含有铝浮渣的自发泡的地质聚合物组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种自发泡的地质聚合物组合物，其包含至少一种水硬性粘合剂；至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；至少一种碱性激活剂；以及铝浮渣。本发明专利技术还涉及该地质聚合物组合物用于生产地质聚合物泡沫和/或发泡的地质聚合物产品的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种含有铝浮渣的自发泡的地质聚合物组合物。本专利技术还涉及该地质聚合物组合物用于生产地质聚合物泡沫和/或发泡的地质聚合物产品的用途。波特兰水泥最初在英国专利BP5022中被提及，自从那时开始它经历了持续的进一步的发展。现今它被认为是最重要的无机粘合剂之一。波特兰水泥具有非常高的CaO含量并且在水中硬化。蒸压轻质加气混凝土(市售为例如)为一种轻质的预制建筑材料，其同时提供了结构、绝缘以及耐火性和抗霉性。为制造蒸压轻质加气混凝土，将石英砂、碳酸钙、水泥、水和少量的用于发泡的铝粉混合。随后使用过热蒸汽使该混合物硬化。可将某些来自冶金过程的矿渣以潜在水硬性粘合剂的形式作为外加剂用于波特兰水泥中。还可行的是用强碱如碱金属氢氧化物或水玻璃将其激活。基于在碱性水介质中固化的、以SiO2和Al2O3为基础的反应性的、不溶于水的化合物的无机粘合剂体系，同样是公知的。这种固化的粘合剂体系还称为“地质聚合物”并记载于例如US4,349,386、WO85/03699和US4,472,199中。在此上下文中使用的反应性氧化物混合物包括偏高岭土、硅粉、矿渣、粉煤灰、活性粘土、火山灰(pozzolans)或其混合物。用于激活粘合剂的碱介质通常由碱金属碳酸盐、碱金属氟化物、碱金属氢氧化物、碱金属铝酸盐和/或碱金属硅酸盐的水溶液构成，例如可溶性水玻璃。与波特兰水泥相比，地质聚合物可更经济有效且更稳定，且可具有更有利的CO2排放平衡。人们期望生产轻质的地质聚合物混凝土元件，如上述元件。然而，地质聚合物表现出相对于水泥质体系的明显差异，这些差异使得难以使用铝粉作为发泡剂。这是因为水性水泥质体系呈现出最高达12.5的pH值，而地质聚合物组合物的水性悬浮液呈现出最高达14的pH值。此更高水平的碱度加速了铝粉的发泡反应，使得形成的氢气早在组合物固化开始之前就将损失。本专利技术人所解决的问题是基本上避免上述现有技术的至少一些缺点。优选地，本专利技术要寻找一种用于地质聚合物组合物的足够慢且可控的发泡剂。此外，本专利技术要提供本专利技术的自发泡的地质聚合物组合物。此外，本专利技术人的目的是将废物流材料整合在地质聚合物泡沫生产中。最后，本专利技术人的目的是以低成本来创造完全不燃烧的(无机的)隔音和绝热材料。以上指出的问题通过独立权利要求的特征来解决。从属权利要求涉及优选的实施方案。出人意料地发现，铝浮渣是用于地质聚合物组合物的理想的发泡剂。“铝浮渣”为一种铝加工工业的废品，主要由氧化物(例如Al2O3和SiO2)和氮化物以及0.1至50重量％的分布于氧化物和/或氮化物基质中的金属铝构成。铝浮渣在例如铝冶炼过程中产生且就金属铝的含量而言可变化极大。铝浮渣在垃圾场沉积可成为环境问题，而化学回收极其昂贵。相比之下，铝浮渣因此在本专利技术的地质聚合物组合物中构成了一种十分廉价的发泡剂。此外，铝浮渣可用作用于本专利技术的地质聚合物组合物的额外铝源，并从而能够至少部分地替代较昂贵的铝源，例如偏高岭土。本专利技术提供一种自发泡的地质聚合物组合物，其包含至少一种水硬性粘合剂；至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；至少一种碱性激活剂；以及铝浮渣。在本说明书全文中使用的术语“自发泡的”意指地质聚合物组合物一旦与水接触就将产生引起该组合物形成发泡的组合物的气相，即氢气气泡。在本说明书中使用的术语“泡沫”为一种通过在液相或固相中俘获气穴或气泡而形成的物质。所述泡沫可具有敞开的(连接的)或封闭的(独立的)气孔结构。本专利技术的自发泡的地质聚合物组合物包含至少一种水硬性粘合剂。当必需潜在水硬性粘合剂和/或火山灰质粘合剂与碱性激活剂相结合来形成地质聚合物时，水硬性粘合剂的存在的目的是加速硬化，即早期强度的发展，以使泡沫稳定直到组合物的地质聚合物固化反应开始。单独的水硬性粘合剂不需要碱性激活剂，因为与水接触而硬化。在本专利技术的自发泡的地质聚合物组合物中，潜在水硬性粘合剂选自工业矿渣和/或合成矿渣，更特别是选自高炉矿渣、电热磷渣、钢渣及其混合物。所述矿渣可为工业矿渣，即来自工业过程的废品，以及合成再生的矿渣。后者是有利的，因为工业矿渣的质量和数量并不总是足够可用的。为本专利技术的目的，潜在水硬性粘合剂优选为这样的粘合剂：其中(CaO+MgO)∶SiO2的摩尔比介于0.8和2.5之间且更优选地介于1.0和2.0之间。高炉矿渣，一种典型的潜在水硬性粘合剂，通常含有30重量％至45重量％的CaO、约4重量％至17重量％的MgO、约30重量％至45重量％的SiO2以及约5重量％至15重量％的Al2O3，通常含有约40重量％的CaO、约10重量％的MgO、约35重量％的SiO2以及约12重量％的Al2O3。高炉矿渣(BFS)为一种高炉冶炼过程的废品。粒状高炉矿渣(GBFS)和磨细的(ground)粒状高炉矿渣(GGBSF)(其为细粉状的高炉矿渣)为在粒化程度和/或研磨程度方面不同的高炉矿渣。根据来源和处理形式，磨细的粒状高炉矿渣的粒径和粒度分布可变化，其中粒径影响反应性。由于粒径的可变的特性，该数值采用称为Blaine值，其数量级通常为200至1000，优选地介于300和500m2kg-1之间。研磨的越细，反应性越高。电热磷渣是一种来自于通过电热方法生产磷的过程的废品。其比高炉矿渣的反应性低，并含有约45重量％至50重量％的CaO、约0.5重量％至3重量％的MgO、约38％至43重量％的SiO2、约2重量％至5重量％的Al2O3和约0.2重量％至3重量％的Fe2O3，以及氟化物和磷酸盐。钢渣是一种来自于各种钢制造过程的废品，具有高度变化的组成(参见CaijunShi，PavelV.Krivenko，DellaRoy，Alkali-ActivatedCementsandconcretes，Taylor&Francis，London&NewYork，2006，第42-51页)。为了本专利技术的目的，所有不同的品质、粒化和/或研磨程度皆意在包括在术语“高炉矿渣”中。高炉矿渣是极其优选的本专利技术的潜在水硬性粘合剂。在本专利技术的组合物中，火山灰质粘合剂优选选自无定形二氧化硅，优选沉淀二氧化硅、热解二氧化硅和硅粉；毛玻璃；粉煤灰，优选褐煤粉煤灰和矿煤粉煤灰；偏高岭土；天然火山灰(naturalpozzolanas)，例如凝灰岩、粗面凝灰岩和火山灰(volcanicash)；天然的和合成的沸石；及其混合物。优选热解二氧化硅、硅粉、粉煤灰、偏高岭土及其混合物；最优选偏高岭土。无定形二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自发泡的地质聚合物组合物，包含：至少一种水硬性粘合剂；至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；至少一种碱性激活剂；以及铝浮渣。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.31 EP 13190999.61.一种自发泡的地质聚合物组合物，包含：
至少一种水硬性粘合剂；
至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；
至少一种碱性激活剂；以及
铝浮渣。
2.权利要求1的组合物，其中所述潜在水硬性粘合剂选自高炉矿渣、电热磷渣、钢渣及
其混合物。
3.权利要求1或2的组合物，其中所述潜在水硬性粘合剂为高炉矿渣。
4.权利要求1至3中任一项的组合物，其中所述火山灰质粘合剂选自无定形二氧化硅，
优选沉淀二氧化硅、热解二氧化硅和硅粉；毛玻璃；粉煤灰，优选褐煤粉煤灰和矿煤粉煤灰；
偏高岭土；天然火山灰，如凝灰岩、粗面凝灰岩和火山灰；天然的沸石和合成的沸石；及其混
合物。
5.权利要求4的组合物，其中所述火山灰质粘合剂选自热解二氧化硅、硅粉、粉煤灰、偏
高岭土及其混合物。
6.权利要求5的组合物，其中所述火山灰质粘合剂为偏高岭土。
7.权利要求1至6中任一项的组合物，其中所述碱性激活剂选自碱金属碳酸盐、碱金属
氟化物、碱金属氢氧化物、碱金属铝酸盐、碱金属硅酸盐及其混合物。
8.权利要求7的组合物，其中所述碱性激活剂选自碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐及其
混合物。
9.权利要求8的组合物，其中所述碱金属硅酸盐选自具有经验式为mSiO2·nM2O的化合
物，其中M为碱金属，优选Li、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·沃尔瑟，B·费希特恩施拉格尔，周圣中，
申请(专利权)人：建筑研究和技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE