由粉煤灰制备的建筑模板及其制备工艺 技术领域 本发明涉及粉煤灰的循环利用, 更具体地讲, 本发明涉及一种利用粉煤灰制备的 建筑模板及其制备工艺。
背景技术 家具制造业与建筑装潢业需要大量的木材, 造成了世界森林的急剧减少与土地荒 漠化, 世界各国出台各种政策, 限制森林的砍伐, 使得建材原料紧张。 另一方面, 粉煤灰与竹 屑是当今工业与竹材加工生产中的两大废弃物。 粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之 一, 现阶段我国年排渣量已达 3000 万吨。随着电力工业的发展, 燃煤电厂的粉煤灰排放量 逐年增加。竹制日用品的生产中竹材的重量利用率低于 40%, 有 60%以上的竹材在加工过 程中变成加工剩余物。
中国专利 200610113578.3 公开了一种竹屑与粉煤灰的复合防水板材以及制备方 法, 该复合防水板材由 20 ~ 70 重量份的竹屑、 10 ~ 60 重量份的粉煤灰、 5 ~ 40 重量份的 粘合剂和引发剂通过共混模压聚合制成。 该发明提供的竹屑与粉煤灰的复合防水板材的组 份还可包括 1 ~ 12 重量份的新、 旧塑料。该专利中所公开的方案具有比较明显的缺点 : 首 先, 其所使用的粉煤灰未进行过脱碳处理, 炭含量高, 而过高的炭含量使其所制备的板材强 度低, 实际使用严重受限, 而且吸水性大、 易腐化 ; 其次, 该专利的配方中粘合剂体系复杂, 而且粘合剂的含量过高, 导致成本高, 而且也违背了环保绿色之初衷。
中国专利 200710068971.X 公开了一种轻质发泡板, 用于非承重墙体施工使用, 其 采用短切竹纤维、 粉煤灰、 铝粉、 水泥、 脱水石膏、 石灰粉、 膨胀珍珠岩, 添加水分再进行搅拌 振动, 放置模板内进行发泡处理, 然后进行风化干燥 72 小时。石灰粉受热后, 会促进铝粉与 水泥反应, 产生氢气而发泡, 同时脱水石膏在吸收水分后迅速初凝, 石灰、 水泥、 粉煤灰会形 成三合结层, 在竹纤维的骨料下固化成板。 该专利的技术方案中虽然不使用粘合剂, 利用脱 水石膏吸收水分后凝化, 但其强度过低, 不适于制作建筑模板, 仅能用作室内隔板。
中国专利申请 200810024733.3 公开了一种建筑装饰材料, 其由废旧塑料、 粉煤 灰、 石料粉、 聚氯乙烯树脂、 竹纤维、 阻燃剂组成。按重量计, 各组分的百分比为 : 废旧塑料 25-40 %、 粉煤灰 30-45 %、 石料粉 15-25 %、 聚氯乙烯树脂 5-15 %、 竹纤维 2-8 %、 阻燃剂 0.4-0.8%。 该专利申请还同时公开了一种建筑装饰材料的生产方法 : 将废旧塑料通过塑料 再生机制成小塑料颗粒 ; 将石料粉碎成 250-300 目 ; 将竹纤维制成不高于 1 毫米的短纤维。 将废旧塑料、 粉煤灰、 石料粉、 聚氯乙烯树脂、 竹纤维、 阻燃剂按上述重量百分比搅拌均匀 ; 将混合料加热至 260-300 摄氏温度, 再置于 4-6 个大气压的挤压机里挤压成型。在常温下 时效 4-6 天。该专利申请的技术方案不使用粘合剂, 而使塑料在高温下熔化对各组分进行 同时, 其粉煤灰也未进行脱碳处理, 同样影响其强度。 粘合, 因而制得的板材强度低 ;
中国专利申请 201010580140.2 公开了一种利用再生资源、 实现以塑代木、 以塑代 钢的复合建筑模板, 其采用外表层和芯层复合结构, 其中外表层为高密度聚乙烯, 芯层为热 固性塑料和胶黏剂、 填料组成的合成材料, 其中填料为粉煤灰、 碳酸钙粉、 木粉、 滑石粉、 矿
物质或玻璃纤维中的一种或几种材料的混合, 胶黏剂为环氧树脂或酚醛树脂。该专利申请 中外表层和芯层易发生剥离现象。
中国专利申请 200810051279.0 也公开了一种建筑模板及制备方法, 其利用多种 固体废弃物 : 木质和秸秆纤维及废塑料、 粉煤灰、 废矿渣, 在 170-185℃下共混塑化造粒, 在 温度 185-200℃下经模压或压延成新型建筑模板。制得模板拉伸强度 18.0MPA, 弯曲强度 22.0MPA, 冲击强度 7.0KJ/M2, 使用温度 -15-55℃, 该模板可反复使用 8-12 次, 并可 100% 回收作为原料再循环使用, 可用于楼宇建筑、 电站、 铁路涵洞、 地下库房、 桥梁等设施的建筑 中。 该专利申请的制备方法相对复杂, 而且其利用塑料在高温下熔化对各组分进行粘合, 因 而制得的板材强度低。
因此, 有必要提供一种高强度的建筑模板及其制备工艺。 发明内容 针对现有技术的缺点, 本发明的目的是提供一种利用粉煤灰制备的、 高强度的建 筑模板及其制备工艺。
为了实现上述目的, 本发明提供了一种由粉煤灰和竹屑制备的建筑模板, 按重 量计 ( 常温常压下干燥后的重量 ), 其包括 35 % -60 %的粉煤灰、 35 % -60 %的竹屑和 5% -20%的粘合剂 ; 其中, 所使用的粉煤灰是经过脱碳处理的粉煤灰, 该粉煤灰的炭含量 不高于 5%。 将制得的建筑模板在常温常压下干燥后, 其含水量一般在 4% -10%之间, 随地 区和季节而有所变化。
在本发明的技术方案中, 由于对来自电厂的粉煤灰进行了脱碳处理, 使得粉煤灰 中的炭含量不高于 5%, 这样, 所制得的建筑模板的强度得以大幅度提高, 也提供了其使用 寿命, 这是因为粉煤灰中的碳颗粒相对较小, 其不具备像竹屑那样的纤维结构, 当其含量达 到一定程度时, 会显著影响最终产品建筑模板的机械强度。 发明人的试验发现, 与采用电厂 的粉煤灰原灰相比, 采用脱碳处理的粉煤灰与竹屑制备的建筑模板, 无论是静曲强度, 还是 弹性模量, 都显著提高, 一般情况下可达到一倍以上。未脱碳的粉煤灰原灰的炭含量较高, 通常在 10%以上, 若利用未脱碳的粉煤灰制造建筑模板, 其炭含量高、 强度低、 易吸水、 易风 化。
当然, 对粉煤灰进行脱碳处理, 一定程度上增加了工艺复杂性, 提高了成本, 但是 从粉煤灰中得到的炭粉可以用于制备活性炭等用途, 所以综合经济效益反倒上升。 优选地, 在上述本发明的技术方案中, 所使用的粉煤灰的炭含量在 1% -5%之间, 更优选在 2% -5% 之间, 因为将粉煤灰的炭含量控制在 1%以下, 会较大地提高脱碳成本, 而对所制得的建筑 模板的强度等反倒不利, 因为粉煤灰中一定碳颗粒的存在, 有利于粘合剂的渗透, 从而更好 地将粉煤灰中的无机成分粘结在一起。
优选地, 在本发明所制备的建筑模板中, 粉煤灰的含量为 35% -55%, 竹屑的含量 为 40% -55%, 粘合剂的含量为 7% -17% ; 更优选地, 在本发明所制备的建筑模板中, 粉煤 灰的含量为 36% -50%, 竹屑的含量为 42% -55%, 粘合剂的含量为 8% -15%; 或者在本发 明所制备的建筑模板中, 粉煤灰的含量为 36% -46%, 竹屑的含量为 45% -55%, 粘合剂的 含量为 8% -12%。
根据本发明制备的建筑模板, 由于粉煤灰经过了脱碳处理, 其炭含量低, 因而所制
得的建筑模板吸水性小, 强度高, 不易腐烂和风化。未脱碳的粉煤灰炭含量较高, 通常在 10%以上, 若利用未脱碳的粉煤灰制造建筑模板, 其炭含量高、 强度低、 易吸水、 易风化。
根据本发明制备的建筑模板, 由于采用竹屑中的竹纤维形成建筑模板中的骨架, 其吸水性差, 遇水不容易膨胀, 不易腐烂, 且容易与粘合剂结合, 使制得的建筑模板具有较 好的力学性能。
根据本发明的一实施方式, 粉煤灰可为煤粉炉的粉煤灰或循环流化床锅炉的粉煤 灰。其中, 煤粉炉的粉煤灰为玻璃球状 ; 循环流化床锅炉的粉煤灰为海绵絮状, 且为多孔结 构, 孔隙率一般在 60% -78%, 比表面积较大, 具有较强的吸附能力, 其对粘合剂具有较强 的吸附作用, 从而使各原料颗粒之间能更好地结合, 使制得的建筑模板具有更高的强度。 因 而循环流化床锅炉的粉煤灰更适于用作制造建筑模板的原料, 本发明优选为循环流化床锅 炉的粉煤灰。
另外, 竹屑和粘合剂的比例要适中。粘合剂含量过高, 会增加成本, 而且不利于绿 色环保, 应尽量降低其使用量 ; 当然, 粘合剂含量过低会使制得的建筑模板强度不够。竹屑 中的竹纤维形成板中的骨架, 其含量过低会使制得的建筑模板缺乏支撑, 容易散架 ; 其含量 过高, 粉煤灰含量相应降低, 会影响板的密实度。 总体而言, 竹屑的含量低, 则应提高粘合剂 的含量 ; 竹屑的含量高, 则可降低粘合剂的含量。
根据本发明的另一实施方式, 按重量计, 除所含的碳之外, 作为原料的粉煤灰还包 括: 48% -52%的二氧化硅、 6% -7%的氧化钙、 20% -28%的三氧化二铝、 5% -7.2%的三氧 化二铁、 1.8% -2.1%的氧化镁、 1% -1.25%的三氧化硫。
根据本发明的另一实施方式, 该建筑模板的密度为 0.60g/cm3-0.90g/cm3, 其优选 3 3 3 为 0.70g/cm -0.86g/cm 。如果建筑模板的密度低于 0.60g/cm , 则其压实的程度不够, 强度 3 也不够大, 使用场合和寿命都受限 ; 而如果建筑模板的密度高于于 0.90g/cm , 虽然强度得 以提高, 但是过分致密的结构不利于使用过程中的装配, 例如很难通过钉子等进行连接, 建 筑模板也容易被钉坏, 另外, 过重的建筑模板也不利于搬运。
根据本发明的另一实施方式, 粘合剂优选为酚醛树脂或三聚氰胺。
另一方面, 本发明提供了一种制造上述建筑模板的方法, 其包括如下步骤 :
①按重量计, 将 35 % -60 %的粉煤灰、 35 % -60 %的竹屑、 5 % -20 %的粘合剂混 合;
②搅拌步骤①中所得的混合物 ;
③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压 ;
④将步骤③中预压后的混合物热压成建筑模板。
步骤①中的粉煤灰经过脱碳处理, 其炭含量不高于 5%, 其粒度为 260 目 -360 目 ; 竹屑的粒度为 20 目 -100 目。
在 上 述 方 法 中, 步 骤 ③ 中, 预 压 的 压 力 控 制 在 0.2MPa-2.0MPa 之 间, 优选为 0.4MPa-1.8MPa。
在 上 述 方 法 中, 步 骤 ④ 中, 热 压 的 温 度 为 195 ℃ -220 ℃, 热压的压力为 1.2MPa-1.4MPa。
另外, 根据最终产品规格的需要及生产的具体情况, 可以在预压前进行干燥处理, 预压后进行横截处理, 以及在热压成型后进行纵横锯边及砂光等处理。通过上述方法, 不仅可以利用粉煤灰制造建筑模板, 代替木质模板, 从而节省木材 的使用 ; 而且可以制造大规格 ( 例如 2.4m×1.2m) 的模板, 有效弥补常规的木质模板尺寸小 的缺陷。
在上述方法中, 粉煤灰为经过脱碳处理的粉煤灰, 该脱碳处理包括如下步骤 :
A、 向粉煤灰原料中加入浮选剂和 / 或捕收剂, 形成混合物料 ;
B、 在浮选设备中使步骤 A 中所得的混合物料从浮选设备的上部下落 ;
C、 在浮选设备中形成向上吹送的气体, 该气体与步骤 B 中落下的混合物料形成逆 流接触, 而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态 ;
D、 收集步骤 C 中未通过浮选设备之浮选板的颗粒物, 即得到经过脱碳处理的粉煤 灰。
脱碳处理是浮选出粉煤灰原料中的碳颗粒、 而收集未通过浮选的粉煤灰颗粒用于 制造建筑模板。用这种方法可将粉煤灰中的炭含量降低至不高于 5%。
在上述方法中, 步骤 A 中所使用的浮选剂可以为松醇油或碳八芳烃或其它任何类 型的浮选剂, 所使用的捕收剂可以为轻质柴油或柴油等。实际上, 浮选剂和 / 或捕收剂的 添加并不是必要的 ; 根据粉煤灰原料的具体情况, 有时也可以不添加任何浮选剂或捕收剂 ; 但是, 为了提高脱碳效率, 优选添加少量的浮选剂和 / 或捕收剂, 例如所添加的浮选剂和捕 收剂的总量可以为粉煤灰原料总重量的 0.1-10%。 在上述方法中, 步骤 C 中向上吹送的气体为压力高于大气压的气体, 优选为表压 1-6 个大气压、 更优选 1-2 个大气压的气体。
在上述方法中, 由于粉煤灰的主要成分为碳颗粒及灰分, 加入浮选剂和 / 或捕收 剂和 / 或其它助剂后, 粉煤灰中的颗粒与气泡接触、 碰撞, 可浮性好的碳颗粒选择性地粘附 于气泡, 并被携带上升, 实现浮选, 而可浮性差的灰分则向下沉。
特别地, 由于向上吹送的气体呈紊流状态, 碳颗粒与气泡的接触时间长, 接触更加 充分, 粉煤灰颗粒破碎为碳颗粒和灰分颗粒的几率大大增加, 从而使得脱碳效果更好, 脱碳 效率更高。
在上述方法中, 浮选设备的浮选板可以为单层或多层, 例如, 2-5 层 ; 其中, 步骤 D 所收集的经过脱碳处理的粉煤灰, 为未通过浮选设备之浮选板、 从浮选设备的尾灰出口排 出的颗粒物。
在上述方法中, 经过脱碳处理的粉煤灰, 其炭含量不高于 5%。
在上述方法中, 步骤④中热压后得到的模板的密度为 0.60g/cm3-0.90g/cm3, 优选 3 3 为 0.70g/cm -0.86g/cm 。
与现有技术相比, 本发明具有如下有益效果 :
粉煤灰经过脱碳处理, 其炭含量低, 使制得的建筑模板炭含量低, 吸水性小, 强度 高, 不易风化 ; 竹屑中的竹纤维形成板中的骨架, 其吸水性差, 遇水不容易膨胀, 不易腐烂, 且容易与粘合剂结合, 使制得的建筑模板具有较好的力学性能。 另外, 通过本发明提供的方 法, 不仅可以利用粉煤灰制造建筑模板, 代替木质模板, 从而节省木材的使用 ; 而且可以制 造大规格的模板, 有效弥补常规的木质模板尺寸小的缺陷。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图 1 是本发明对粉煤灰进行脱碳处理的流程图 ; 图 2 是本发明进行脱碳处理所采用的一浮选设备的结构示意图 ; 图 3 是本发明实施例 1 利用粉煤灰制备建筑模板的流程图。具体实施方式
实施例 1
本实施例的利用粉煤灰制造的建筑模板, 按重量计, 包括 38%经脱碳处理的絮状 循环流化床锅炉粉煤灰、 55%的竹屑、 7%的三聚氰胺粘合剂 ; 其密度为 0.86g/cm3。
制造本实施例的建筑模板所用的粉煤灰为循环流化床锅炉的粉煤灰, 其为海绵 絮状。该粉煤灰包括 : 48 % -52 %的二氧化硅、 6 % -7 %的氧化钙、 20 % -28 %的三氧化二 铝、 5% -7.2%的三氧化二铁、 1.8% -2.1%的氧化镁、 1% -1.25%的三氧化硫, 其烧失量为 6% -8%, 炭含量为 10% -12%。 在制造建筑模板之前, 先对粉煤灰进行脱碳处理, 使其炭含 量不高于 5%。如图 1 所示, 该脱碳处理包括如下步骤 :
A、 向粉煤灰原料中加入浮选剂和 / 或捕收剂, 形成混合物料 ; B、 在浮选设备中使步骤 A 中所得的混合物料从浮选设备的上部下落 ;
C、 在浮选设备中形成向上吹送的气体, 该气体与步骤 B 中落下的混合物料形成逆 流接触, 而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态 ;
D、 收集步骤 C 中未通过所述浮选设备之浮选板的颗粒物, 即经过脱碳处理的粉煤 灰。
如图 2 所示, 通过碳浮选对粉煤灰进行脱碳处理的粉煤灰浮选分离设备的具体实 施例, 包括 : 储料装置 1、 分配装置 2、 竖直设置的筒体 3、 锥斗状散气装置 4、 多层浮选板 5、 供气装置 6、 物理分离装置如超声分离装置 8、 尾灰箱 7、 过滤板 9、 溢流收集段 301、 尾灰收集 段 305。
竖直设置的筒体 3 可分为三部分, 从上到下依次为 : 第一浮选段 302、 扩散锥体段 303、 第二浮选段 304。其中, 第一浮选段 302 较细, 其内设有一层浮选板 5。第二浮选段 304 较粗, 其内设有锥斗状散气装置 4 和一层浮选板 5。扩散锥体段 303 位于第一浮选段 302 和 第二浮选段 304 之间, 为尖端向上的锥斗状的过渡区域。
溢流收集段 301 位于第一浮选段 302 的外部, 且第一浮选段 302 的顶端位于溢流 收集段 301 的顶端和底端之间 ; 另外, 溢流收集段 301 的底端设有出料口 309。
尾灰收集段 305 为尖端向下的锥斗状, 且其底部尖端处设有尾灰出口 306, 尾灰出 口 306 连接有尾灰管道 307。在第二浮选段 304 和尾灰收集段 305 之间设有过滤板 9。
散气装置 4 为尖端向上的锥斗状, 其锥斗角度为 120°, 其锥面上设有多个气孔 401 ; 其位于第二浮选段 304 内, 且位于锥斗状尾灰收集段 305 上方。散气装置 4 上设有多 个超声分离装置 8。
间隔设置的多层 ( 例如两层 ) 浮选板 5 分别位于第一浮选段 302 和第二浮选段 304 内, 其中底层浮选板 5 位于锥斗状散气装置 4 的上方。
分配装置 2 位于溢流收集段 301 上方, 为下部设置有多条 ( 例如 8 条 ) 分配管道 201 的容器。分配管道 201 的末端位于第二浮选段 304 之内、 锥斗状散气装置 4 和底层浮选
板 5 之间。
储料装置 1 内设有搅拌装置 101, 用于将粉煤灰原料浆和浮选剂充分搅拌。 尾灰管 道 307 从尾灰出口 306 连接到尾灰箱 7, 尾灰箱 7 通过循环管道 310 连接到储料装置 1 ; 储 料装置 1 的下部设有送料管道 102, 送料管道 102 上设有渣浆泵 103, 该送料管道 102 通向 分配装置 2。
供气装置 6 连接第一气体管道 601 及第二气体管道 602 ; 其中, 第一气体管道 601 与锥斗状散气装置 4 上的多个气孔 401 连通, 第二气体管道 602 通向分配装置 2。
另外, 循环管道 310 上还设有支路管道作为排灰管道 311, 循环管道 310 和排灰管 道 311 上均设有阀门。根据粉煤灰的成分及工艺要求, 尾灰可通过循环管道 310 和 102 重 新进入浮选分离设备中进行浮选, 以回收其中的碳颗粒 ; 当尾灰中的炭含量达到一定要求 时, 则通过排灰管道 311 排出, 该尾灰即为脱碳处理后的粉煤灰, 回收的碳颗粒可以用于制 备高附加值的活性炭等产品。
另外, 上述的浮选过程为一级浮选, 有时根据情况也可以进行二级浮选, 此时, 尾 灰管道 307 中的尾灰进入二级浮选设备, 得到脱碳处理后的粉煤灰和碳颗粒。
如图 3 所示, 利用脱碳处理后的粉煤灰制备本实施例的步骤如下 : ①按重量计, 将 38%脱碳后的粉煤灰、 55%的竹屑、 7%的三聚氰胺混合 ;
②搅拌步骤①中所得的混合物 ;
③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后, 以 0.8MPa 的压力进行预压 ;
④将步骤③中预压后的混合物在 200℃下以 1.4MPa 的压力热压成密度为 0.86g/ 3 cm 的模板。
其中, 步骤①中的粉煤灰的粒度为 280 目, 竹屑为 60 目。制得的建筑模板物理力 学性能如下表 :
密度 g/cm3 0.83
含水率% 5.9 静曲强度 MPa 8.7 弹性模量 MPa 1060实施例 2
本实施例的利用粉煤灰制造的建筑模板, 按重量计, 包括 45%经脱碳处理的絮状 循环流化床锅炉粉煤灰、 45%的竹屑、 10%的酚醛树脂粘合剂 ; 其密度为 0.90g/cm3。
本实施例是利用脱碳处理后的循环流化床锅炉的粉煤灰制造, 且脱碳处理的过程 与实施例 1 相同。
利用脱碳处理后的粉煤灰制备本实施例的步骤如下 :
①按重量计, 将 45%脱碳后的粉煤灰、 45%的竹屑、 10%的酚醛树脂混合 ; ②搅拌步骤①中所得的混合物 ;
③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后, 以 1.6MPa 的压力进行预压 ;
④将步骤③中预压后的混合物在 210℃下以 1.3MPa 的压力热压成密度为 0.90g/ 3 cm 的模板。
其中, 步骤①中的粉煤灰的粒度为 340 目, 竹屑为 80 目。制得的建筑模板物理力 学性能如下表 :
8102424547 A CN 102424553
密度 g/cm2 0.90
说含水率% 5.2明书静曲强度 MPa 9.6 弹性模量 MPa 10107/7 页实施例 3
本实施例的利用粉煤灰制造的建筑模板, 按重量计, 包括 58%经脱碳处理的絮状 循环流化床锅炉粉煤灰、 30%的竹屑、 12%的酚醛树脂粘合剂。
本实施例是利用脱碳处理后的循环流化床锅炉的粉煤灰制造, 且脱碳处理的过程 与实施例 1 相同。
利用脱碳处理后的粉煤灰制备本实施例的步骤如下 :
①按重量计, 将 58%脱碳后的粉煤灰、 30%的竹屑、 12%的酚醛树脂混合 ;
②搅拌步骤①中所得的混合物 ;
③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后, 以 2.0MPa 的压力进行预压 ;
④将步骤③中预压后的混合物在 195℃下以 1.25MPa 的压力热压成模板。
实施例 4
本实施例的利用粉煤灰制造的建筑模板, 按重量计, 包括 50%经脱碳处理的絮状 循环流化床锅炉粉煤灰、 33%的竹屑、 17%的酚醛树脂粘合剂。
本实施例是利用脱碳处理后的循环流化床锅炉的粉煤灰制造, 且脱碳处理的过程 与实施例 1 相同。
利用脱碳处理后的粉煤灰制备本实施例的步骤如下 :
①按重量计, 将 50%脱碳后的粉煤灰、 33%的竹屑、 17%的酚醛树脂混合 ;
②搅拌步骤①中所得的混合物 ;
③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后, 以 0.2MPa 的压力进行预压 ;
④将步骤③中预压后的混合物在 220℃下以 1.2MPa 的压力热压成模板。
其中, 步骤①中的粉煤灰的粒度为 260 目, 竹屑为 100 目。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上, 但并非用以限定本发明实施的范围。任何本 领域的普通技术人员, 在不脱离本发明的发明范围内, 当可作些许的改进, 即凡是依照本发 明所做的同等改进, 应为本发明的发明范围所涵盖。