一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板

摘要

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用磷尾矿和磷渣制备的轻质硅酸钙板。一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，其特征在于由包含水泥、磷渣、钙质原料、磷尾矿、硅藻土、活化剂和纤维制备而成，各原料所占质量百分比为：水泥10%~30%、磷渣20%~40%、钙质原料4.7%~15%、磷尾矿10%~30%、硅藻土20%~40%、活化剂0%~5%和纤维1%~5%。本发明所述轻质硅酸钙板密度低、抗折强度高、耐久性好，尺寸标准，外形完整，能满足现行国家标准JC/T564.1‑2008《纤维增强硅酸钙板》的要求；且制备方法工艺简单、条件温和、易于实现。

权利要求

1.一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，其特征在于由水泥、磷渣、钙质原料、磷尾矿、硅藻土、活化剂、纤维和水制备而成，各原料所占质量百分比为：水泥

10％～30％、磷渣20％～40％、钙质原料4.7％～15％、磷尾矿10％～30％、硅藻土20％～

40％、活化剂0％～5％和纤维1％～5％；

所述纤维需加水打成浆料后使用，水的加入量为纤维质量的100％-150％；

所述钙质原料需加水打湿混后使用，水的加入量为钙质原料质量的30％-50％。

2.根据权利要求1所述的一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，其特征在于，所述活化剂为硫酸钠、水玻璃中的一种或二种按任意配比的组合。

3.根据权利要求1所述的一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，其特征在于，所述纤维为木纤维、报纸纤维、耐碱玻璃纤维中的一种或多种按任意配比的组合。

4.根据权利要求1所述的一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，其特征在于，所述钙质原料为石灰、电石渣中的一种或二种按任意配比的组合。

5.如权利要求1所述的轻质硅酸钙板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)原料选取：各原料所占质量百分比为：水泥10％～30％、磷渣20％～40％、钙质原料

4.7％～15％、磷尾矿10％～30％、硅藻土20％～40％、活化剂0％～5％和纤维1％～5％，选取水泥、磷渣、钙质原料、磷尾矿、硅藻土、活化剂和纤维；

2)陈化，将上述钙质原料加水湿混搅拌均匀，然后将搅拌料陈化，得到搅拌料；

3)先将上述磷渣、水泥、磷尾矿、硅藻土和活化剂与步骤2)陈化后的搅拌料混合搅拌均匀，然后将纤维加水打成浆料，最后混合搅拌均匀制成混合料；

4)成型及养护，先将步骤3)获得的混合料成型成板材，然后经常温养护和蒸压养护后获得轻质硅酸钙板。

6.根据权利要求5所述的轻质硅酸钙板的制备方法，其特征在于常温养护的时间不低于12小时。

7.根据权利要求5所述的轻质硅酸钙板的制备方法，其特征在于蒸压养护为在150-190摄氏度下至少养护6小时。

8.根据权利要求5所述的轻质硅酸钙板的制备方法，其特征在于，轻质硅酸钙板，导热系数小于等于0.2W/(m*K)，容重小于等于0.95g/cm3。

说明书

一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用磷尾矿和磷渣制备的轻质硅酸钙板。

背景技术

[0002] 磷矿石浮选产生了大量的尾矿，需要挤占大量的土地，这些尾矿由于数量大，含有暂时不能处理的有用或有害成分，同时污染环境，尾矿在受到腐蚀时，或者尾矿中的可迁移元素发生化学迁移时，将会对大气和水土造成严重污染，并导致土壤退化，植被破坏甚至直接威胁到人畜的生命安全。还有尾矿库建设投资大、维护和运营费用高。尾矿库包括尾矿坝、库区等，是尾矿设施的主要部分。矿山生产设施建设中，尾矿设施投资较大，一般约占矿山建设总投资的5％～10％。因此将磷矿尾矿资源化利用迫切并重要。

[0003] 磷尾矿是主要来自于选矿提取精矿以后剩下的尾渣，由于浮选工艺的不同，其产生的磷尾矿分为正浮选尾矿和反浮选尾矿，正浮选尾矿中硅质矿物含量较高，反浮选尾矿中白云石矿物含量较高。

[0004] 磷渣是电炉法制取黄磷过程中产生的工业废渣，其中含有P2O5，F等有害化学成份，目前采用的露天堆放，不仅占用土地，而且对环境有潜在危害。但其主要化学成份为CaO，SiO2，且磷渣为玻璃态，具有较高火山灰活性。现主要被用于制备水泥。

[0005] 建筑的节能越来越受到人们的关注，轻质板材以其优良的隔热性能和容重轻等优点受到人们的青睐。目前，轻质板材主要分为有机板材和无机板材。关于它们的研究文献很多，也有许多公开专利，比如:CN201210148223.3(无机水泥发泡保温板及其制备方法)，采用水泥为主要材料来制备轻质保温板；CN201110027871.9(采用二氧化碳发泡剂生产聚苯乙烯挤塑板的方法)、CN201020536198.2(一种新式膨胀聚苯板)，主要原料均为有机物。

[0006] 本发明采用主要原料为磷渣、磷尾矿制备轻质硅酸钙板，磷尾矿与磷渣同属于磷矿资源利用后产生的废渣，很多磷化工企业同时具有这两种工业废 渣，但目前公开的技术方案中，较少将两者一起综合利用制备硅酸钙板的报道。因为两者都属于脊性原料，都仅能作为填料使用，在用量上也较为有限，而且这类材料耐水性较差，无法用于潮湿环境，以此使用范围受到限制。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，可以大量用工业废渣具有较大的经济效益且能够解决磷渣、磷尾矿长期对环境产生的危害，而且所制备的硅酸钙板产品具有较低的容重和导热系数。

[0008] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板，其特征在于由包含水泥、磷渣、钙质原料、磷尾矿、硅藻土、活化剂和纤维制备而成，各原料所占质量百分比为：水泥10％～30％、磷渣20％～40％、钙质原料4.7％～15％、磷尾矿10％～30％、硅藻土20％～40％、活化剂0％～5％和纤维1％～5％。

[0009] 优选地，在上述轻质硅酸钙板中，所述活化剂为硫酸钠、水玻璃中的一种或二种按任意配比的组合。

[0010] 优选地，在上述轻质硅酸钙板中，所述纤维为木纤维、报纸纤维、耐碱玻璃纤维中的一种或多种按任意配比的组合。

[0011] 优选地，在上述轻质硅酸钙板中，所述钙质原料为石灰、电石渣中的一种或二种按任意配比的组合。进一步优选，上述石灰为生石灰。

[0012] 优选地，上述纤维需加水打成浆料后使用，水的加入量以将纤维充分分散为宜，为纤维质量的100％-150％。

[0013] 优选地，上述钙质原料需加水打湿混后使用，水的加入量以能够充分使钙质原料中氧化钙消化即可，为钙质原料质量的30％-50％。

[0014] 优选地，活化剂所占质量百分比为1％～5％。

[0015] 本发明还提供制备上述轻质硅酸钙板的制备方法，其包括如下步骤：

[0016] 1)原料选取：各原料所占质量百分比为：水泥10％～30％、磷渣20％～40％、钙质原料4.7％～15％、磷尾矿10％～30％、硅藻土20％～40％、活化剂0％～5％和纤维1％～5％，选取水泥、磷渣、钙质原料、磷尾矿、硅藻土、活化剂和纤维；

[0017] 2)陈化，将上述钙质原料加水湿混搅拌均匀，然后将搅拌料陈化，得到搅拌料；

[0018] 3)先将上述磷渣、水泥、磷尾矿、硅藻土和活化剂与步骤2)陈化后的搅 拌料混合搅拌均匀，然后将纤维加水打成浆料，最后混合搅拌均匀制成混合料；

[0019] 4)成型及养护，先将步骤3)获得的混合料成型成板材，然后经常温养护和蒸压养护后获得轻质硅酸钙板。

[0020] 优选地，在上述制备方法中，常温养护的时间不低于12小时。

[0021] 优选地，在上述制备方法中，蒸压养护为在150-190摄氏度下至少养护6小时。

[0022] 本发明提供的轻质硅酸钙板，导热系数小于等于0.2W/(m*K)，容重小于等于0.95g/cm3。且制品强度高，耐水性好，而且产品具有很好的湿度调节功能，特别适合作为室内墙面和吊顶材料。

[0023] 本发明所提供的技术方案较现有技术至少具有如下优点：

[0024] 1、轻质硅酸钙板不含任何有毒或放射性物质，较小的容重、粘结强度高，特别适合用于现代化的高层建筑；较低的导热系数用于建筑隔热保温，既节能、环保又安全、适用；

[0025] 2、所用原料绝大多数都是工业废渣，从而能够降低产品制备的成本，具有可观的经济效益；

[0026] 3、磷渣、磷尾矿被利用可以取消尾矿坝的建设和维护，从而可以减少矿山建设的投资；

[0027] 4、磷渣、磷尾矿被利用可以减少其堆积占用土地、污染水源、地质灾害等一系列环境问题；

[0028] 5、所制备产品具有较好的不燃性(所用主要原料绝大多数为无机材料)，能够完全避免火灾对人产生的不必要的危害，由于有机材料易燃烧而且燃烧时产生有毒气体、木质材料燃烧时放出大量的烟雾；

[0029] 6、所制备产品具有较好的装饰效果(贴纸、刷油漆、涂料等)；

[0030] 7、本发明所制造的以磷渣和磷尾矿为主要原料的轻质硅酸钙板后期强度会随时间略有增加；

[0031] 8、主要原料可在磷矿附近得到，特别对于同时产生以上两种废料的磷化工企业更具优势，可以节约大量运输成本；

[0032] 9、本发明所述制造方法的工艺简单、条件温和、易于实现；

[0033] 10、本发明制备的轻质硅酸钙板，可以调节空间湿度，特别适合我国南方春 季有回南天气的地区使用，其内的填料硅藻土不仅可以使材料具有轻质的特点，还能调节湿度，吸收空气中的甲醛等有害物质；并且本发明提供的轻质硅酸钙板耐水性好，及时在潮湿环境中也不会出现水解降低强度。

附图说明

[0034] 图1为本发明所述利用磷尾矿和磷渣生产的轻质硅酸钙板的制备工艺流程图。

具体实施方式

[0035] 为了更好地理解本发明，下面结合附图1及适当数目实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0036] 下列实施例中所用磷尾矿为云南磷化集团晋宁磷矿小麦地尾矿坝，磷渣为云南磷化集团晋宁黄磷厂生产黄磷所产生的磷渣，但仅为对磷尾矿和磷渣来源进行说明，不构成对本发明限制，其它地区的此类磷矿废料也可以实现本发明。石灰为普通建筑材料，为符合国家标准的建筑用石灰粉。

[0037] 实施例1～8

[0038] 实施例1～8各组分配比如表1所示：

[0039] 表1(wt.％)

[0040]No. 磷渣 水泥 磷尾矿 硅藻土 石灰 活化剂 纤维
N1 26.4 13.2 18.9 32.1 4.7 0.0 4.7
N2 35.0 19.4 11.7 20.4 11.7 0.0 1.8
N3 19.2 10.6 23.1 31.7 11.5 2.9 1.0
N4 17.9 17.0 9.4 35.8 13.2 2.8 3.9
N5 29.4 17.6 13.7 29.4 5.9 2.9 1.1
N6 21.5 26.2 15.0 22.4 6.5 4.7 3.7
N7 21.0 22.9 21.9 21.0 9.5 1.0 2.7
N8 31.7 10.6 18.3 21.2 10.6 3.8 3.8

[0041] 所述活化剂为硫酸钠，所述纤维为木纤维，所述钙质原料为石灰。

[0042] 按照如下步骤制备实施例1～8：

[0043] 步骤1)：按照表1中称取原料；

[0044] 步骤2)：将步骤1)所称的石灰和称量好的水湿混均匀(3～5min),将混合好的物料陈化24h；水的加入量为钙质原料(石灰)质量的30％-50％。

[0045] 步骤3)：将步骤1)称取好的磷渣、水泥、磷尾矿、硅藻土，活化剂和陈化好的石灰进行混合搅拌(3～5min)；

[0046] 步骤4)：将步骤1)所称的纤维加水打浆(3～5min)，打浆的目的是为了使 得纤维在水中充分分散开，制品内部纤维分散越均匀其吸收室内空气中的水、甲醛等方面的能力越强；水的加入量为纤维质量的100％-150％。

[0047] 步骤5)：将步骤3)中搅拌好的物料步骤4)打浆液中，混合搅拌(3～5min)；

[0048] 步骤6)：将步骤5)混合物料进行流浆成型，将成型好的试件进行常温养护12～36h；

[0049] 步骤7)：将步骤6)常温养护后样件放入蒸压釜中于190℃℃下保温6h，冷却至室温后取出样件于100～110℃下烘干12～24h。

[0050] 测试结果显示上述实施例1～8轻质硅酸钙板的密度<0.95g/cm3，导热系数达到＜0.20W/m·K，抗折强度可以达到5MPa以上。具体性能测试结果如表2所示：

[0051] 表2

[0052]

[0053] 测试以上实施例的耐水性，和对甲醛的吸附能力。以上实施例制备的板材，经水浸泡24小时后，强度保持在90％以上，具有非常好的耐水性。

[0054] 为进行甲醛吸附能力测试，我们准备的相应对比实施例。

[0055] 对比实施例1：其制备方法如实施例7，所不同之处在于组分中不含有纤维；

[0056] 对比实施例2：其制备方法如实施例7，所不同之处在于纤维并未打浆使用，只是将在混合搅拌时与磷渣、磷尾矿等材料一同加入。

[0057] 使用对比实施例1、对比实施例2和本发明的实施例7进行比较。6小时甲醛浓度降低百分比为：

[0058] 对比实施例1为，0.7％；

[0059] 对比实施例2为，21.3％；

[0060] 实施例7为，35.4％。

[0061] 通过以上比较可以得出，将纤维打浆后使用可以大大促进甲醛吸收，若能配合光触媒等能对甲醛等有害物质进行分解的材料则更优。

[0062] 硅藻土具有轻质多孔的特性，可作为市内墙体装饰材料。但在本发明配方体系中，若无纤维材料其吸附功能很难发挥，这是因为其气孔多被堵塞，使其吸附功能降低，因此对比实施例1的测试结果可以看出其因为气孔通道被堵塞，对甲醛等有害气体的吸附能力大大降低。而添加纤维则可以减少气孔被堵塞的情况，特别是将纤维加水打成浆料后更有效，打成浆料后，纤维材料的分散性更好，其作为支撑可以提供硅藻土中气孔与外界导通的通道，进而使其保持一定原有的吸附功能。

[0063] 实施例9～18

[0064] 实施例9～18各组分配比如表3所示：

[0065] 表3(wt.％)

[0066]

[0067] 按照如下步骤制备实施例9～18：

[0068] 步骤1)：按照表3中称取原料；

[0069] 步骤2)：将步骤1)所称的钙质原料和称量好的水湿混均匀(3～5min),将混合好的物料陈化24h；水的加入量为钙质原料质量的30％-50％。

[0070] 步骤3)：将步骤1)称取好的磷渣、水泥、磷尾矿、硅藻土，活化剂和陈化好的石灰进行混合搅拌(3～5min)；

[0071] 步骤4)：将步骤1)所称的纤维加水打浆(3～5min)；水的加入量为纤维质量的100％-150％。

[0072] 步骤5)：将步骤3)中搅拌好的物料步骤4)打浆液中，混合搅拌(3～5min)；

[0073] 步骤6)：将步骤5)混合物料进行流浆成型，将成型好的试件进行常温养护12～36h；

[0074] 步骤7)：将步骤6)常温养护后样件放入蒸压釜中于190℃℃下保温6h，冷却至室温后取出样件于100～110℃下烘干12～24h。

[0075] 测试结果显示上述实施例9～18轻质硅酸钙板的密度<0.95g/cm3，导热系数达到＜0.20W/m·K，抗折强度可以达到5MPa以上。具体性能测试结果如表4所示：

[0076] 表4

[0077]

[0078] 实施例19～20

[0079] 实施例19、20采用实施例18的配方，实施例19用150℃蒸压养护16h，实施例20用170℃蒸压养护10h。制得制品抗折强度均大于5Mpa，其他各项性能均优于JC/T 564的标准要求。

[0080] 实施例21～22

[0081] 实施例21采用实施例18的配方，实施例22选取一种市售干密度为0.95g/cm3的硅酸钙板板，测试其随着时间的延长对抗压强度的影响。实施例21、22抗折强度测试数据如表5所示：

[0082] 表5

[0083]No. 30d 90d 180d 360d
N21 7.83 7.85 7.87 7.88

[0084]N22 6.22 6.23 6.23 6.24

[0085] 从表5数据可以看出添加磷渣、磷尾矿制备的轻质保温板随着时间的延长抗压强度略有增加。主要是由于磷渣与钙质原料的水化速度较水泥缓慢很多，随着时间的延长未反应完全的物质继续水化，使得板材内部结构更加趋于紧密且后期强度逐步提高。

[0086] 实施例23～26

[0087] 实施例23～26各组分配比如表6所示：

[0088] 表6(wt.％)

[0089]No. 磷渣 水泥 磷尾矿 硅藻土 石灰 活化剂 纤维
N23 40 10 20 20 5 0 5
N24 20 30 20 20 5 3 2
N25 20 10 30 20 15 4 1
N26 20 10 10 40 15 4 1

[0090] 所述活化剂为硫酸钠，所述纤维为木纤维，所述钙质原料为石灰。

[0091] 制备方法同实施例1～8。

[0092] 测试结果显示上述实施例1～8轻质硅酸钙板的密度<0.95g/cm3，导热系数达到＜0.20W/m·K，抗折强度可以达到5MPa以上。

[0093] 通过以上数据可以看出所制备的轻质硅酸钙板密度≤0.95g/cm3,抗折强度≥5MPa,导热系数≤0.20W/m·K，吸水率＜10％，这说明本方法制备的轻质、高强且具有较低的导热系数，可以应用于吊顶。通过以上介绍，本领域技术人员可以在上述配方区间和工艺参数中选取合适的实施范围。

[0094] 板材中添加硅藻土的作用：硅藻土显微结构为伞状和柱状两种细小颗粒组成，表面和内部具有均匀分布的微孔使得硅藻土的堆积密度较低，因此其作为轻质填料。硅藻土具有多孔结构易吸收空气中的水，制备出的板材能够调节室内的湿度，在干燥环境中吸收的水汽会挥发增加室内湿度，潮湿环境中能够吸收过多的水汽；由于甲醛易溶于水，当室内甲醛含量超标时，甲醛将会溶于硅藻土微孔中的水汽中，能够起到降低室内甲醛含量的作用。

[0095] 板材中添加纤维的作用：纤维独具大量不规则的空隙，这些天然空隙具有超强的亲水性能，能够容纳更大量的水分，当室内甲醛含量超标时可以吸收空气中的甲醛起到净化室内空气的作用，再者能够迅速将板材表面的水吸进纤维内部，有效的与霉菌争夺水分，又因其超强的透气性能将水分快速蒸发，使板材表面干燥，导致霉菌在板材表面得不到生存和繁殖所需的水分，也就失去了生存和繁殖 的条件，起到防霉的作用。

[0096] 应当理解为，实施例只为对本方案的说明，但不构成限制，而且为了节省篇幅和本领域普通技术人员阅读本方案后的启发，具体实施例中的优选方法或可以替换的组分对于其它实施例也同样适用。其它不脱离本发明精神的转化方案也应纳入本发明内容，这里就不再做额外赘述。专利的保护范围应以权利要求书为准。