一种铝灰基巷道隔热喷涂材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于工程材料技术领域，涉及一种铝灰基巷道隔热喷涂材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着我国矿井开采深度不断增加，高温深井越来越多，工人在高温巷道中作业，身心受到极大伤害，频繁出现中暑、昏厥、休克现象，神志恍惚，往往处于昏昏欲睡状态，机警能力降低，经常发生低级错误酿成工伤事故，劳动生产率低下，同时，矿井热害严重时极有可能诱发煤岩自燃。目前，矿井热害的常规治理方法有：通风降温法、制冷降温方法、个体防护降温法等，其中最为有效的是制冷降温方法，如专利cn106593511a公开了一种热害矿井巷道支护降温系统及方法，其系统包括制冷装置、中空降温锚杆、主供冷管道、主回流管道、支供冷管道、支回流管道，将其连通形成回路后通过制冷装置向中空降温锚杆持续供应低温换热介质，使换热介质不断与巷道围岩发生热交换降低围岩温度，避免巷道暴露围岩向巷道空气传热。但现有的制冷降温通常需要建立制冷系统，设备较多，工艺复杂，其能耗巨大，将增加生产成本。而目前常用的巷道隔热材料多以砂浆或混凝土等为隔热材料，如专利cn112194416a公开了一种新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法，包括隔热层系统，隔热层系统包含有隔热层，隔热层的原料包含有混凝土，混凝土中的膨胀珍珠岩材料占混凝土总分量的75～80份，且混凝土的原料占比如下：石子，石子中的陶粒石占石子总分量的65～75份；水泥，水泥中的粉煤灰材料占水泥总分量的55～65份，减水剂占水泥总分量的1.0～1.5份；隔热层系统包含有温度传感器、蜂鸣器和显示屏。该专利通过所安装的预警结构可结合隔热层使用，温度传感器触头在隔热层内外感应温差，当温差逐渐接近时则说明隔热层正在失去作用，此范围处的隔热效果正在降低，维护人员则能够根据显示屏上所显示的感应温度通过蜂鸣器寻找隔热失效区域，经过对损耗部位进行检修和维护后使其隔热效果恢复正常。但该专利中也存在着现有技术存在的隔热效果不足，功能单一，不具备蓄热调温功能，难以满足高温热害矿井的生产需求的问题。
3.铝灰是指在铝行业中通过铝的电解、加工和再生等过程中产生的固体废弃物，按照铝灰的产生方式以及形态不同，可以分为一次铝灰和二次铝灰。其中，二次铝灰是通过回收重铸一次铝灰或其他含铝金属以及其加工过程中产生的灰渣，颜色呈黑色。近些年来，由于原铝产量的不断上升，铝灰产量也不断增加。通常情况下，铝矿石直接生产1000t的金属铝会产生10～20t的铝灰，而二次铝资源回收将产生20～50t甚至更多、成分更加复杂的铝灰，由此估计，中国铝灰年产量超过300万t。铝灰中的主要成分包括金属铝、氧化铝、氮化铝以及氯盐、氟盐等，铝灰中含有氮化铝是《国家危险废物名录》将其列为具有毒性、易燃性的有色金属废物的主要原因之一。由于缺乏低成本、规模化、相对成熟的处理工艺，就地填埋和堆积仍是当前二次铝灰的主要处置方法。但就地填埋和堆积不仅造成二次铝灰中铝资源的浪费，同时还带来了严重的环境污染问题，因此，二次铝灰的无害化和资源化处理迫在眉睫。
4.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.针对目前常用的巷道隔热材料隔热效果不足，功能单一，不具备蓄热调温功能，难以满足高温热害矿井的生产需求的技术问题，本发明提出一种铝灰基巷道隔热喷涂材料及其制备方法和应用。该铝灰基巷道隔热喷涂材料能够在制冷降温时凝固蓄冷，当制冷出现间断时可熔化吸收围岩地热，从而有效调节巷道温度，也可在一定程度上节约制冷能耗；并且该材料具备一定的强度，可以防止隔热层脱落。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分：二次铝灰18～37份、电石渣11～18份、硅灰10～25份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8～1.2份、羟丙基淀粉醚2.5～8份、正十六烷10～20份、硬脂醇18～42份、水玻璃6～15份、早强型硅酸盐水泥12～24份、偏铝酸钠0.1～0.8份、聚乙二醇0.05～0.4份、聚酯纤维1.5～8份和水13.6～29.6份。
8.进一步，所述二次铝灰中al元素的含量为45wt％～65wt％，比表面积为310m2/kg～430m2/kg；医疗垃圾焚烧飞灰中nacl含量为60wt％～90wt％，比表面积为350m2/kg～480m2/kg；电石渣中cao含量为65wt％～75wt％，硅灰中sio2含量为90wt％～95wt％。
9.进一步，所述羟丙基淀粉醚的取代度为0.3～0.7，5wt％的羟丙基淀粉醚的水溶液的粘度为2300mpa
·
s～18000mpa
·
s；正十六烷和硬脂醇有效成分含量为99％～99.5％；水玻璃为液态，其模数为2.8～3.5。
10.进一步，所述早强型硅酸盐水泥的3d强度为27mpa～35mpa；聚乙二醇平均分子量为200～2000；聚酯纤维由矿用废弃聚酯纤维网切割而成，其纤维直径为0.03～0.8mm，长度为6～15mm，抗拉强度为900mpa～1200mpa。
11.进一步，所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，步骤如下：
12.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚混合搅拌，制得混合生料，经喷洒水造粒，制得粒径为5～10mm的生料颗粒，继续室温密闭陈化后，得到陈化后的生料颗粒；
13.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒进行烧结，制得多孔熟料；
14.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，均匀混合后负压浸渍、冷却，经水玻璃均匀喷洒后，将多孔熟料放入充满co2气体的环境中静置，制得隔热骨料；
15.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
16.进一步，所述步骤(1)中二次铝灰的添加量为15.3～31.4份，水的添加量为8.3～17.6份；混合搅拌的转速为80～130r/min，混合搅拌的时间为5～20min；室温密闭陈化的时间为2～24h。
17.进一步，所述步骤(2)中烧结的温度为950～1200℃，烧结的时间为10～360min。
18.进一步，所述步骤(3)中均匀混合后的温度为60～80℃，负压浸渍的时间为10～300min，冷却的温度为5～12℃。
19.进一步，所述步骤(3)中静置温度为90～120℃，静置时间为60～500min，co2浓度＞95％，静置时的气压为0.2～1mpa。
20.进一步，所述步骤(4)中二次铝灰的添加量为2.7～5.6份，水的添加量为4.8～12份。
21.进一步，所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料在高温热害矿井巷道中的应用。
22.本发明具有以下有益效果：
23.本发明中的铝灰基巷道隔热喷涂材料包含隔热骨料，隔热骨料是由二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰和羟丙基淀粉醚烧结而成，隔热骨料为多孔结构，通过负压浸渍吸收正十六烷和硬脂醇混合物，正十六烷和硬脂醇混合物在制冷降温时凝固蓄冷，当制冷出现间断，可熔化吸收围岩地热，从而有效调节巷道温度，也可在一定程度上节约制冷能耗。
24.二次铝灰在电石渣碱性环境中，与水反应生成氨气和氢气，促使生料形成贯通孔结构，在烧结后充当正十六烷和硬脂醇混合物的容器。羟丙基淀粉醚的掺入，一方面可增加料浆黏度、延缓液膜的排水速度，延缓泡沫的歧化过程，提高泡沫均匀性和稳定性，调节生料孔结构；另一方面，羟丙基淀粉醚具备优异的粘结性能，可促进生料成型。硅灰和电石渣的掺入，分别提供了硅源和钙源，与铝灰共同形成al-si-ca体系，烧结后形成以钙沸石为主要成分的骨料，消除了二次铝灰的反应性，且具备较高强度，十分有利于充当正十六烷和硬脂醇混合物的容器。
25.多孔结构的隔热骨料通过负压吸附正十六烷和硬脂醇，在表面喷洒水玻璃，并在高温高压二氧化碳气氛中养护，之后形成坚硬密实的固化膜，可防止正十六烷和硬脂醇泄露。
26.二次铝灰与早强型硅酸盐水泥混合后，铝灰中的金属铝和氮化铝在硅酸盐水泥碱性环境中与水反应生成闭合气泡，形成多孔胶凝结构，固化后具有隔热作用。聚乙二醇可稳定气泡，防止气泡过早破裂，偏铝酸钠具有速凝、早强的效果，可以提高喷涂材料强度，防止隔热层脱落。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为实施例3制备的隔热骨料外观图。
29.图2为实施例3制备的隔热骨料的xrd图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，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付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。
31.本发明中铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分：二次铝灰18～37份、电石渣11～18份、硅灰10～25份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8～1.2份、羟丙基淀粉醚2.5～8份、正十六烷10～20份、硬脂醇18～42份、水玻璃6～15份、早强型硅酸盐水泥12～24份、偏铝酸钠0.1～0.8份、聚乙二醇0.05～0.4份、聚酯纤维1.5～8份和水13.6～29.6份。
32.下述各实施例中所用原料的特点在于：所述二次铝灰中al元素的含量为45wt％～65wt％，比表面积为310m2/kg～430m2/kg；医疗垃圾焚烧飞灰中nacl含量为60wt％～90wt％，比表面积为350m2/kg～480m2/kg；电石渣中cao含量为65wt％～75wt％，硅灰中sio2含量为90wt％～95wt％。
33.所述羟丙基淀粉醚的取代度为0.3～0.7，5wt％的羟丙基淀粉醚的水溶液的粘度为2300mpa
·
s～18000mpa
·
s；正十六烷和硬脂醇有效成分含量为99％～99.5％；水玻璃为液态，其模数为2.8～3.5。
34.所述早强型硅酸盐水泥的3d强度为27mpa～35mpa；聚乙二醇平均分子量为200～2000；聚酯纤维由矿用废弃聚酯纤维网切割而成，其纤维直径为0.03～0.8mm，长度为6～15mm，抗拉强度为900mpa～1200mpa。
35.实施例1
36.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分(每份1kg)：二次铝灰18份(用于步骤(1)的铝灰为15.3份，步骤(4)为2.7份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚2.5份、正十六烷10份、硬脂醇18份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥12份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水15.3份(用于步骤(1)的水为8.3份，步骤(4)为7份)。
37.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
38.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
39.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
40.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，80℃均匀混合后负压浸渍10min，然后在5℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置60min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
41.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
42.实施例2
43.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，与实施例1不同的地方在于：电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚、正十六烷、硬脂醇、聚乙二醇、聚酯纤维和水含量增多，包括以下重量份组分(每份1kg)：二次铝灰18份(用于步骤(1)的铝灰为15.3份，步骤(4)为2.7份)、电石渣14份、硅灰16份、医疗垃圾焚烧飞灰1份、羟丙基淀粉醚8份、正十六烷14份、硬脂
醇28份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥12份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.4份、聚酯纤维8份和水17.2份(用于步骤(1)的水为11.2份，步骤(4)为6份)。
44.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
45.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于90r/min混合搅拌12min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化15h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
46.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于1050℃烧结270min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
47.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，72℃均匀混合后负压浸渍80min，然后在6℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置100min后在0.7mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)105℃反应100min，制得隔热骨料；
48.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
49.实施例3
50.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，与实施例1不同的地方在于：羟丙基淀粉醚、聚乙二醇、聚酯纤维、水含量和正十六烷和硬脂醇含量增多，包括以下重量份组分(每份1kg)：二次铝灰18份(用于步骤(1)的铝灰为15.3份，步骤(4)为2.7份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚5份、正十六烷20份、硬脂醇42份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥12份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.2份、聚酯纤维4份和水13.6份(用于步骤(1)的水为8.8份，步骤(4)为4.8份)。
51.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
52.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于110r/min混合搅拌5min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化7h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
53.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于1135℃烧结90min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
54.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，65℃均匀混合后负压浸渍150min，然后在7℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置500min后在0.5mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)90℃反应500min，制得隔热骨料；
55.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
56.图1为实施例3制备的隔热骨料外观图。由图1可知，隔热骨料内部充满相互贯通的孔隙，经过水玻璃喷洒和co2碳化后，隔热骨料表层形成一层透明且坚硬的外壳，可有效防
止内部正十六烷、硬脂醇泄漏。
57.图2为实施例3制备的隔热骨料的xrd图。由图2可知，烧结后的主要产物是钙沸石、硅钙石、硅酸钙和铝酸钙，其中，钙沸石是由二次铝灰、电石渣和硅灰在高温下共同反应生成，使骨料具有一定强度，可用于储存正十六烷、硬脂醇。
58.实施例4
59.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，与实施例1不同的地方在于：二次铝灰、水玻璃、偏铝酸钠和早强型硅酸盐水泥用量增多，包括以下重量份组分(每份1kg)：二次铝灰24份(用于步骤(1)的铝灰为20.4份，步骤(4)为3.6份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚8份、正十六烷10份、硬脂醇18份、水玻璃9份、早强型硅酸盐水泥19份、偏铝酸钠0.4份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水20.1份(用于步骤(1)的水为10.6份，步骤(4)为9.5份)。
60.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
61.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于130r/min混合搅拌6min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化2h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
62.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于1200℃烧结10min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
63.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，60℃均匀混合后负压浸渍300min，然后在12℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置300min后在0.2mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)110℃反应300min，制得隔热骨料；
64.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
65.实施例5
66.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，与实施例4不同的地方在于：二次铝灰、水玻璃、偏铝酸钠和早强型硅酸盐水泥用量增多，包括以下重量份组分(每份1kg)：二次铝灰37份(用于步骤(1)的铝灰为31.4份，步骤(4)为5.6份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚8份、正十六烷10份、硬脂醇18份、水玻璃15份、早强型硅酸盐水泥24份、偏铝酸钠0.8份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水22.8份(用于步骤(1)的水为13.2份，步骤(4)为9.6份)。
67.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
68.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
69.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
70.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，80℃均匀混合后负压浸渍10min，然后在5℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置60min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
71.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
72.实施例6
73.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，与实施例5不同的地方在于：电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰用量增多，水玻璃和偏铝酸钠用量减少，包括以下重量份组分(每份1kg)：二次铝灰37份(用于步骤(1)的铝灰为31.4份，步骤(4)为5.6份)、电石渣18份、硅灰25份、医疗垃圾焚烧飞灰1.2份、羟丙基淀粉醚8份、正十六烷10份、硬脂醇18份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥24份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水29.6份(用于步骤(1)的水为17.6份，步骤(4)为12份)。
74.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
75.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
76.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
77.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，80℃均匀混合后负压浸渍10min，然后在5℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置60min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
78.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。
79.对比例1
80.本对比例与实施例1不同的地方在于：不加正十六烷和硬脂醇，其他步骤与实施例1相同：
81.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分：二次铝灰18份(用于步骤(1)的铝灰为15.3份，步骤(4)为2.7份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚2.5份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥12份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水15.3份(用于步骤(1)的水为8.3份，步骤(4)为7份)。
82.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
83.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗
粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
84.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
85.(3)将液态水玻璃均匀喷洒在步骤(2)所得的多孔熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置60min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
86.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料-1。
87.对比例2
88.本对比例与实施例1不同的地方在于：不加二次铝灰，其他步骤与实施例1相同：
89.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分：电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚2.5份、正十六烷10份、硬脂醇18份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥12份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水15.3份(用于步骤(1)的水为8.3份，步骤(4)为7份)。
90.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
91.(1)将电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
92.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
93.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，80℃均匀混合后负压浸渍10min，然后在5℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置60min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
94.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料-2。
95.对比例3
96.本对比例与实施例1不同的地方在于：不加水玻璃，其他步骤与实施例1相同：
97.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分：二次铝灰18份(用于步骤(1)的铝灰为15.3份，步骤(4)为2.7份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚2.5份、正十六烷10份、硬脂醇18份、早强型硅酸盐水泥12份、偏铝酸钠0.1份、聚乙二醇0.05份、聚酯纤维1.5份和水15.3份(用于步骤(1)的水为8.3份，步骤(4)为7份)。
98.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
99.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗
粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
100.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
101.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，80℃均匀混合后负压浸渍10min，然后在5℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，将熟料放入高温反应釜中静置60min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
102.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料-3。
103.对比例4
104.本对比例与实施例1不同的地方在于：不加偏铝酸钠，其他步骤与实施例1相同：
105.1、一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，包括以下重量份组分：二次铝灰18份(用于步骤(1)的铝灰为15.3份，步骤(4)为2.7份)、电石渣11份、硅灰10份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8份、羟丙基淀粉醚2.5份、正十六烷10份、硬脂醇18份、水玻璃6份、早强型硅酸盐水泥12份、聚酯纤维1.5份和水15.3份(用于步骤(1)的水为8.3份，步骤(4)为7份)。
106.2、铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，根据上述重量份组分取材，步骤如下：
107.(1)将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚于80r/min混合搅拌20min，制得混合生料，将混合生料投入造粒设备中，经喷洒纯水造粒，制得粒径为5mm的生料颗粒，将生料颗粒继续在室温密闭容器中室温密闭陈化24h后，得到陈化后的生料颗粒；造粒和陈化过程中产生的气体导入危废焚烧炉进行焚烧；
108.(2)将步骤(1)所得的陈化后的生料颗粒投入烧结炉中，于950℃烧结360min，在室温下冷却，制得多孔熟料；
109.(3)将步骤(2)所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，80℃均匀混合后负压浸渍10min，然后在5℃冷却，除去熟料表面多余的混合液，然后将液态水玻璃均匀喷洒在浸渍后的熟料表面，将熟料放入高温反应釜中静置100min后在1mpa气压下，于二氧化碳气氛(浓度＞95％)120℃反应60min，制得隔热骨料；
110.(4)将步骤(3)所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料-4。
111.性能测试
112.将本发明实施例1所制备的铝灰基巷道隔热喷涂材料和对比例制备的铝灰基巷道隔热喷涂材料进行凝结时间、抗压强度、导热系数和隔热性能的测试，结果如表1所示。其中，隔热喷涂材料的凝结时间和抗压强度参考行业标准jc 477-2005进行测定，导热系数参考行业标准gb/t 20473-2021进行测定。
113.骨料泄漏率测定方法：取一张滤纸，称取滤纸的质量，再将经过浸渍混合液后的骨料置于滤纸上，放入烘箱(25～35℃)中干燥10min，再称取滤纸的质量，两次质量差即为骨料泄漏量。相变骨料泄漏率＝混合液泄漏量/骨料总质量
×
100％。
114.隔热性能测定方法：将铝灰基巷道隔热喷涂材料制成200mm
×
200mm
×
60mm板状试
样，置于外尺寸长宽高＝200mm
×
200mm
×
200mm的无盖泡沫箱顶部，泡沫箱厚度为10mm，利用红外线灯照射板状试样，红外线灯温度为45℃，泡沫箱中设置温度计，记录温度为t1，红外线灯照射时间为60min，用于模拟巷道喷涂隔热材料后的温度；另设一对比样：将板状试样移除，利用红外线灯直接照射无盖泡沫箱，记录温度为t2，用于模拟未喷涂隔热材料的巷道温度，温差δt＝t
2-t1。
115.表1实施例与对比例制备的铝灰基巷道隔热喷涂材料的性能试验结果
[0116][0117]
由表1可知：实施例1-6各项指标均满足隔热材料要求，对比例1不添加正十六烷和硬脂醇，不能熔化吸热，使得温差大幅减小，隔热能力降低。对比例2不添加二次铝灰，没有发泡反应，骨料和喷涂材料内部孔隙大幅减小，导热系数增大，骨料中可用于存储正十六烷和硬脂醇的空间减小，最终导致隔热性能降低。对比例3不添加水玻璃，导致正十六烷和硬脂醇泄漏增多。对比例4不添加偏铝酸钠，导致凝结时间延长，抗压强度降低。
[0118]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种铝灰基巷道隔热喷涂材料，其特征在于，包括以下重量份组分：二次铝灰18~37份、电石渣11~18份、硅灰10~25份、医疗垃圾焚烧飞灰0.8~1.2份、羟丙基淀粉醚2.5~8份、正十六烷10~20份、硬脂醇18~42份、水玻璃6~15份、早强型硅酸盐水泥12~24份、偏铝酸钠0.1~0.8份、聚乙二醇0.05~0.4份、聚酯纤维1.5~8份和水13.6~29.6份。2.根据权利要求1所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料，其特征在于：所述二次铝灰中al元素的含量为45wt%~65wt%，比表面积为310m2/kg~430m2/kg；医疗垃圾焚烧飞灰中nacl含量为60wt%~90wt%，比表面积为350m2/kg~480m2/kg；电石渣中cao含量为65wt%~75wt%，硅灰中sio2含量为90wt%~95wt%。3.根据权利要求2所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料，其特征在于：所述羟丙基淀粉醚的取代度为0.3~0.7，5wt%的羟丙基淀粉醚的水溶液的粘度为2300mpa
▪
s~18000mpa
▪
s；正十六烷和硬脂醇有效成分含量为99%~99.5%；水玻璃为液态，其模数为2.8~3.5。4.根据权利要求1所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料，其特征在于：所述早强型硅酸盐水泥的3d强度为27mpa~35mpa；聚乙二醇平均分子量为200~2000；聚酯纤维由矿用废弃聚酯纤维网切割而成，其纤维直径为0.03~0.8mm，长度为6~15mm，抗拉强度为900mpa~1200mpa。5.权利要求1-4任一项所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚混合搅拌，制得混合生料，经喷洒水造粒，制得粒径为5~10mm的生料颗粒，继续室温密闭陈化后，得到陈化后的生料颗粒；（2）将步骤（1）所得的陈化后的生料颗粒进行烧结，制得多孔熟料；（3）将步骤（2）所得的多孔熟料加至正十六烷和硬脂醇的混合液中，均匀混合后负压浸渍、冷却，经水玻璃均匀喷洒后，将多孔熟料放入充满co2气体的环境中静置，制得隔热骨料；（4）将步骤（3）所得的隔热骨料与二次铝灰、早强型硅酸盐水泥和聚酯纤维混合均匀，制得混合干料；将偏铝酸钠和聚乙二醇溶于水中，混合均匀，制得混合溶液；将混合干料与混合溶液再次混合均匀，制得铝灰基巷道隔热喷涂材料。6.根据权利要求5所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中二次铝灰的添加量为15.3~31.4份，水的添加量为8.3~17.6份；混合搅拌的转速为80~130r/min，混合搅拌的时间为5~20min；室温密闭陈化的时间为2~24h。7.根据权利要求5所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中烧结的温度为950~1200℃，烧结的时间为10~360min。8.根据权利要求5所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中均匀混合的温度为60~80℃，负压浸渍的时间为10~300min，冷却的温度为5~12℃；静置温度为90~120℃，静置时间为60~500min，co2浓度＞95%，静置时的气压为0.2~1mpa。9.根据权利要求5所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中二次铝灰的添加量为2.7~5.6份，水的添加量为4.8~12份。10.权利要求1-4任一项所述的铝灰基巷道隔热喷涂材料在高温热害矿井巷道中的应用。

技术总结
本发明属于工程材料领域，涉及一种铝灰基巷道隔热喷涂材料及其制备方法和应用，以解决目前常用巷道隔热材料隔热效果不足，功能单一，不具备蓄热调温功能，难以满足高温热害矿井生产需求的问题。所述铝灰基巷道隔热喷涂材料包括以下组分：二次铝灰、电石渣、硅灰、医疗垃圾焚烧飞灰、羟丙基淀粉醚、正十六烷、硬脂醇、水玻璃、早强型硅酸盐水泥、偏铝酸钠、聚乙二醇、聚酯纤维和水。该铝灰基巷道隔热喷涂材料能够在制冷降温时凝固蓄冷，当制冷出现间断时可熔化吸收围岩地热，从而有效调节巷道温度，也可在一定程度上节约制冷能耗；并且该材料具备一定的强度，可以防止隔热层脱落。可以防止隔热层脱落。可以防止隔热层脱落。


技术研发人员：李强 李兰兰 陈生杰 张作军 唐建辉 上官扬扬
受保护的技术使用者：河南能信环保科技有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/25