一种具有电磁波吸收功能的建筑材料制备方法与流程

文档序号:19906914发布日期:2020-02-11 14:37
一种具有电磁波吸收功能的建筑材料制备方法与流程

本发明涉及一种具有电磁波吸收功能的建筑材料制备方法,特别涉及一种采用低品位的矿物、废渣原料,与传统水泥生产工序进行有机融合嫁接,一步制备出具有电磁波吸收功能的水泥建筑材料的方法,该方法同时实现了低值矿物、固废资源的高值化利用,属于资源高效利用和特种水泥建筑材料制备领域。



背景技术:

随着现代电子科学技术的飞速发展,电子设备高频化、数字化,电磁辐射等在给人类创造财富的同时,也给设备、系统及生态环境带来了越来越严重的危害,因此,电磁辐射被国际公认为是继大气污染、水质污染和噪声污染后的第四大公害。在机场,飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点;在医院,移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。为了防止外部的电磁干扰和电磁信号的泄漏,削减电磁波对人体的伤害以及电磁波对建筑物的探测能力,净化电磁辐射,改善建筑空间电磁环境,消除电磁污染,需要对建筑物进行电磁防护。因此,治理电磁污染,寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料,已成为材料科学的一大课题。

城市内高楼林立,高大的建筑反射电磁波会造成重影。将吸波材料应用于建筑材料中,可使这个问题迎刃而解。吸波材料制作的微波暗室可广泛地应用于雷达、通信和航空航天领域。此外,吸波材料在改善机载、航载雷达设备的兼容性,提高整机性能等方面也有着广阔的应用空间。

所谓吸波材料,指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上,除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外,还要求它具有耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。我国水泥材料资源丰富、产品能耗低、适应性强、耐久性好,是用于承载及维持建筑物形状运用较为广泛的建筑材料。但是,纯水泥并不具备电磁波的屏蔽吸收作用,通常采用电磁屏蔽材料来填充水泥使其可以有效地抑制电磁波的辐射和泄漏。水泥中常用的吸波介质包括石墨、铁氧体等。

专利文献“水泥基材吸波建筑材料(cn201210526460.9)”提供了一种以闭孔膨胀珍珠岩为水泥基体、石墨微粉为吸波介质的水泥基吸波建筑材料。该技术方案以润湿性差和密度小的石墨微粉为吸波介质,在使用时存在难以润湿、易扬尘、易偏析的缺点。文献“锰锌铁氧体水泥基复合材料吸波性能的研究,第10卷第4期,建筑材料学报”公开了以氧化铁、氧化锌和碳酸锰为原料,经球磨、煅烧得到锰锌铁氧体,然后将其与水泥复合制得水泥基复合吸波材料。该技术是先用纯物质(锰氧化物、铁氧化物等)制备成性能良好的吸波材料,然后再将吸波材料细磨至一定粒度,配入水泥建材中,制得具有一定吸波性能的水泥基复合吸波材料。但是该过程复杂,需要两步单一并行的工序分别制备出吸波材料和水泥,再混合制备出水泥基复合吸波材料,流程复杂,设备投资费用高,且原料成本高,不利于工业化大规模生产。



技术实现要素:

针对目前具有吸波性能的水泥基复合吸波材料的制备过程存在需经两步高温工序,且原料成本高等缺陷,本发明的目的是在于提供一种采用低品质矿物、废渣等廉价原料进行一步高温焙烧制备具有电磁波吸收功能的建筑材料制备方法,该方法可同时实现低值矿物、固废资源的高值化利用,以及高性能建筑材料的制备一体化,具有较高的经济价值。

为了实现上述技术目的,本发明提供了一种具有电磁波吸收功能的建筑材料制备方法,该方法是将粘土、含锰物料、含铁物料、含锌物料、含铜物料、钙质物料、硅质物料及粘结剂经过细磨,混匀后,依次在900℃~1050℃进行预热及在1250℃~1350℃进行焙烧,焙烧物料经过冷却和细磨,即得;

其中,粘土、含锰物料、含铁物料、含锌物料、含铜物料、含钴物料、钙质物料、硅质物料及粘结剂的配料满足以下关系:(mn+zn+cu+co)/fe的摩尔比处于1.0~2.5之间,(zn+cu+co)/(mn+zn+co+cu)的摩尔比不低于0.2;钙质物料和硅质物料的配比满足混合原料中cao/sio2的摩尔比处于1.9~3.0之间;且混合原料中锰、铁、锌、钴及铜的氧化物总质量百分含量为10%~30%。

本发明的技术方案采用低品位的锰、锌、铁、钴、铜的矿物或固废资源为原料,调控混合料中的化学成分以及控制焙烧条件,在生成具有较好吸波性能尖晶石结构复合铁氧体物相的同时,利用混合料中的钙、硅、铝等氧化物生成水泥所需的主要物相。实现了复合铁氧体和硅酸钙物相在焙烧过程中的同步原位生成和复合,二者在水泥熟料中分布更均匀,赋予了建筑材料更好的吸波性能,且相对现有技术可以省去两步高温工序分别制备复合铁氧体和水泥需强制混合均匀的工序。

本发明制备的建筑材料中具有多组元的铁氧体吸波材料具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点,其利用高磁导率铁氧体引导电磁波,通过共振,大量吸收电磁波的辐射能量,再通过耦合把电磁波的能量转变成热能,从而达到消除电磁干扰的目的。相对于传统的二元锰锌铁氧体,本发明的多组元铁氧体吸波材料吸波性能更好。

优选的方案,粘土、含锰物料、含铁物料、含锌物料、含铜物料、钙质物料及硅质物料均细磨至粒度满足小于400目粒级的质量百分比含量不低于99%,且比表面积不低于3000cm2/g。在优选的粒径及比表面积范围内,更有利于提高高温固相反应传质效率。

优选的方案,所述粘土包括高岭土、伊利石至少一种。

优选的方案,所述含锰物料包括软锰矿、碳酸锰矿、铁锰矿中至少一种。

优选的方案,所述含铁物料包括磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿、轧钢皮中至少一种。

优选的方案,所述含锌物料包括含锌矿物、锌焙砂、净化钴渣中至少一种。

优选的方案,所述含铜物料包括铜精矿、铜渣中至少一种。

优选的方案,所述含钴物料包括钴精矿、含钴废料中至少一种。

优选的方案,所述钙质物料包括石灰石、生石灰中的至少一种。

优选的方案,所述硅质物料主要提供二氧化硅成分,理论上能提供二氧化硅的原料均适合本发明,优选为廉价的硅石。

优选的方案,所述粘结剂为常见的烧结添加剂,本发明优选为褐煤腐植酸。

本发明的技术方案中粘土、含锰物料、含铁物料、含锌物料、含铜物料、钙质物料及硅质物料均为现有技术中常见的矿物和固体废渣,具有来源广、成本低的特点,而本发明技术方案将这些组分合理搭配并在一定条件下进行高温固相反应,不但获得优质水泥凝胶材料,还原位生成具有良好吸波性能的铁氧体物相,从而获得吸波功能建筑材料,真正实现了低品位矿物及固体废渣的资源化利用。

优选的方案,预热时间为30min~120min。

优选的方案,焙烧时间为60min~180min。

优选的方案,预热和焙烧均在空气气氛中进行。

优选的方案,焙烧物料细磨至粒度满足小于500目粒级的质量百分比含量不低于99%,且比表面积不低于4000cm2/g。

相对现有技术,本发明的技术方案带来的有益技术效果:

本发明的技术方案以低品位的锰、锌、铁、钴、铜的矿物或固废资源为原料,制备出具有高利用价值的具有电磁波吸收功能的建筑材料,真正实现了资源化利用。

本发明的技术方案通过合理搭配组分及控制焙烧条件,实现了一步高温固相反应来获得具有电磁波吸收功能的建筑材料,相对现有技术简化了工艺步骤,且多元复合铁氧体以及具有凝胶功能的硅酸盐水泥的生成及复合是在焙烧过程中同步原位生成,二者分布更加均匀,可以省去传统两步高温工序分别制备复合铁氧体和水泥需强制混合均匀的工序。

本发明的技术方案中的建筑材料形成了多组元复合铁氧体,相对于传统的二元锰锌铁氧体,吸波性能更好。

本发明的技术方案工艺简单、原料成本低,更有利于工业化生产。

本发明的高性能建筑材料建成的地面非运动军事目标具有干扰雷达探测的功能,同时也能满足人类居住和工作环境对电磁渡辐射防护的要求,将对特种水泥行业的发展具有十分重要的意义。

附图说明

图1是实施例1和对比实施例1中获得的样品的电磁波反射率对比图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容,而不是限制本发明权利要求的保护范围。

对比实施例1

不配加含锰物料、含锌物料、含钴物料、含铜物料。

以高岭土、生石灰、硅石为原料进行配料,褐煤腐植酸粘结剂用量为0.35%,控制混合料中cao/sio2的摩尔比为2.5之间,混合料细磨至小于400目粒级的质量百分比含量为100%,比表面积为3000cm2/g。将混合料分别在900℃温度下预热120min、1350℃下焙烧60min,在空气中冷却至室温后细磨至粒度满足-500目粒级的质量百分比含量为100%,且比表面积为4200cm2/g,既得水泥建筑材料。该建筑材料在2~18ghz频率范围内,对电磁波的反射率仅为-2.5db。

对比实施例2

本对比例中配料化学成分不在优选范围内。

以伊利石、石灰石、硅石、含锰25%的氧化锰矿、含铁68%的轧钢皮、含锌58%的锌焙砂、含铜1.6%的铜渣、含钴10%的钴精矿为原料进行配料,褐煤腐植酸粘结剂用量为0.5%,控制混合料中(mn+zn+cu+co)/fe的摩尔比为0.5,(zn+cu+co)/(mn+zn+co+cu)的摩尔比为0.1;钙质、硅质物料的配比应满足混合原料中cao/sio2的摩尔比为3.0,且锰、铁、锌、钴、铜的氧化物总和占混合料的质量百分含量为20%;混合料细磨至小于400目粒级的质量百分比含量为100%,比表面积为3100cm2/g。将混合料分别在1000℃温度下预热90min、1300℃下焙烧120min,在空气中冷却至室温后细磨至粒度满足小于500目粒级的质量百分比含量为100%,且比表面积为4480cm2/g,既得具有电磁波吸收功能的建筑材料。该建筑材料在2~18ghz频率范围内,对电磁波的反射率仅为-3.6db。

对比实施例3

本对比例中锰、铁、锌、钴、铜的氧化物总和占混合料的质量百分不在优选范围内。

以高岭石、石灰石、硅石、含锰25%的氧化锰矿、含铁70%的轧钢皮、含锌58%的锌焙砂、含铜1.5%的铜渣、含钴16%的钴精矿为原料进行配料,褐煤腐植酸粘结剂用量为0.45%,控制混合料中(mn+zn+cu+co)/fe的摩尔比为2.0,(zn+cu+co)/(mn+zn+co+cu)的摩尔比为0.4;钙质、硅质物料的配比应满足混合原料中cao/sio2的摩尔比为3.0,其中锰、铁、锌、钴、铜的氧化物总和占混合料的质量百分含量仅为5%;混合料细磨至小于400目粒级的质量百分比含量为100%,比表面积为3250cm2/g。将混合料分别在1000℃温度下预热90min、1300℃下焙烧120min,在空气中冷却至室温后细磨至粒度满足小于500目粒级的质量百分比含量为100%,且比表面积为4260cm2/g,既得具有电磁波吸收功能的建筑材料。该建筑材料在2~18ghz频率范围内,对电磁波的反射率仅为-4.6db。

实施例1

以高岭土、生石灰、硅石、含锰25%的氧化锰矿、含铁68%的轧钢皮、含锌52%的锌焙砂、含铜1.6%的铜渣、含钴8%的钴精矿为原料进行配料,褐煤腐植酸粘结剂用量为0.5%,控制混合料中(mn+zn+cu+co)/fe的摩尔比为2.5,(zn+cu+co)/(mn+zn+co+cu)的摩尔比为0.2;钙质、硅质物料的配比应满足混合原料中cao/sio2的摩尔比为3.0,且锰、铁、锌、钴、铜的氧化物总和占混合料的质量百分含量为30%;混合料细磨至小于400目粒级的质量百分比含量为100%,比表面积为3100cm2/g。将混合料分别在900℃温度下预热120min、1350℃下焙烧60min,在空气中冷却至室温后细磨至粒度满足小于500目粒级的质量百分比含量为100%,且比表面积为4850cm2/g,既得具有电磁波吸收功能的建筑材料。该建筑材料在2~18ghz频率范围内,对电磁波的反射率为-9.4db。

实施例2

以高岭土、伊利石、石灰石、硅石、含锰20%的碳酸锰矿、含铁63%的磁铁矿、含锌50%的净化钴渣、含铜2.1%的铜渣、含钴6%的钴精矿为原料进行配料,褐煤腐植酸粘结剂用量为0.4%,控制混合料中(mn+zn+cu+co)/fe的摩尔比为1.0,(zn+cu+co)/(mn+zn+co+cu)的摩尔比为0.5;钙质、硅质物料的配比应满足混合原料中cao/sio2的摩尔比为1.9,且锰、铁、锌、钴、铜的氧化物总和占混合料的质量百分含量为10%;混合料细磨至小于400目粒级的质量百分比含量为100%,比表面积为3200cm2/g。将混合料分别在1050℃温度下焙烧30min、1250℃下焙烧180min,在空气中冷却至室温后细磨至粒度满足小于500目粒级的质量百分比含量为100%,且比表面积为4400cm2/g,既得具有电磁波吸收功能的建筑材料。该建筑材料在2~18ghz频率范围内,对电磁波的反射率为-9.2db。

实施例3

以高岭土、伊利石、石灰石、硅石、含锰18%的铁锰矿、含铁67%的赤铁矿、含锌45%的净化钴渣、含铜1.3%的铜渣、含钴4.8%的钴精矿为原料进行配料,褐煤腐植酸粘结剂用量为0.5%,控制混合料中(mn+zn+cu+co)/fe的摩尔比为2.0,(zn+cu+co)/(mn+zn+co+cu)的摩尔比为0.4;钙质、硅质物料的配比应满足混合原料中cao/sio2的摩尔比为2.2,且锰、铁、锌、钴、铜的氧化物总和占混合料的质量百分含量为15%;混合料细磨至小于400目粒级的质量百分比含量为100%,比表面积为3400cm2/g。将混合料分别在1050℃温度下焙烧30min、1300℃下焙烧100min,在空气中冷却至室温后细磨至粒度满足小于500目粒级的质量百分比含量为100%,且比表面积为4500cm2/g,既得具有电磁波吸收功能的建筑材料。该建筑材料在2~18ghz频率范围内,对电磁波的反射率为-9.4db。

再多了解一些
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