一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺的制作方法

[0001]
本发明属于墙体材料技术领域，具体涉及一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺。


背景技术：

[0002]
随着生态环境的进一步恶化，能源危机已经成为世界性问题，正因为这样，建筑保温节能工作越来越引起业内人士的热切关注，科学技术的发展以及人们生活水平提高的同时，人们对环境保护的意识也逐渐增加，对建筑材料的内在质量、品质、功能的要求也越来越高，同时对“绿色建材”的祈盼也更加强烈。
[0003]
煤矸石是采煤和洗煤过程中产生的一种固体废弃物，据不完全统计，我国煤矸石的累计堆放量已达到50亿吨以上，并且每年还以1亿吨的排放量增加，我国规模较大的煤矸石山已有1600多座，占用土地超过1.5万km
2
，煤矸石的大量堆放对社会的发展和人民的生活带来诸多不利影响。城市污泥是在无水处理过程中产生的半固态的废弃物，由于其中含有大量难降解物质、有害重金属、病源微生物和寄生虫卵等，如果污泥没有得到规范化处理，很容易对土壤、水体和大气造成二次污染，严重威胁生态环境。对这些固体废弃物进行再加工利用，制得保温砖，不仅消耗各种固体废弃物，减少对环境的污染，而且制备出的墙体材料，顺应建材改革的发展趋势，符合国家节能减排、利废环保的政策，具有显著的环境、经济和社会效益。在实际生产中，以煤矸石为主要原料的保温砖已广泛应用于建材领域，但是这类保温砖在搬运过程中，相互之间的碰撞易造成砖体出现掉渣的现象，不仅造成砖体结构的破损，而且使得搬运现场灰尘较大。例如中国专利cn2018105367937公开了一种高抗压前度的保温砖制备方法，具体公开了在砖体中引入丙烯腈基碳纤维，提高保温砖的抗压强度，从而使得保温砖不易破碎，该工艺方法通过提高保温砖的抗压强度，使得保温砖在碰撞中不易破碎，从而可以使保温砖的结构完整性得到保持，但是添加的丙烯腈基碳纤维无法与原料之间形成牢固结合，从而不能使原料的固体颗粒之间相互连接形成整体，使得该工艺方法无法解决，保温砖在烧结过程中，尤其是保温砖的表层物料结构变得疏松，导致保温砖表层物料在碰撞中易脱落，从而造成保温砖出现掉渣的现象。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺。
[0005]
本发明是通过以下技术方案实现的：一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺，具体工艺方法如下：1）将碳纤维（日本东丽公司提供的聚丙烯腈碳纤维，型号t300b-3000-40b，直径7μm，长度300μm）置于加热炉中，在480-500℃下灼烧60-80min，然后浸入到丙酮中，浸泡60-70min，取出后用蒸馏水反复洗涤，烘干后置于浓度为8-10mol/l的浓硝酸中，加热至75-80℃，粗化处理40-50min，取出后用浓度为0.5-0.8mo/l的氢氧化钠溶液中和至中性，经反复水洗后烘
干，得到预处理碳纤维；本发明中，通过对碳纤维进行预处理，增加碳纤维表面粗糙度，增多极性基团，进而使其表面的活性得到增强，表面能提高，改善与金属基的亲和性，为碳纤维表面金属化做准备；2）将预处理碳纤维放入化学气相沉积装置中，以四羰基镍为前驱体，将四羰基镍采用水浴气化，水浴温度设置为25-28℃，氮气为载带和稀释气体，载带和稀释气体的流量为0.5-0.8l/min和10-13l/min，沉积温度为240-270℃，沉积时间55-65min，待沉积完毕后取出预处理碳纤维，吹扫除去纤维表面的粉尘，得到镀镍层厚度为0.1-0.3μm的镀镍碳纤维；本发明中，通过对碳纤维进行化学气相沉积处理，在碳纤维表面形成连续镍膜，细小的纳米镍颗粒可以填充到碳纤维表面的裂纹、孔洞等缺陷中，有效的延缓碳纤维的初始断裂，从而提高了碳纤维的断裂强度；s2碳纤维复合物的生成1）按照四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵与去离子水的用量比例为1mmol:2-2.5mmol:6-7mmol:5-6mmol:35-40ml，将称取的四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵，溶解于去离子水中，将配制好的溶液转移至具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，按照镀镍碳纤维与配制溶液的质量体积比为1:50-70g/ml，放入镀镍碳纤维，随后将反应釜置于烘箱中，在120-130℃下处理10-12h，待水热反应结束后，将产物移至马弗炉中，升温至400-430℃，焙烧2-3h，自然冷却至室温，备用；本发明中，利用镀镍碳纤维作为基体，通过水热煅烧法，在碳纤维基体上生长了均匀分布的钴基金属氧化物纳米线，纳米线的生成增大了碳纤维之间的接触面积，使得碳纤维更易于缠绕交连，并且纳米线生长在碳纤维表面，纳米线之间相互缠绕交连形成碳纤维之间的交连节点，利用纳米线之间的相互缠绕可以使碳纤维交连形成整体；2）按照摩尔比为1:1，称取氯化镍和钨酸钠溶解于蒸馏水中，搅拌均匀后得到氯化镍浓度为0.03-0.05mmol/ml的混合液，按照备用产物与混合液的质量体积比为1:40-50g/ml，将混合液与备用产物一起密封在反应釜中，随后将反应釜置于烘箱内，在130-140℃下反应8-12h，待温度降至室温后，将产物取出后用去离子水反复洗涤和干燥，然后在空气气氛下，以1-2℃/min的升温速率升温至350-370℃，煅烧2-3h，自然冷却至室温，得到碳纤维复合物；本发明中，通过水热法，在钴基金属氧化物纳米线的表面覆满钨酸镍颗粒，从而在碳纤维表面形成具有核-壳结构的纳米线，纳米线表面形成的由钨酸镍颗粒组成的包覆层可以提高纳米线的强度，同时，包覆层的形成增大了纳米线表面的粗糙度，从而有助于提高纳米线相互交联缠绕时接触界面的结合强度；s3保温砖的制作将煤矸石充分干燥后，于球磨机内球磨4-5h，磨成后的原料过200目筛，取筛下料，备用，将粉煤灰、膨润土、白云石、玻璃粉以及膨胀珍珠岩混合后放入球磨机中球磨1-2h，过200目筛，与备用的煤矸石混匀后加水混合，得到含水率为8-12%的湿料，将湿料静置5-6h，向湿料中加入适量的碳纤维复合物，搅拌均匀，挤出泥条，将泥条经成型机制成砖坯，压制成型的压力为13-15mpa，放入烘干室内，在350-450℃下烘干25-35h，再经850-950℃高温烧结15-20h，即可得到成品保温砖；本发明中，通过将制备的碳纤维复合物引入到常规的煤矸石保温砖中，碳纤维复合物表面生成的大量纳米线附着甚至包覆在原料组分的颗粒表面，并通过纳米线表面粗糙的包覆层，使得纳米线与原料颗粒之间形成牢固的粘合作用，从而
使得碳纤维复合物与原料颗粒连接在一起，形成了由碳纤维复合物作为连接链从而实现小范围原料颗粒之间的相互连接，再经碳纤维复合物之间的相互缠绕交连，连接链不断扩展，从而使得相互连接的原料颗粒范围不断扩大，最终使得保温砖基体中的原料颗粒通过碳纤维复合物之间的相互连接，从而形成牢固结合的整体，由碳纤维复合物作为连接链，在保温砖基体中构建形成纵横交错的连接结构，使得原料颗粒通过连接链实现相互之间的牢固结合，可以有效的减少保温砖表层物料的脱落，从而降低保温砖在搬运过程中因相互碰撞出现掉渣的现象，有助于提高保温砖结构的完整性。
[0006]
进一步，所述保温砖按重量分数计含有如下组分：煤矸石55-60份、粉煤灰8-10份、膨润土6-7份、白云石25-28份、玻璃粉5-7份、膨胀珍珠岩8-12份以及碳纤维复合物10-15份。
[0007]
本发明相比现有技术具有以下优点：针对保温砖在高温烧结过程中，高温环境造成保温砖表层的物料结构变得疏松，无法保持整体结构结合的紧密牢固性，造成保温砖在搬运过程中，相互间的碰撞导致保温砖出现易掉渣的现象，本发明在煤矸石保温砖中引入碳纤维复合物，通过对碳纤维进行加工处理，使得碳纤维表面生成大量纳米线，利用纳米线与原料颗粒之间形成牢固的粘合作用，使得碳纤维复合物与原料颗粒连接在一起，由碳纤维复合物作为连接链，碳纤维复合物之间的相互缠绕交连，最终在保温砖基体中构建形成纵横交错的连接结构，使得原料颗粒通过连接链实现相互之间的牢固结合，从而增强了保温砖整体结构结合的紧密牢固性，可以有效的减少保温砖表层物料的脱落，从而降低保温砖在搬运过程中因相互碰撞出现掉渣的现象，有助于提高保温砖结构的完整性，同时也减少了保温砖搬运场所的灰尘量，对改善环境质量也起到积极作用。
具体实施方式
[0008]
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明、实施例1一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺，具体工艺方法如下：1）将碳纤维置于加热炉中，在480℃下灼烧60min，然后浸入到丙酮中，浸泡60min，取出后用蒸馏水反复洗涤，烘干后置于浓度为8mol/l的浓硝酸中，加热至75℃，粗化处理40min，取出后用浓度为0.5mo/l的氢氧化钠溶液中和至中性，经反复水洗后烘干，得到预处理碳纤维；2）将预处理碳纤维放入化学气相沉积装置中，以四羰基镍为前驱体，将四羰基镍采用水浴气化，水浴温度设置为25℃，氮气为载带和稀释气体，载带和稀释气体的流量为0.5l/min和10l/min，沉积温度为240℃，沉积时间55min，待沉积完毕后取出预处理碳纤维，吹扫除去纤维表面的粉尘，得到镀镍层厚度为0.1μm的镀镍碳纤维；s2碳纤维复合物的生成1）按照四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵与去离子水的用量比例为1mmol:2mmol:6mmol:5mmol:35ml，将称取的四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵，溶解于去离子水中，将配制好的溶液转移至具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，按照镀镍碳纤维与配制溶液的质量体积比为1:50g/ml，放入镀镍碳纤维，随后将反应釜置于烘箱中，
在120℃下处理10h，待水热反应结束后，将产物移至马弗炉中，升温至400℃，焙烧2h，自然冷却至室温，备用；2）按照摩尔比为1:1，称取氯化镍和钨酸钠溶解于蒸馏水中，搅拌均匀后得到氯化镍浓度为0.03mmol/ml的混合液，按照备用产物与混合液的质量体积比为1:40g/ml，将混合液与备用产物一起密封在反应釜中，随后将反应釜置于烘箱内，在130℃下反应8h，待温度降至室温后，将产物取出后用去离子水反复洗涤和干燥，然后在空气气氛下，以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧2h，自然冷却至室温，得到碳纤维复合物；s3保温砖的制作将煤矸石充分干燥后，于球磨机内球磨4h，磨成后的原料过200目筛，取筛下料，备用，将粉煤灰、膨润土、白云石、玻璃粉以及膨胀珍珠岩混合后放入球磨机中球磨1h，过200目筛，与备用的煤矸石混匀后加水混合，得到含水率为8%的湿料，将湿料静置5h，向湿料中加入适量的碳纤维复合物，搅拌均匀，挤出泥条，将泥条经成型机制成砖坯，压制成型的压力为13mpa，放入烘干室内，在350℃下烘干25h，再经850℃高温烧结15h，即可得到成品保温砖。
[0009]
进一步，所述保温砖按重量分数计含有如下组分：煤矸石55份、粉煤灰8份、膨润土6份、白云石25份、玻璃粉5份、膨胀珍珠岩8份以及碳纤维复合物10份。
[0010]
实施例2一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺，具体工艺方法如下：1）将碳纤维置于加热炉中，在490℃下灼烧70min，然后浸入到丙酮中，浸泡65min，取出后用蒸馏水反复洗涤，烘干后置于浓度为9mol/l的浓硝酸中，加热至78℃，粗化处理45min，取出后用浓度为0.7mo/l的氢氧化钠溶液中和至中性，经反复水洗后烘干，得到预处理碳纤维；2）将预处理碳纤维放入化学气相沉积装置中，以四羰基镍为前驱体，将四羰基镍采用水浴气化，水浴温度设置为27℃，氮气为载带和稀释气体，载带和稀释气体的流量为0.7l/min和12l/min，沉积温度为250℃，沉积时间60min，待沉积完毕后取出预处理碳纤维，吹扫除去纤维表面的粉尘，得到镀镍层厚度为0.2μm的镀镍碳纤维；s2碳纤维复合物的生成1）按照四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵与去离子水的用量比例为1mmol:2.3mmol:6.5mmol:5.5mmol:37ml，将称取的四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵，溶解于去离子水中，将配制好的溶液转移至具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，按照镀镍碳纤维与配制溶液的质量体积比为1:60g/ml，放入镀镍碳纤维，随后将反应釜置于烘箱中，在125℃下处理11h，待水热反应结束后，将产物移至马弗炉中，升温至420℃，焙烧2.5h，自然冷却至室温，备用；2）按照摩尔比为1:1，称取氯化镍和钨酸钠溶解于蒸馏水中，搅拌均匀后得到氯化镍浓度为0.04mmol/ml的混合液，按照备用产物与混合液的质量体积比为1:45g/ml，将混合液与备用产物一起密封在反应釜中，随后将反应釜置于烘箱内，在135℃下反应10h，待温度降至室温后，将产物取出后用去离子水反复洗涤和干燥，然后在空气气氛下，以2℃/min的升温速率升温至360℃，煅烧2.5h，自然冷却至室温，得到碳纤维复合物；s3保温砖的制作
将煤矸石充分干燥后，于球磨机内球磨4.5，磨成后的原料过200目筛，取筛下料，备用，将粉煤灰、膨润土、白云石、玻璃粉以及膨胀珍珠岩混合后放入球磨机中球磨1.5h，过200目筛，与备用的煤矸石混匀后加水混合，得到含水率为10%的湿料，将湿料静置5.5h，向湿料中加入适量的碳纤维复合物，搅拌均匀，挤出泥条，将泥条经成型机制成砖坯，压制成型的压力为14mpa，放入烘干室内，在400℃下烘干30h，再经900℃高温烧结18h，即可得到成品保温砖。
[0011]
进一步，所述保温砖按重量分数计含有如下组分：煤矸石58份、粉煤灰9份、膨润土7份、白云石26份、玻璃粉6份、膨胀珍珠岩10份以及碳纤维复合物13份。
[0012]
实施例3一种降低保温砖在搬运过程中碰撞易掉渣的加工工艺，具体工艺方法如下：1）将碳纤维置于加热炉中，在500℃下灼烧80min，然后浸入到丙酮中，浸泡70min，取出后用蒸馏水反复洗涤，烘干后置于浓度为10mol/l的浓硝酸中，加热至80℃，粗化处理50min，取出后用浓度为0.8mo/l的氢氧化钠溶液中和至中性，经反复水洗后烘干，得到预处理碳纤维；2）将预处理碳纤维放入化学气相沉积装置中，以四羰基镍为前驱体，将四羰基镍采用水浴气化，水浴温度设置为28℃，氮气为载带和稀释气体，载带和稀释气体的流量为0.8l/min和13l/min，沉积温度为270℃，沉积时间65min，待沉积完毕后取出预处理碳纤维，吹扫除去纤维表面的粉尘，得到镀镍层厚度为0.3μm的镀镍碳纤维；s2碳纤维复合物的生成1）按照四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵与去离子水的用量比例为1mmol:2.5mmol:7mmol:6mmol:40ml，将称取的四水合硝酸锰、六水合硝酸钴、尿素以及氟化铵，溶解于去离子水中，将配制好的溶液转移至具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，按照镀镍碳纤维与配制溶液的质量体积比为1:70g/ml，放入镀镍碳纤维，随后将反应釜置于烘箱中，在130℃下处理12h，待水热反应结束后，将产物移至马弗炉中，升温至430℃，焙烧3h，自然冷却至室温，备用；2）按照摩尔比为1:1，称取氯化镍和钨酸钠溶解于蒸馏水中，搅拌均匀后得到氯化镍浓度为0.05mmol/ml的混合液，按照备用产物与混合液的质量体积比为1:50g/ml，将混合液与备用产物一起密封在反应釜中，随后将反应釜置于烘箱内，在140℃下反应12h，待温度降至室温后，将产物取出后用去离子水反复洗涤和干燥，然后在空气气氛下，以2℃/min的升温速率升温至370℃，煅烧3h，自然冷却至室温，得到碳纤维复合物；s3保温砖的制作将煤矸石充分干燥后，于球磨机内球磨5h，磨成后的原料过200目筛，取筛下料，备用，将粉煤灰、膨润土、白云石、玻璃粉以及膨胀珍珠岩混合后放入球磨机中球磨2h，过200目筛，与备用的煤矸石混匀后加水混合，得到含水率为12%的湿料，将湿料静置6h，向湿料中加入适量的碳纤维复合物，搅拌均匀，挤出泥条，将泥条经成型机制成砖坯，压制成型的压力为15mpa，放入烘干室内，在450℃下烘干35h，再经950℃高温烧结20h，即可得到成品保温砖。
[0013]
进一步，所述保温砖按重量分数计含有如下组分：煤矸石60份、粉煤灰10份、膨润土7份、白云石28份、玻璃粉7份、膨胀珍珠岩12份以及碳纤维复合物15份。
[0014]
对比例1：去除工艺步骤s1.1），并且工艺步骤s3中各原料研磨后过40目筛，其余与实施例1相同。
[0015]
对比例2：去除工艺步骤s1.2），并且工艺步骤s3中各原料研磨后过40目筛，其余与实施例1相同。
[0016]
对比例3：去除工艺步骤s2.1）以及s2.2），并且工艺步骤s3中各原料研磨后过40目筛，其余与实施例1相同。
[0017]
对比例4：去除工艺步骤s2.2），并且工艺步骤s3中各原料研磨后过40目筛，其余与实施例1相同。
[0018]
对照组：将煤矸石充分干燥后，于球磨机内球磨4h，磨成后的原料过40目筛，取筛下料，备用，将粉煤灰、膨润土、白云石、玻璃粉以及膨胀珍珠岩混合后放入球磨机中球磨1h，过40目筛，与备用的煤矸石混匀后加水混合，得到含水率为8%的湿料，将湿料静置5h，挤出泥条，将泥条经成型机制成砖坯，压制成型的压力为13mpa，放入烘干室内，在350℃下烘干25h，再经850℃高温烧结15h，即可得到成品保温，其中，保温砖按重量分数计含有如下组分：煤矸石55份、粉煤灰8份、膨润土6份、白云石25份、玻璃粉5份、膨胀珍珠岩8份以及碳纤维复合物10份。
[0019]
测试实验采用实施例1-3提供的工艺方法，选用40目的煤矸石以及粉煤灰、膨润土、白云石、玻璃粉以及膨胀珍珠岩作为原料，制得成品保温砖，设置为a、b、c组，选用对比例1-4以及对照组制备的成品保温砖，分别设置为d、e、f、g、h组，先将a组的保温砖吹扫除去表面的粉渣，然后码放在模拟三级公路颠簸试验台上（型号bf-st-200，购自广东贝尔试验设备有限公司），码放的保温砖总重量为150kg，并用模拟路面为三级公路，模拟车速为60km/h，单次连续试验时间8h，待试验结束后，收集试验台周围散落的粉渣，并收集保温砖吹扫时掉落的粉渣，将收集的粉渣汇总后称重，然后计算试验前后保温砖的重量的减少率，即为保温砖的掉渣率，a组共进行10组试验，计算均值即为该组保温砖的掉渣率；采用同样的试验方法分别对b、c、d、e、f、g、h组的保温砖进行试验，计算得出b、c、d、e、f、g、h组保温砖的掉渣率，得出的结果如下：a组保温砖掉渣率为0.7%；b组保温砖掉渣率为0.5%；c组保温砖掉渣率为0.6%；d组保温砖掉渣率为1.1%；e组保温砖掉渣率为1.4%；f组保温砖掉渣率为2.1%；g组保温砖掉渣率为1.8%；h组保温砖掉渣率为2.6%。
[0020]
注：在对比试验中，刻意选用大粒径原料制得的保温砖进行试验，使得保温砖更易于掉渣，并且掉落的粉渣颗粒较大，易于收集，有利于保温砖掉渣率的精准计算。
[0021]
通过上述试验结果可知，本发明提供的工艺方法，可以有效的降低保温砖在搬运过程中因相互碰撞出现掉渣的现象，有助于提高保温砖结构的完整性。
[0022]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

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