要无害化处理方式有卫生填埋、焚烧和堆肥3种。焚烧处理减量化效果显著，克服了直接填埋占地面积大的问题，同时具有处理效率高、无害效果彻底等优势，且焚烧处理产生的热能可以回收利用，具有较高的经济效益。但垃圾进行焚烧处置后会产生一定量的飞灰。
3.飞灰一般呈灰白色或深灰色，粒径一般小于300um，热灼减率为34％-51％，颗粒形态多样化，其中以不规则形状聚合体居多，球形体、絮状集合体相对较少，少数颗粒为棒状集合体。城市生活垃圾焚烧飞灰主要成分为cao(15-40％)、sio2(10-30％)、al2o3(4-6％)、fe2o3(1-3％)、so3(8-10％)、na2o(3-5％)、k2o(1-3％)，主要晶体物质为nacl、kcl、cacl2、sio2、ca(oh)2、cao、caco3、caso4·
2h2o、caso4、cac1oh和cacl2·
ca(oh)2·
2h2o。飞灰中溶解性盐和重金属含量很高，主要为ca、na、k、cd、pb、zn、cr等，如果处置不当时，很有可能浸出污染附近空气、土壤和水体，飞灰中还含有大量的氯，这就增加了重金属的溶解性并降低重金属的熔点，不利于飞灰的固化或熔融处理。同时，飞灰的比表面积很高，表面富集了大量的二噁英类剧毒物质，对环境危害极大。
4.因此，有必要提供一种飞灰保温棉，可以提高飞灰的利用率，变废为宝，降低对环境的污染与危害。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤(1)取原料混合物，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰、二氧化硅、氧化铝、煤矸石、氧化锆纤维、助熔剂、水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到飞灰混合物颗粒；
7.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热，加热熔融，得到熔融混合物；
8.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，重整切割得到飞灰保温棉。
9.优选地，原料混合物中各组分占比：垃圾焚烧的飞灰59-73％、二氧化硅3-5％、氧化铝3-5％、煤矸石5-12％、氧化锆纤维3-7％、助熔剂0.5-1.5％、其余为水。
10.优选地，所述步骤(1)中，助熔剂包括氧化钙、氟化钙、氧化镁中的任一种。
11.优选地，所述步骤(1)中，飞灰混合物颗粒的粒径为6-10mm。
12.优选地，所述步骤(2)中，将飞灰混合物颗粒预热至700-900℃，加热熔融条件：1600-1700℃下熔融2-5h。
13.优选地，所述步骤(3)中，喷吹压力为4-8atm。
14.优选地，所述步骤(3)中，所述复合相变贴片材料的制备方法：
15.将可膨胀石墨在50-70℃干燥20-28h，将干燥后的可膨胀石墨在600-800w下微波加热膨化20-40s，得到膨胀石墨；将石蜡在60-80℃下恒温水浴加热至石蜡完全熔化，加热膨胀石墨，熔融搅拌吸附0.5-1.5h，得到石蜡/膨胀石墨复合相变材料；将水泥、石蜡/膨胀石墨复合相变材料在150-300r/min的转速下搅拌至均匀，再加入水，继续搅拌，倒入模具中成型，室温下静置20-28h后脱模，再喷淋养护2-4天后，在95-115℃下干燥至恒重，得到复合相变贴片材料。
16.优选地，所述可膨胀石墨与石蜡之间的质量比为0.5-0.7:4.5-6.3；水泥、石蜡/膨胀石墨复合相变材料、水之间的质量比为19-20:5.8-6.15:10.45-11。
17.优选地，采用所述的飞灰保温棉的制备方法制备得到的飞灰保温棉。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
19.1、本发明中以垃圾焚烧的飞灰为原料，采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物煤矸石作为助剂，制备出飞灰保温棉，变废为宝，实现了资源的合理化回收利用；进一步地，本发明中的飞灰在高温熔融的过程中形成致密稳定的玻璃体，减少重金属的向外迁移，同时，高温环境下，二噁英等有害物质被彻底分解，使得本发明的飞灰保温棉更加安全、环保。
20.2、本发明的飞灰保温棉包括棉板和复合相变贴片材料，复合相变贴片材料包含多孔的膨胀石墨、石蜡，有效的提高了飞灰保温棉的隔热性；此外，氧化锆纤维对红外辐射具有明显的吸收和散射作用，能够降低辐射传热，进一步提高飞灰保温棉的保温隔热性能。。
21.3、本发明中添加的二氧化硅、氧化铝、煤矸石中含有的二氧化硅、氧化铝有助于形成良好的凝胶性，从而可以提高多孔保温棉材料的强度，可以通过增加煤矸石的用量来减少或者取代二氧化硅、氧化铝；氧化锆纤维作为一种增强纤维，能够与协同二氧化硅、氧化铝协同，提高飞灰保温棉的抗压强度，使其具备很好的机械性能。
附图说明
22.图1是本发明的飞灰保温棉的制备工艺流程图；
23.图2是本发明的实施例2-8与对比例1-3的飞灰保温棉的导热系数测试对比图；
24.图3是本发明的实施例2-8与对比例1-3的飞灰保温棉的抗压强度测试对比图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.本实施例公开一种复合相变贴片材料的制备方法，包括以下步骤：
28.将可膨胀石墨在60℃下干燥24h，称取干燥后的可膨胀石墨0.6kg，在700w下微波加热膨化30s，得到膨胀石墨；称取石蜡5.4kg，在70℃下恒温水浴加热至石蜡完全熔化，加入膨胀石墨，熔融搅拌吸附1h，得到石蜡/膨胀石墨复合相变材料；称取水泥19.35kg、石蜡/膨胀石墨复合相变材料6kg，在200r/min的转速下搅拌至均匀，再加入水10.65kg，继续搅拌
至均匀，倒入模具中成型，室温下静置24h后脱模，再喷淋养护3天后，在105℃下干燥至恒重，即得到复合相变贴片材料。
29.实施例2
30.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
31.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰59kg、二氧化硅3kg、氧化铝3kg、煤矸石5kg、氧化锆纤维3kg、氧化钙0.5kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为6mm的飞灰混合物颗粒；
32.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至700℃，在1600℃下熔融2h，得到熔融混合物；
33.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为4atm。
34.实施例3
35.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
36.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰73kg、二氧化硅5kg、氧化铝5kg、煤矸石12kg、氧化锆纤维7kg、氧化钙1.5kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为10mm的飞灰混合物颗粒；
37.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至900℃，在1700℃下熔融5h，得到熔融混合物；
38.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为8atm。
39.实施例4
40.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
41.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰65kg、二氧化硅4kg、氧化铝4kg、煤矸石8kg、氧化锆纤维5kg、氧化钙1kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为8mm的飞灰混合物颗粒；
42.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至800℃，在1650℃下熔融3h，得到熔融混合物；
43.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为6atm。
44.实施例5
45.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
46.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰62kg、二氧化硅3.5kg、氧化铝3.5kg、煤矸石6kg、氧化锆纤维4kg、氧化钙0.8kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为7mm的飞灰混合物颗粒；
47.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至750℃，在1650℃下熔融2.5h，得到熔融混合物；
48.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为5atm。
49.实施例6
50.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
51.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰68kg、二氧化硅4.5kg、氧化铝4.5kg、煤矸石10kg、氧化锆纤维6kg、氧化钙1.2kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为9mm的飞灰混合物颗粒；
52.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至850℃，在1700℃下熔融4h，得到熔融混合物；
53.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为7atm。
54.实施例7
55.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
56.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰73kg、二氧化硅5kg、氧化铝5kg、煤矸石12kg、氧化锆纤维7kg、氟化钙1.5kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为10mm的飞灰混合物颗粒；
57.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至900℃，在1700℃下熔融5h，得到熔融混合物；
58.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为8atm。
59.实施例8
60.本实施例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
61.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰73kg、二氧化硅5kg、氧化铝5kg、煤矸石12kg、氧化锆纤维7kg、氧化镁1.5kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为10mm的飞灰混合物颗粒；
62.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至900℃，在1700℃下熔融5h，得到熔融混合物；
63.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为8atm。
64.对比例1
65.本对比例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
66.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰62kg、二氧化硅3.5kg、氧化铝3.5kg、氧化锆纤维4kg、氧化钙0.8kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为7mm的飞灰混合物颗粒；
67.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至750℃，在1650℃下熔融2.5h，得到熔融混合物；
68.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为5atm。
69.对比例2
70.本对比例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
71.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰62kg、二氧化硅3.5kg、氧化铝3.5kg、煤矸石6kg、氧化钙0.8kg、其余为水，将原料混合物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为7mm的飞灰混合物颗粒；
72.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至750℃，在1650℃下熔融2.5h，得到熔融混合物；
73.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，将复合相变贴片材料粘合在固化后的棉板上，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为5atm。
74.对比例3
75.本对比例公开一种飞灰保温棉的制备方法，包括以下步骤：
76.步骤(1)取原料混合物共100kg，所述原料混合物包括垃圾焚烧的飞灰62kg、二氧化硅3.5kg、氧化铝3.5kg、煤矸石6kg、氧化锆纤维4kg、氧化钙0.8kg、其余为水，将原料混合
物搅拌至均匀，经造粒机造粒，得到粒径为7mm的飞灰混合物颗粒；
77.步骤(2)将飞灰混合物颗粒预热至750℃，在1650℃下熔融2.5h，得到熔融混合物；
78.步骤(3)熔融混合物经离心喷吹、摆锤铺棉得到棉板，棉板再经固化，再重整切割得到飞灰保温棉，其中，喷吹压力为5atm。
79.以上所有实施例、对比例中垃圾焚烧的飞灰来自于生活垃圾焚烧产生的飞灰；二氧化硅，含量99.5％，规格2-15um，类目(比表面积)1500-6000，来自广州市新稀冶金化工有限公司；氧化铝，规格3-5um，型号shgl-101，吸油量≤120g/100g，比表面积≤100m2/g，平均粒度3-6μm，来自广州市新稀冶金化工有限公司；煤矸石为外来样煤矸石，组成：烧失量23.62、二氧化硅38.33、三氧化二铝34.97、三氧化二铁0.82、氧化钙1.15、氧化镁0.21、硫0.22；氧化锆纤维，cas编号1314-23-4，货号4008006，来自福斯曼科技(北京)有限公司；氧化钙，密度3.4g/cm3，cas登录号1305-78-8，含量98％，来自山东兴华化工科技有限公司；可膨胀石墨，密度1.6～2.2g/cm3，灰分60，固定碳99％，晶体粒径0.05～1.5mm，来自山东金钱润新材料有限公司；石蜡，型号zj-pcm-a-48h，熔点48℃，相变潜热240j/g,来自广州中佳新材料科技有限公司。
80.实验例
81.测试一、导热系数测试：按照国家标准gb/t 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定》，对实施例2-8和对比例1-3所制备的飞灰保温棉的导热系数进行测试。
82.测试二、抗压强度测试：按照国家标准gb/t 13480-1992《矿物棉制品压缩性能试验方法》，对实施例2-8和对比例1-3所制备的飞灰保温棉的抗压强度进行测试。
83.测试结果如表1所示：
84.表1
[0085][0086]
由表1的测试结果可知，本发明的实施例2-8制备的飞灰保温棉具备很好的保温性能，由对比例1-3可知，煤矸石和氧化锆纤维能够提升飞灰保温棉的抗压强度。
[0087]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。