一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料及工業(yè)固體廢棄物回收利用技術(shù)領(lǐng)域。原料包括：鎳鐵渣100份、堿性激發(fā)劑5?20份、發(fā)泡劑0.1?1.5份，水20?40份。所述堿性激發(fā)劑是由水玻璃100份、水滑石0.1?1.0份、松香酸鈉0.1?1.0份和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉0.1?1.0份組成；所述發(fā)泡劑是由雙氧水20?40份，十二烷基苯磺酸鈉1?5份，水60?70份組成；本發(fā)明還提供了其制備方法。本發(fā)明的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物孔徑均勻，固化速度快，強(qiáng)度高，耐久性好，生產(chǎn)效率高，是一種防火、耐久、高效絕熱的地質(zhì)聚合物發(fā)泡材料。同時，本發(fā)明以固體廢棄物鎳鐵渣為主要原料，制備工藝簡單，成本低，有利于節(jié)約資源、能源和保護(hù)環(huán)境。
【專利說明】
一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)廢渣資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅土鎳礦冶煉鎳鐵廢渣(簡稱鎳鐵渣)是提煉金屬鎳或是在鎳鐵合金冶煉過程中排出的廢棄物經(jīng)冷水水淬后形成的一種?；癄t渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國全年鎳鐵產(chǎn)量達(dá)71萬噸，伴隨產(chǎn)生的鎳鐵渣超過4500萬噸。到2015年，鎳鐵渣的總排放量接近一億噸。目前，我國對鎳鐵渣的綜合利用率低，其處理方式多以露天堆存或填埋為主，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且占用大量土地。因此，尋求一種經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)途徑正確處置和綜合利用鎳鐵渣，不僅對保持不銹鋼行業(yè)及鎳行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，而且對于環(huán)境壓力的緩解也具有十分重要的意義。
[0003]地質(zhì)聚合物(Geopolymer)是法國科學(xué)家Davidovits利用活性低I丐S1-Al質(zhì)材料與高堿溶液反應(yīng)，于1978年首次研發(fā)的一種具有高分子聚合物結(jié)構(gòu)的新型無機(jī)膠凝材料，這類材料既具有有機(jī)高分子、陶瓷、水泥等材料的優(yōu)良性能，又多以粉煤灰、高爐礦渣、鋼渣、偏高嶺土等工業(yè)固體廢棄物或天然硅鋁酸鹽礦物為主要原料，工藝簡單、節(jié)能環(huán)保。發(fā)泡地質(zhì)聚合物是指以地質(zhì)聚合物材料為基體或通過地質(zhì)聚合物法制備的發(fā)泡材料，孔徑均勻，固化速度快，強(qiáng)度高，耐久性好，生產(chǎn)效率高，是一種防火、耐久、高效絕熱的地質(zhì)聚合物發(fā)泡材料。同時，發(fā)泡地質(zhì)聚合物以固體廢棄物為主要原料，制備工藝簡單，成本低，有利于節(jié)約資源、能源和保護(hù)環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的主要在于，針對我國鎳鐵渣排放量大、利用率低、對環(huán)境污染大的問題，提供了一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物材料，具有成本低、工藝簡單、消耗量大、無毒無污染的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)鎳鐵渣資源化利用的有效途徑。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于，提供了該發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物，是由下列重量份數(shù)的組份組成:鎳鐵渣100份、堿性激發(fā)劑5-20份、發(fā)泡劑0.1-1.5份、水20-40份。
[0007]所述的堿性激發(fā)劑是由下列重量份數(shù)的組份組成:水玻璃100份、水滑石0.1-1.0份、松香酸鈉0.1-1.0份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉0.1-1.0份。
[0008]所述的發(fā)泡劑是由下列重量份數(shù)的組份組成:雙氧水20-40份、十二烷基苯磺酸鈉1-5 份、水60-70份。
[0009]本發(fā)明上述發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物的制備方法，包括下列步驟:
I)按配比稱取或量取水玻璃、水滑石、松香酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑； 2)按配比稱取或量取雙氧水、十二烷基苯磺酸鈉和水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑；
3)按配比稱取或量取鎳鐵渣、堿性激發(fā)劑、發(fā)泡劑和水，攪拌機(jī)內(nèi)攪拌5-20min，得發(fā)泡漿體；
4)將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡6-24h后脫模得發(fā)泡塊；
5)將發(fā)泡塊40-80°C蒸養(yǎng)12-24h，得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。
[0010]本發(fā)明的堿性激發(fā)劑中，水滑石是一種帶有正電荷的金屬氧化物，其層間通過羥基的氫鍵和靜電力締合。鎳鐵渣中的微量金屬離子，如鈣、鎂、鐵等多價金屬離子，與水滑石產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，使鎳鐵渣表面活化并且形成龐大的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)合結(jié)構(gòu)，顯著提高發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物的機(jī)械強(qiáng)度。松香酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉具有很好的乳化分散作用和良好的潤滑作用，二者協(xié)同作用，可顯著提高水玻璃的激發(fā)性能，降低堿性激發(fā)劑的成本。水滑石、松香酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉與水玻璃共同作用，可實(shí)現(xiàn)激發(fā)鎳鐵渣膠凝材料活性的超疊加效應(yīng)，所得堿性激發(fā)劑的激發(fā)活性大大增強(qiáng)，顯著提高鎳鐵渣的水化活性。
[0011]發(fā)泡劑加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，可以降低體系的表面能而使體系趨于穩(wěn)定，同時氣泡表面也更有彈性，難以破裂，所以，凝固后樣品中的氣孔分布較不加表面活性劑時更均勻，很少有大氣孔出現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物以鎳鐵渣為主要原料，能夠大量利用鎳鐵渣，可有效處理工業(yè)固體廢棄物，減少環(huán)境污染;原料充足，成本低，實(shí)現(xiàn)了鎳鐵渣的資源化利用，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
[0013]2.本發(fā)明的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物孔徑均勻，固化速度快，強(qiáng)度高，耐久性好，生產(chǎn)效率高，是一種防火、耐久、高效絕熱的地質(zhì)聚合物發(fā)泡材料。
[0014]3.本發(fā)明的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物鎳鐵渣利用率高，制備方法簡單方便，易于操作，不需要高溫煅燒，節(jié)約大量的能源和資源，減少CO2的排放，對節(jié)約能源、廢物利用和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明保護(hù)范圍并不受制于本發(fā)明的實(shí)施例。
[0016]實(shí)施例1
將100份水玻璃、0.1份水滑石、0.1份松香酸鈉和0.1份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑Al;將20份雙氧水、I份十二烷基苯磺酸鈉和60份水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑BI ；將100份鎳鐵渣、5份堿性激發(fā)劑Al、0.1份發(fā)泡劑BI和20份水在攪拌機(jī)中攪拌5min得發(fā)泡漿體;將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡12h后脫模得發(fā)泡塊；將發(fā)泡塊60°C蒸養(yǎng)12h得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。測其抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)，其基本指標(biāo)如下:抗壓強(qiáng)度為6.23MPa，氣孔率為60%左右，體積密度為0.65g/cm3左右。
[0017]實(shí)施例2
將100份水玻璃、0.5份水滑石、0.2份松香酸鈉和0.2份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑A2;將20份雙氧水、2份十二烷基苯磺酸鈉和65份水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑B2;將100份鎳鐵渣、8份堿性激發(fā)劑A2、0.5份發(fā)泡劑B2和25份水在攪拌機(jī)中攪拌1min得發(fā)泡漿體;將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡12h后脫模得發(fā)泡塊;將發(fā)泡塊60°C蒸養(yǎng)12h得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。測其抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)，其基本指標(biāo)如下:抗壓強(qiáng)度為7.68MPa，氣孔率為65%左右，體積密度為0.61g/cm3左右。
[0018]實(shí)施例3
將100份水玻璃、0.5份水滑石、0.5份松香酸鈉和0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑A3;將30份雙氧水、5份十二烷基苯磺酸鈉和70份水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑B3;將100份鎳鐵渣、15份堿性激發(fā)劑A3、0.8份發(fā)泡劑B3和30份水在攪拌機(jī)中攪，15min得發(fā)泡漿體;將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡24h后脫模得發(fā)泡塊；將發(fā)泡塊80°C蒸養(yǎng)24h得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。測其抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)，其基本指標(biāo)如下:抗壓強(qiáng)度為9.37MPa，氣孔率為70%左右，體積密度為0.57g/cm3左右。
[0019]實(shí)施例4
將100份水玻璃、0.8份水滑石、0.8份松香酸鈉和0.8份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑A4;將40份雙氧水、3份十二烷基苯磺酸鈉和60份水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑B4;將100份鎳鐵渣、20份堿性激發(fā)劑A4、1.0份發(fā)泡劑B4和40份水在攪拌機(jī)中攪拌20min得發(fā)泡漿體;將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡24h后脫模得發(fā)泡塊;將發(fā)泡塊60°C蒸養(yǎng)12h得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。測其抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)，其基本指標(biāo)如下:抗壓強(qiáng)度為5.12MPa，氣孔率為80%左右，體積密度為0.46g/cm3左右。
[0020]實(shí)施例5
將100份水玻璃、1.0份水滑石、1.0份松香酸鈉和1.0份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑A5;將30份雙氧水、3份十二烷基苯磺酸鈉和60份水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑B5;將100份鎳鐵渣、8份堿性激發(fā)劑A5、1.5份發(fā)泡劑B5和25份水在攪拌機(jī)中攪拌15min得發(fā)泡漿體;將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡24h后脫模得發(fā)泡塊;將發(fā)泡塊60°C蒸養(yǎng)12h得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。測其抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)，其基本指標(biāo)如下:抗壓強(qiáng)度為4.78MPa，氣孔率為80%左右，體積密度為0.45g/cm3左右。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物，其特征在于，是由下列重量份數(shù)的組份組成:鎳鐵渣.100份、堿性激發(fā)劑5-20份、發(fā)泡劑0.1-1.5份、水20-40份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物，其特征在于，所述堿性激發(fā)劑是由下列重量份數(shù)的組份組成:水玻璃100份、水滑石0.1-1.0份、松香酸鈉0.1-1.0份、脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸鈉0.1-1.0。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物，其特征在于，所述發(fā)泡劑是由下列重量份數(shù)的組份組成:雙氧水20-40份、十二烷基苯磺酸鈉1-5份、水60-70份。4.一種權(quán)利要求1所述的發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物的制備方法，其特征在于，包括下列步驟: .1)按配比稱取或量取水玻璃、水滑石、松香酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得堿性激發(fā)劑； .2)按配比稱取或量取雙氧水、十二烷基苯磺酸鈉和水加入攪拌設(shè)備內(nèi)，攪拌均勻，得發(fā)泡劑； .3)按配比稱取或量取鎳鐵渣、堿性激發(fā)劑、發(fā)泡劑和水，攪拌機(jī)內(nèi)攪拌5-20min，得發(fā)泡漿體； .4)將發(fā)泡漿體注入成型模具中，常溫發(fā)泡6-24h后脫模得發(fā)泡塊； .5)將發(fā)泡塊40-80 0C蒸養(yǎng)6-24h，得發(fā)泡鎳鐵渣地質(zhì)聚合物。
【文檔編號】C04B7/153GK105837066SQ201610213936
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】劉福田, 劉云, 劉梁友
【申請人】濟(jì)南大學(xué)