一种发泡镍铁渣地质聚合物及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种发泡镍铁渣地质聚合物材料及其制备方法，属于无机非金属材料及工业固体废弃物回收利用技术领域。原料包括：镍铁渣100份、碱性激发剂5?20份、发泡剂0.1?1.5份，水20?40份。所述碱性激发剂是由水玻璃100份、水滑石0.1?1.0份、松香酸钠0.1?1.0份和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1?1.0份组成；所述发泡剂是由双氧水20?40份，十二烷基苯磺酸钠1?5份，水60?70份组成；本发明还提供了其制备方法。本发明的发泡镍铁渣地质聚合物孔径均匀，固化速度快，强度高，耐久性好，生产效率高，是一种防火、耐久、高效绝热的地质聚合物发泡材料。同时，本发明以固体废弃物镍铁渣为主要原料，制备工艺简单，成本低，有利于节约资源、能源和保护环境。
【专利说明】
一种发泡镍铁渣地质聚合物及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及工业废渣资源化利用领域，具体涉及一种发泡镍铁渣地质聚合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002]红土镍矿冶炼镍铁废渣(简称镍铁渣)是提炼金属镍或是在镍铁合金冶炼过程中排出的废弃物经冷水水淬后形成的一种粒化炉渣。据统计，2013年我国全年镍铁产量达71万吨，伴随产生的镍铁渣超过4500万吨。到2015年，镍铁渣的总排放量接近一亿吨。目前，我国对镍铁渣的综合利用率低，其处理方式多以露天堆存或填埋为主，不仅造成资源的浪费，而且占用大量土地。因此，寻求一种经济合理的技术途径正确处置和综合利用镍铁渣，不仅对保持不锈钢行业及镍行业的健康持续发展具有重要的战略意义，而且对于环境压力的缓解也具有十分重要的意义。
[0003]地质聚合物(Geopolymer)是法国科学家Davidovits利用活性低I丐S1-Al质材料与高碱溶液反应，于1978年首次研发的一种具有高分子聚合物结构的新型无机胶凝材料，这类材料既具有有机高分子、陶瓷、水泥等材料的优良性能，又多以粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、偏高岭土等工业固体废弃物或天然硅铝酸盐矿物为主要原料，工艺简单、节能环保。发泡地质聚合物是指以地质聚合物材料为基体或通过地质聚合物法制备的发泡材料，孔径均匀，固化速度快，强度高，耐久性好，生产效率高，是一种防火、耐久、高效绝热的地质聚合物发泡材料。同时，发泡地质聚合物以固体废弃物为主要原料，制备工艺简单，成本低，有利于节约资源、能源和保护环境。
【发明内容】
[0004]本发明的目的主要在于，针对我国镍铁渣排放量大、利用率低、对环境污染大的问题，提供了一种发泡镍铁渣地质聚合物材料，具有成本低、工艺简单、消耗量大、无毒无污染的特点，是实现镍铁渣资源化利用的有效途径。
[0005]本发明的另一目的在于，提供了该发泡镍铁渣地质聚合物材料的制备方法。
[0006]本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种发泡镍铁渣地质聚合物，是由下列重量份数的组份组成:镍铁渣100份、碱性激发剂5-20份、发泡剂0.1-1.5份、水20-40份。
[0007]所述的碱性激发剂是由下列重量份数的组份组成:水玻璃100份、水滑石0.1-1.0份、松香酸钠0.1-1.0份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1-1.0份。
[0008]所述的发泡剂是由下列重量份数的组份组成:双氧水20-40份、十二烷基苯磺酸钠1-5 份、水60-70份。
[0009]本发明上述发泡镍铁渣地质聚合物的制备方法，包括下列步骤:
I)按配比称取或量取水玻璃、水滑石、松香酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂； 2)按配比称取或量取双氧水、十二烷基苯磺酸钠和水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂；
3)按配比称取或量取镍铁渣、碱性激发剂、发泡剂和水，搅拌机内搅拌5-20min，得发泡浆体；
4)将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡6-24h后脱模得发泡块；
5)将发泡块40-80°C蒸养12-24h，得发泡镍铁渣地质聚合物。
[0010]本发明的碱性激发剂中，水滑石是一种带有正电荷的金属氧化物，其层间通过羟基的氢键和静电力缔合。镍铁渣中的微量金属离子，如钙、镁、铁等多价金属离子，与水滑石产生络合反应，使镍铁渣表面活化并且形成庞大的网络络合结构，显著提高发泡镍铁渣地质聚合物的机械强度。松香酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠具有很好的乳化分散作用和良好的润滑作用，二者协同作用，可显著提高水玻璃的激发性能，降低碱性激发剂的成本。水滑石、松香酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与水玻璃共同作用，可实现激发镍铁渣胶凝材料活性的超叠加效应，所得碱性激发剂的激发活性大大增强，显著提高镍铁渣的水化活性。
[0011]发泡剂加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，可以降低体系的表面能而使体系趋于稳定，同时气泡表面也更有弹性，难以破裂，所以，凝固后样品中的气孔分布较不加表面活性剂时更均匀，很少有大气孔出现。
[0012]本发明的有益效果:
1.本发明的发泡镍铁渣地质聚合物以镍铁渣为主要原料，能够大量利用镍铁渣，可有效处理工业固体废弃物，减少环境污染;原料充足，成本低，实现了镍铁渣的资源化利用，具有很好的经济和社会效益。
[0013]2.本发明的发泡镍铁渣地质聚合物孔径均匀，固化速度快，强度高，耐久性好，生产效率高，是一种防火、耐久、高效绝热的地质聚合物发泡材料。
[0014]3.本发明的发泡镍铁渣地质聚合物镍铁渣利用率高，制备方法简单方便，易于操作，不需要高温煅烧，节约大量的能源和资源，减少CO2的排放，对节约能源、废物利用和保护环境具有重要意义。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，本发明保护范围并不受制于本发明的实施例。
[0016]实施例1
将100份水玻璃、0.1份水滑石、0.1份松香酸钠和0.1份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂Al;将20份双氧水、I份十二烷基苯磺酸钠和60份水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂BI ；将100份镍铁渣、5份碱性激发剂Al、0.1份发泡剂BI和20份水在搅拌机中搅拌5min得发泡浆体;将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡12h后脱模得发泡块；将发泡块60°C蒸养12h得发泡镍铁渣地质聚合物。测其抗压强度和孔结构，其基本指标如下:抗压强度为6.23MPa，气孔率为60%左右，体积密度为0.65g/cm3左右。
[0017]实施例2
将100份水玻璃、0.5份水滑石、0.2份松香酸钠和0.2份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂A2;将20份双氧水、2份十二烷基苯磺酸钠和65份水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂B2;将100份镍铁渣、8份碱性激发剂A2、0.5份发泡剂B2和25份水在搅拌机中搅拌1min得发泡浆体;将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡12h后脱模得发泡块;将发泡块60°C蒸养12h得发泡镍铁渣地质聚合物。测其抗压强度和孔结构，其基本指标如下:抗压强度为7.68MPa，气孔率为65%左右，体积密度为0.61g/cm3左右。
[0018]实施例3
将100份水玻璃、0.5份水滑石、0.5份松香酸钠和0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂A3;将30份双氧水、5份十二烷基苯磺酸钠和70份水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂B3;将100份镍铁渣、15份碱性激发剂A3、0.8份发泡剂B3和30份水在搅拌机中搅，15min得发泡浆体;将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡24h后脱模得发泡块；将发泡块80°C蒸养24h得发泡镍铁渣地质聚合物。测其抗压强度和孔结构，其基本指标如下:抗压强度为9.37MPa，气孔率为70%左右，体积密度为0.57g/cm3左右。
[0019]实施例4
将100份水玻璃、0.8份水滑石、0.8份松香酸钠和0.8份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂A4;将40份双氧水、3份十二烷基苯磺酸钠和60份水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂B4;将100份镍铁渣、20份碱性激发剂A4、1.0份发泡剂B4和40份水在搅拌机中搅拌20min得发泡浆体;将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡24h后脱模得发泡块;将发泡块60°C蒸养12h得发泡镍铁渣地质聚合物。测其抗压强度和孔结构，其基本指标如下:抗压强度为5.12MPa，气孔率为80%左右，体积密度为0.46g/cm3左右。
[0020]实施例5
将100份水玻璃、1.0份水滑石、1.0份松香酸钠和1.0份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂A5;将30份双氧水、3份十二烷基苯磺酸钠和60份水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂B5;将100份镍铁渣、8份碱性激发剂A5、1.5份发泡剂B5和25份水在搅拌机中搅拌15min得发泡浆体;将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡24h后脱模得发泡块;将发泡块60°C蒸养12h得发泡镍铁渣地质聚合物。测其抗压强度和孔结构，其基本指标如下:抗压强度为4.78MPa，气孔率为80%左右，体积密度为0.45g/cm3左右。
【主权项】
1.一种发泡镍铁渣地质聚合物，其特征在于，是由下列重量份数的组份组成:镍铁渣.100份、碱性激发剂5-20份、发泡剂0.1-1.5份、水20-40份。2.根据权利要求1所述的发泡镍铁渣地质聚合物，其特征在于，所述碱性激发剂是由下列重量份数的组份组成:水玻璃100份、水滑石0.1-1.0份、松香酸钠0.1-1.0份、脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸钠0.1-1.0。3.根据权利要求1所述的发泡镍铁渣地质聚合物，其特征在于，所述发泡剂是由下列重量份数的组份组成:双氧水20-40份、十二烷基苯磺酸钠1-5份、水60-70份。4.一种权利要求1所述的发泡镍铁渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括下列步骤: .1)按配比称取或量取水玻璃、水滑石、松香酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入搅拌设备内，搅拌均匀，得碱性激发剂； .2)按配比称取或量取双氧水、十二烷基苯磺酸钠和水加入搅拌设备内，搅拌均匀，得发泡剂； .3)按配比称取或量取镍铁渣、碱性激发剂、发泡剂和水，搅拌机内搅拌5-20min，得发泡浆体； .4)将发泡浆体注入成型模具中，常温发泡6-24h后脱模得发泡块； .5)将发泡块40-80 0C蒸养6-24h，得发泡镍铁渣地质聚合物。
【文档编号】C04B7/153GK105837066SQ201610213936
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】刘福田, 刘云, 刘梁友
【申请人】济南大学