一種煤矸石多孔材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用未煅燒煤矸石通過(guò)物理發(fā)泡與凝膠注膜成型相結(jié)合制備多孔材料的方法，該煤矸石多孔材料主要用于保溫、隔熱、隔音等方面。
【背景技術(shù)】
[0002]煤矸石作為一種與煤伴生的礦產(chǎn)資源，卻一直被當(dāng)作固體廢棄物堆積在礦山現(xiàn)場(chǎng)。目前我國(guó)擁有的煤矸石山1600多座，總儲(chǔ)量超過(guò)45億噸，這不僅占用大量土地，而且污染水源和空氣、阻塞河道，對(duì)礦山區(qū)及周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生了極大不良影響，如何充分利用煤矸石已是十分緊要的任務(wù)。近年來(lái)隨著對(duì)煤矸石研宄的加深，對(duì)其資源化利用也逐漸由最初的低附加值轉(zhuǎn)為高附加值。以往煤矸石主要用于礦山、井下、巷道回填(中國(guó)專(zhuān)利CN102285772A)、燒制矸石磚(中國(guó)專(zhuān)利CN203097066U、CN102992737A)、作為燃料(中國(guó)專(zhuān)利CN102954463A、CN103045319A)、燒制水泥(中國(guó)專(zhuān)利CN102942315A)、提取化工產(chǎn)品(中國(guó)專(zhuān)利CN202582158U)等方面，這些利用的主要不足之處是不能將煤矸石的高利用率和高附加值同時(shí)體現(xiàn)出來(lái)，而將煤矸石用于多孔材料的制備，不僅能大量利用煤矸石，減輕對(duì)礦山區(qū)及其周?chē)h(huán)境的污染，而且能提高煤矸石的利用附加值，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]以煤矸石為原料，經(jīng)過(guò)破粉碎后篩分出合適粒徑的粉料，制備出輕質(zhì)、高強(qiáng)的多孔材料。由于其生產(chǎn)成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、燒結(jié)制度溫和、孔結(jié)構(gòu)良好，是一種附加值和利用率均較高的利用方案。煤矸石多孔材料中的孔可以通過(guò)添加造孔劑造孔，也可通過(guò)添加發(fā)泡劑發(fā)泡造孔。其孔的形貌與孔徑大小及其分布是決定多孔材料保溫隔熱隔音等性能的關(guān)鍵因素，也是影響其強(qiáng)度和密度的重要因素。制備煤矸石多孔材料的發(fā)泡劑要求發(fā)泡效率較高、穩(wěn)泡效果要較好，對(duì)煤矸石料將的親和性要好。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中利用煤矸石制備多孔材料的介紹主要有:
[0005]期刊《中國(guó)陶瓷》2010年第6期46卷第50至第51頁(yè)公開(kāi)了一篇張繼香撰寫(xiě)的利用煤矸石制備多孔陶瓷吸聲材料的研宄文章。研宄表明，加入造孔劑和其他外加劑，采用凝膠注模成型工藝可制得孔隙率達(dá)81.6%的高頻吸聲性能優(yōu)越的多孔吸聲材料，但壓縮強(qiáng)度有待進(jìn)一步提高；樣品的總孔隙率和開(kāi)口孔隙率隨發(fā)泡劑濃度的增大而增大、隨固相體積分?jǐn)?shù)的增大而減小，且開(kāi)口孔隙率的變化更明顯；制品的高頻吸聲性能優(yōu)越而中頻吸聲性能較差，低頻的1600?2000Hz有一個(gè)吸收峰；總孔隙率和開(kāi)口孔隙率在固相體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)隨發(fā)泡劑濃度的增大而增大，樣品吸聲性能越好；樣品壓縮強(qiáng)度隨發(fā)泡劑濃度增大而降低、隨固相體積分?jǐn)?shù)增大而增大。
[0006]期刊《煤炭學(xué)報(bào)》1995年第2期20卷第154頁(yè)至第158頁(yè)公開(kāi)了一篇?jiǎng)⑿〔ㄗ珜?xiě)的利用煤矸石制備輕質(zhì)保溫材料的配方的研宄文章。研宄表明，綜合考慮煤矸石制備輕質(zhì)保溫材料的性能指標(biāo)，其制備的合理配方范圍是(重量百分?jǐn)?shù)):煤研石50%?60%;可燃物造孔劑30%?35% ;粘結(jié)劑12%?20% ;外加劑0.15%?0.20%。
[0007]期刊《混凝土與水泥制品》2013年第7期第83頁(yè)至第86頁(yè)公開(kāi)了一篇揣丹撰寫(xiě)的EVA對(duì)煤矸石泡沫混凝土性能的影響研宄，研宄表明，EVA的摻入可有效降低煤矸石泡沫混凝土的密度和導(dǎo)熱系數(shù)；隨EVA的摻入量增加，煤矸石泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，而吸水率則呈先上升后下降趨勢(shì)；當(dāng)EVA乳液摻量為7%時(shí)，煤矸石泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到6.62MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到2.0lMPa,且其干密度、吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)均優(yōu)于普通泡沫混凝土。
[0008]以上研宄表明，利用煤矸石制備多孔材料，在技術(shù)上是完全可行的，但上述技術(shù)至少存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
[0009](I)制品強(qiáng)度較低，在保證高氣孔率和較好性能時(shí)制得的制品壓縮強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求。
[0010](2)添加大量的可燃物造孔劑，煅燒時(shí)燃燒產(chǎn)生大量有害氣體，對(duì)環(huán)境造成污染。
[0011](3)使用前煤矸石需煅燒，造成高能耗，制備過(guò)程水泥用量大，水泥:煤矸石=I: 1，成本較高。
[0012](4)EVA對(duì)人體有刺激作用、危害健康，且粉末與空氣可形成易爆混合物，操作不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目在于針對(duì)煤矸石利用附加值低和利用率低的問(wèn)題，提供一種操作簡(jiǎn)便、安全友好、性能良好的煤矸石多孔材料的制備方法。本發(fā)明采用的煤矸石粉是將小于30mm的粗煤矸石顆粒，以重量比1:1與鋼球混合置于球磨罐中以70rad/min球磨3h，然后過(guò)100目方孔標(biāo)準(zhǔn)篩，所得篩下料作為制樣粉體。
[0014]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0015]A、稱(chēng)取0.3?0.5重量份的十二基硫酸鈉發(fā)泡劑；
[0016]B、稱(chēng)取0.2?0.4重量份的氯化銨促凝劑和5重量份的水，混合均勻；
[0017]C、稱(chēng)取212?353重量份的過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩的煤矸石粉，然后稱(chēng)取按煤矸石重量17%的水和按煤矸石重量30%的硅溶膠，在攪拌機(jī)上以1000rad/min攪拌90s混合均勻，然后將稱(chēng)好的發(fā)泡劑加入料漿中，在1800?2700rad/min的轉(zhuǎn)速下攪拌發(fā)泡2.5min，然后加入制備好的氯化銨溶液，繼續(xù)攪拌0.5min后倒入事先準(zhǔn)備好的模具中成型，在室溫環(huán)境下靜置24h后放入恒溫箱中，分階段調(diào)節(jié)干燥箱的溫度從30°C到110°C ;干燥后再燒結(jié)，燒結(jié)制度為 150°C 保溫 30min、300°C 保溫 20min、500°C 保溫 20min、800°C 保溫 20min、1000°C 保溫3h。
[0018]由上述發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的煤矸石多孔材料具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]工藝流程簡(jiǎn)單，在室溫條件下制備，燒結(jié)制度溫和，原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉、對(duì)人體無(wú)害；原料煤矸石無(wú)需煅燒，采用干法粉磨而非濕磨，節(jié)省了烘干粉料的步驟和能耗，大大降低了成本費(fèi)用。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明采用的煤矸石粉是將小于30mm的粗煤矸石顆粒，以重量比1:1與鋼球混合置于球磨罐中以70rad/min球磨3h，然后過(guò)100目方孔標(biāo)準(zhǔn)篩，所得篩下料作為制樣粉體。下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0021]本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來(lái)確定具體的實(shí)施方式。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本發(fā)明的煤矸石多孔材料的制備方法，包括步驟:
[0024]A、稱(chēng)取5重量份的水和0.2重量份的氯化銨，充分混合溶解，制備促凝劑溶液。
[0025]B、稱(chēng)取212重量份的煤矸石粉、64重量份的硅溶膠溶液(含溶質(zhì)30wt% )和36重