本发明专利技术为一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，该方法以各种工业固体废弃物为主要原料，通过与成分调节剂一起研磨，借助于特殊的分散剂、模板剂、固膜剂，粘结剂和副孔剂等协同作用，结合浸润堆砌自组装技术，预制成所需形状的具有分级多孔结构的泡沫母体，在特定烧结制度下烧结固化，形成一种超轻质分级阵列孔结构的泡沫材料。本发明专利技术制得的材料可作为各种水源中污染物，气体污染物的吸附固定介质，催化剂载体，保温隔热材料等，具有制备工艺简单、原料来源广泛、可大规模生产的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种超轻分级阵列孔泡沬材料的制备方法
本专利技术的技术方案涉及一种超轻质分级阵列孔泡沫材料的制备及应用，该材料可作为水和气体污染物的吸附固定介质，催化剂载体，保温隔热材料、吸声降噪材料等。具有制备工艺简单、原料来源广泛、可大规模生产的特点。
技术介绍
分级阵列孔材料是一种均匀排列的大孔中嵌套有众多密集的小孔，小孔中又包含有许多纳米级微孔的多孔材料，具有孔容积大，显气孔率高的特点。超轻质分级阵列孔泡沫材料具有容重小，显气孔率更高，类似于有机高分子泡沫材料，如聚氨酯泡沫的特性。传统的人造超轻质、多孔材料如膨胀石墨、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、蜂窝陶瓷等已广泛应用于不同的生产
。大量作为窑炉的保温隔热材料，吸附净化材料，催化剂的载体材料等，但它们都需要利用高品质的特种矿物资源进行生产，不仅原料来源受限，成本较高，且多为层间距扩张而形成的缝隙。而蜂窝陶瓷作为一种性能优良的催化剂载体材料，已在汽车尾气净化、石化工业 等领域得到大规模应用，但生产成本较高，密度较大。但蜂窝陶瓷的生产通常采用挤压成形，其原料主要为堇青石、莫来石、钛酸铝、碳化硅、氧化锆、氮化硅及堇青石-莫来石、堇青石-钛酸铝等复合基质，还必须在主原料中加入各种添加剂，来提高泥坯的可塑性和流动性。不仅对原料的品质要求高，而且生产技术较复杂，目前，我国也仅能够规模生产400孔/in2以下的蜂窝陶瓷。随着冶金和各种矿产开发规模的不断增大，各种工业废弃物的堆存量数量迅速增加。以矿产开发中遗留的尾矿为例，其特点是堆存数量大、粒度分布范围宽、类型繁多、组成成分各异、性质复杂。以铁矿尾矿为主，约占金属矿山尾矿堆存总量的1/3以上。目前，仅河北省的尾矿堆存量就达几十亿吨，且以每年1.2~1.5亿t的速度在增长。河北省作为北京的门户，将北京、天津分割包围。钢铁、水泥产业是河北省的经济支柱，特别是钢铁产区集中的承德、唐山、张家口和邢台、邯郸等地区，既是京、津、冀地区重要的水源地，又是瓜果蔬菜等农副产品的主要产地和消费区，其工业生产排放的各种污染物，时刻都在影响着京、津、冀地区的环境质量。如果能够大规模的充分利用这些工业废弃物，制备成墙地砖、透水砖、免烧砖等建材产品，土壤改良剂如复混肥、微肥等服务农业，将会产生巨大的经济效益和社会效益。而开发高品质的超轻质分级阵列孔泡沫材料，不仅可以作为环境治理材料，建筑及工业窑炉的保温隔热材料，催化剂载体材料等，农业培养基材料等，如能得到大规模的开发利用，将会产生更高的经济效益和社会效益。利用各种矿物工业废弃物为主要原料，人工合成轻质多孔材料的研究报道已有很多，如矿物泡沫，发泡混凝土砌块、保温砖、保温板、保温墙面，泡沫玻璃、多孔陶瓷、蜂窝陶瓷及耐火材料矿物泡沫、聚合物无机矿物复合发泡材料等。其生产主要有如下工艺方法:第一种方法以水泥为胶结料，各种矿物、尾矿、工业废渣为掺和料，经发泡、护养等工序，制成各种孔结构材料。如专利ZL.200910067411.1利用水泥为胶结料，各种尾矿为掺和料，辅以碎石、珍珠岩，经砌块成型机压制成带有孔洞的砌块骨架，砌块孔洞中注入利用尾矿制备的尾矿泡沫混凝土料浆。CN102295441A利用磨细至100目生石灰、尾矿渣、黄磷炉渣与水泥、清水搅拌成料浆，将料浆用蒸汽加热到40~60°C，加入发泡悬浮液，快速搅拌，并迅速浇注在模具框内；CN102093074A利用铅锌尾矿制备泡沫混凝土砌块，CN103771797A钢渣和矿渣共同掺制备泡沫混凝土砌块，CN102424604A利用碱渣生产加气轻质砌块，CN101412597用铁尾矿为主要原料生产烧结泡沫砖，CN101143768用含硅尾矿制备轻质多孔保温砖，ZL201110326060.9将定量水泥、羧酸系高效减水剂和水混合后搅拌，再加入适量的碱性激发剂和铁尾矿搅拌成料浆，最后加入聚磷酸铵和PS泡沫搅拌制得混合料，混合料入模后振动成型，制成墙体材料。ZL201010197789.6利用膨胀玻化微珠、干粉硅铝酸盐凝胶材料、矿物高模弹性纤维、干粉添加剂以及复合微沫剂等制备成一种轻质防火保温复合板材。ZL201110181105.8采用红土镍矿废渣经水洗、脱水烘干、粉碎、捏合、搅拌、造粒，混入环保阻燃聚合物、相容剂，在150-200 °C下熔融反应、发泡挤出成墙体板，在挤出过程中同时注入二氧化碳气体。ZL201110372423.2采用尾矿、粉煤灰、生石灰、水泥、磷石膏、发泡剂、稳定剂为原料制备成墙体材料。ZL201110416661.9利用铁矿围岩和铁尾矿制备的多孔保温材料。或利用聚苯颗粒、聚氨酯泡沫塑料为成孔剂或模板材料，制备泡沫陶粒混凝土如CN10249169IA。上述文献制备的多为开孔泡沫混凝土。第二种方法是将矿物原料的配合料熔融，在熔烧过程中，形成大量封闭的气泡，制成保温复合材料，如泡沫玻璃、泡沫陶瓷以及泡沫砖等。如ZL92102484.3利用含有SiO2,Al2O3, Fe2O3, FeO, K2O, Na2O, CaO, MgO等的云母型片岩，在熔烧过程中形成大量封闭的气泡制成承重砖。ZL.200710019009.7，CN102515553A、CN102951784A，CN102417368A, CN1676488,CN101723595A等利用工业尾矿或废弃物为主要原料，加入造孔剂、成核剂及辅助原料等，经球磨、成型、加入耐热模具中，在发泡炉中经过预热、发泡、稳泡和退火，得到泡沫玻璃。ZL201010150473.1，ZL200580001237.0, ZL03132276.X 等将矿物原料或工业废料、晶核剂、发泡剂、烧结改性剂等混合破碎，经球磨、造粒、陈腐、成型后，在耐火模具中，经高温烧结、快速冷却、核化处理、快速升温与晶化处理、经再次冷却、退火处理，制得制品微晶泡沫陶瓷材料。或者将矿物原料熔融后，进行水淬、粉碎，再将发泡剂或成孔剂、晶核剂混入到原料中，压制成型，加入到耐热模具中，在发泡炉中经过预热、发泡、稳泡和退火得到泡沫玻璃，或微晶泡沫陶瓷材料。如 ZL.200810062873.X，ZL.200910218899.3，CN103102076A 等就是采用这种工艺得到泡沫玻璃或微晶玻璃的水淬料。第三种方法是在常温条件下，将矿物原料，润湿剂，发泡剂，稳泡剂、表面活性剂等，经搅拌液相发泡，经浇注成型，并置于一定温度下护养和固化，干燥制成泡沫陶瓷的素坯，然后送入窑炉，进行烧成。如 ZL.201210034759.2, ZL.201210345205.4，CN101289332 就是用上述工艺制成轻质泡沫陶瓷材料。ZL.200510027545.2是将浆料发泡和淀粉原位凝固成型工艺相结合制备多孔陶瓷，CN103145444A用类似方法制备轻质多孔莫来石保温隔热陶瓷。第四种方法是将有机高分子聚合物和无机矿物复合，经特殊的发泡工艺，制成聚合物/无机矿物复合发泡材料等。如ZL200510042906.0将树脂、橡胶、无机矿物、发泡剂、阻燃剂及稳定剂搅拌混合均匀；在混炼机上混炼，制成所需坯体，在烘箱中化学发泡得到复合泡沫吸声材料。CN1 03275459A用脲醛树脂、发泡剂、表面活性剂、固化剂、增韧剂和填料制成了一种脲醛树脂泡沫保温复合材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为包括以下步骤：(1)将各种工业固体废弃物粉碎，与成分调节剂一起研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体；混合粉体中工业固体废弃物的质量占混合粉体总质量的50％～90％，成分调节剂的质量为混合粉体总质量10～50％，工业固体废弃物与成分调节剂质量之和为混合粉体质量的100％；其中，所述成分调节剂为石英、长石、萤石、石灰石、白云岩、粘土、硼砂和碳酸钠中的两种或多种；成分调节剂的用量分别占混合粉体质量百分数为：石英0％～15％、长石0％～10％、萤石0％～6％、石灰石0％～6％、白云岩0％～8％、粘土0％～10％，硼砂0％～5％、碳酸钠0％～10％；(2)称取上述混合粉体，加入润湿剂溶液，搅拌均匀，放置3～5小时；其中，润湿剂加入量为：每g混合粉体的加润湿剂溶液0.10～0.5mL；(3)将水、分散剂、模板剂、固膜剂、粘结剂和副孔剂一起加入搅拌机中，搅拌形成微泡沫乳液；再将步骤(2)中的润湿粉体加入其中，搅拌5～60分钟，将制成的浆液倒入透水模具中，放入真空干燥箱中，在压力为0.01MPa～0.08MPa的条件下进行成型护养，保持0.5～2h后，升温干燥，预制成分级阵列孔结构的泡沫母体；其中，所述分散剂的加入量为混合粉体质量的0.05％～3％；所述模板剂的加入量为混合粉体质量的0.5％～3％；所述固膜剂的加入量为混合粉体质量的1％～8％；所述胶粘剂的加入量为混合粉体质量的1％～15％；所述副孔剂的加入量为混合粉体质量的5％～20％；所述水的用量为：每g混合粉体质量加水的1.5～5.0mL；(4)将制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体放入匣钵中，放入隧道窑或马弗炉中，进行高温烧结2～4h，然后自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。...
【技术特征摘要】
1.一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为包括以下步骤: (1)将各种工业固体废弃物粉碎,与成分调节剂一起研磨，制成96%以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体；混合粉体中工业固体废弃物的质量占混合粉体总质量的50%~90%，成分调节剂的质量为混合粉体总质量10~50%，工业固体废弃物与成分调节剂质量之和为混合粉体质量的100% ； 其中，所述成分调节剂为石英、长石、萤石、石灰石、白云岩、粘土、硼砂和碳酸钠中的两种或多种；成分调节剂的用量分别占混合粉体质量百分数为:石英0%~15%、长石0%~10%、萤石0%~6%、石灰石0%~6%、白云岩0%~8%、粘土 0%~10%，硼砂0%~5%、碳酸钠0%~10% ； (2)称取上述混合粉体，加入润湿剂溶液，搅拌均匀，放置3~5小时；其中，润湿剂加入量为:每g混合粉体的加润湿剂溶液0.10~0.5mL ； (3)将水、分散剂、模板剂、固膜剂、粘结剂和副孔剂一起加入搅拌机中，搅拌形成微泡沫乳液；再将步骤(2)中的润湿粉体加入其中，搅拌5~60分钟，将制成的浆液倒入透水模具中，放入真空干燥箱中，在压力为0.01MPa~0.08MPa的条件下进行成型护养，保持0.5~2h后，升温干燥，预制成分级阵列孔结构的泡沫母体； 其中，所述分散剂的加入量为混合粉体质量的0.05%~3%;所述模板剂的加入量为混合粉体质量的0.5%~3% ;所述固膜剂的加入量为混合粉体质量的1%~8% ;所述胶粘剂的加入量为混合粉体质量的1%~15% ;所述副孔剂的加入量为混合粉体质量的5%~20% ； 所述水的用量为:每g混合粉体质量加水的1.5~5.0mL ; (4)将制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体放入匣钵中，放入隧道窑或马弗炉中，进行高温烧结2~4h，然后自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。2.如权利要求1所述的超轻...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤庆国，王娟，梁金生，段昕辉，刘晓冬，关雪阳，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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