[发明专利]孔结构高度连通的高孔隙率免烧陶粒的制备方法

说明书

本发明涉及固废资源化及材料技术领域，且公开了孔结构高度连通的高孔隙率免烧陶粒的制备方法，采用两种或者两种以上的发泡剂造孔，并在蒸汽养护过程中控制发泡剂的分解行为，实现后一级孔在前一级孔的基础上形成、长大。首先可以利用建筑垃圾、尾矿、粉煤灰等矿物性固体废弃物制备孔结构高度连通的高孔隙率免烧多孔陶粒，实现固废资源化，较少固体废弃物的排放；其次，本发明通过控制不同发泡剂的热分解行为，使得不同发泡剂的造孔过程逐级实现，提高了孔结构的连通性，进而有效提升免烧多孔陶粒的孔隙率。

技术领域

本发明涉及固废资源化及材料技术领域，具体为孔结构高度连通的高孔隙率免烧陶粒的制备方法。

背景技术

免烧多孔陶粒是以建筑垃圾矿物料、粉煤灰、污泥、尾矿等固体废弃物中的一种或者几种，以及页岩、黏结剂、水及其他添加剂等为原料，经原料前处理(如磨细等)、造粒、常温养护或者(常压或者加压)蒸汽养护制得的多孔颗粒。免烧陶粒已经成为陶粒材料发展的趋势。它具有安全无毒、保温隔热、耐火、吸声降噪、耐候、抗震、绿色环保、防腐等优点，因此被广泛应用于建材、园艺、化工、水处理、保温隔热、吸声降噪等诸多领域，而无论应用于哪一领域，免烧多孔陶粒的孔结构和孔隙率都将显著制约其性能。目前，提高孔隙率的方法主要有以下两种：(1)利用多孔材料做陶粒的支撑体造孔；(2)利用发泡剂(造孔剂或者引气剂)造孔。

对于方法(1)，当前常采用氧化铝、沸石、纤维、高分子树脂、木屑等材料作为孔隙支撑材料，其孔隙率及孔结构主要依赖于多孔材料支撑体，难以进行调控。对于方法(2)，目前常采用铝粉、硅粉、次录酸钠、双氧水、碳酸氢铵以及乙酸铵等作为发泡剂制备多孔免烧陶粒。采用方法(2)造孔时，多孔陶粒的孔隙率难以得到有效提升，陶粒的视密度大，其功能性指标较差；而且，当前仅仅考虑了单一发泡剂的造孔过程，对于多造孔剂的造孔过程尚无相关研究。采用单一发泡剂造孔时，孔结构几乎在同一时段完成，难以形成高度连通的孔结构，因而其孔隙率难以得到有效的提升，严重制约了免烧多孔陶粒的实际应用。

现有技术一的技术方案与本专利最相关的技术为广西科技大学吴辉琴、盘荣俊等提出的、以乙酸铵(Materials,2019,12,4124)和碳酸氢铵(材料科学与工程学报,2020,38(4)579-584)为发泡剂制备免烧多孔陶粒的技术方案。在上述陶粒制备的整个过程中，分别使用了乙酸铵和碳酸氢铵作为发泡剂；在养护过程中，以不同的升温速率将生陶粒从室温加热至需要的温度，并养护一定时间后得到所述的多孔免烧陶粒。该技术只涉及到单一发泡剂的使用，不涉及两种或者多种发泡剂的使用；此外，该技术不是蒸汽养护，而且只涉及了升温速率，没有涉及升温过程中采取多个保温阶段。

现有技术二的技术方案与本专利部分相关的技术为广西科技大学吴辉琴、盘荣俊等提出的专利技术(专利号：CN111499405A)。上述技术是将一定比例的粉煤灰、水泥、石灰和石膏混合均匀后进行球磨，将膨胀珍珠岩球磨；将球磨后的上述粉末按质量比100:4～8的比例混合均匀；将混合原材料在造粒机中进行造粒处理，得到球形生陶粒；将生陶粒以5℃/min的速率升温至110℃后进行蒸压处理，即得所述多孔陶粒。该技术仅涉及到升温速率的调控，不涉及发泡剂的使用。

现有技术三的技术方案与本专利稍微相关的技术有山西大学宋慧平、柴春镜、冯政君、贾阳杰和程芳琴等提出的专利(专利号：CN111620658)。上述技术是将60～80份的粉煤灰、20～40份的氧化钙、1～2份的脱硫石膏、0.1～2份的农用高分子吸水树脂等原料混合并置于盘式造粒机中，将50～70份的水以1～5份/分钟的流量喷洒至造粒机中制得生陶粒；然后将生陶粒进行蒸压养护，养护温度程序为：先在90～120℃养护1～2h，然后在150～200℃氧化8～12h，最后自然降温至室温，即得多孔免烧陶粒。该技术仅涉及养护温度的调控，不涉及发泡剂的使用。