CN104003753A - 一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，该方法以各种工业固体废弃物为主要原料，通过与成分调节剂一起研磨，借助于特殊的分散剂、模板剂、固膜剂，粘结剂和副孔剂等协同作用，结合浸润堆砌自组装技术，预制成所需形状的具有分级多孔结构的泡沫母体，在特定烧结制度下烧结固化，形成一种超轻质分级阵列孔结构的泡沫材料。本发明制得的材料可作为各种水源中污染物，气体污染物的吸附固定介质，催化剂载体，保温隔热材料等，具有制备工艺简单、原料来源广泛、可大规模生产的特点。

Description

一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法

技术领域

本发明的技术方案涉及一种超轻质分级阵列孔泡沫材料的制备及应用，该材料可作为水和气体污染物的吸附固定介质，催化剂载体，保温隔热材料、吸声降噪材料等。具有制备工艺简单、原料来源广泛、可大规模生产的特点。

背景技术

分级阵列孔材料是一种均匀排列的大孔中嵌套有众多密集的小孔，小孔中又包含有许多纳米级微孔的多孔材料，具有孔容积大，显气孔率高的特点。超轻质分级阵列孔泡沫材料具有容重小，显气孔率更高，类似于有机高分子泡沫材料，如聚氨酯泡沫的特性。

传统的人造超轻质、多孔材料如膨胀石墨、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、蜂窝陶瓷等已广泛应用于不同的生产技术领域。大量作为窑炉的保温隔热材料，吸附净化材料，催化剂的载体材料等，但它们都需要利用高品质的特种矿物资源进行生产，不仅原料来源受限，成本较高，且多为层间距扩张而形成的缝隙。而蜂窝陶瓷作为一种性能优良的催化剂载体材料，已在汽车尾气净化、石化工业等领域得到大规模应用，但生产成本较高，密度较大。

但蜂窝陶瓷的生产通常采用挤压成形，其原料主要为堇青石、莫来石、钛酸铝、碳化硅、氧化锆、氮化硅及堇青石-莫来石、堇青石-钛酸铝等复合基质，还必须在主原料中加入各种添加剂，来提高泥坯的可塑性和流动性。不仅对原料的品质要求高，而且生产技术较复杂，目前，我国也仅能够规模生产400孔/in²以下的蜂窝陶瓷。

随着冶金和各种矿产开发规模的不断增大，各种工业废弃物的堆存量数量迅速增加。以矿产开发中遗留的尾矿为例，其特点是堆存数量大、粒度分布范围宽、类型繁多、组成成分各异、性质复杂。以铁矿尾矿为主，约占金属矿山尾矿堆存总量的1/3以上。目前，仅河北省的尾矿堆存量就达几十亿吨，且以每年1.2～1.5亿t的速度在增长。河北省作为北京的门户，将北京、天津分割包围。钢铁、水泥产业是河北省的经济支柱，特别是钢铁产区集中的承德、唐山、张家口和邢台、邯郸等地区，既是京、津、冀地区重要的水源地，又是瓜果蔬菜等农副产品的主要产地和消费区，其工业生产排放的各种污染物，时刻都在影响着京、津、冀地区的环境质量。如果能够大规模的充分利用这些工业废弃物，制备成墙地砖、透水砖、免烧砖等建材产品，土壤改良剂如复混肥、微肥等服务农业，将会产生巨大的经济效益和社会效益。而开发高品质的超轻质分级阵列孔泡沫材料，不仅可以作为环境治理材料，建筑及工业窑炉的保温隔热材料，催化剂载体材料等，农业培养基材料等，如能得到大规模的开发利用，将会产生更高的经济效益和社会效益。

利用各种矿物工业废弃物为主要原料，人工合成轻质多孔材料的研究报道已有很多，如矿物泡沫，发泡混凝土砌块、保温砖、保温板、保温墙面，泡沫玻璃、多孔陶瓷、蜂窝陶瓷及耐火材料矿物泡沫、聚合物无机矿物复合发泡材料等。其生产主要有如下工艺方法：

第一种方法以水泥为胶结料，各种矿物、尾矿、工业废渣为掺和料，经发泡、护养等工序，制成各种孔结构材料。如专利ZL.200910067411.1利用水泥为胶结料，各种尾矿为掺和料，辅以碎石、珍珠岩，经砌块成型机压制成带有孔洞的砌块骨架，砌块孔洞中注入利用尾矿制备的尾矿泡沫混凝土料浆。CN102295441A利用磨细至100目生石灰、尾矿渣、黄磷炉渣与水泥、清水搅拌成料浆，将料浆用蒸汽加热到40～60℃，加入发泡悬浮液，快速搅拌，并迅速浇注在模具框内；CN102093074A利用铅锌尾矿制备泡沫混凝土砌块，CN103771797A钢渣和矿渣共同掺制备泡沫混凝土砌块，CN102424604A利用碱渣生产加气轻质砌块，CN101412597用铁尾矿为主要原料生产烧结泡沫砖，CN101143768用含硅尾矿制备轻质多孔保温砖，ZL201110326060.9将定量水泥、羧酸系高效减水剂和水混合后搅拌，再加入适量的碱性激发剂和铁尾矿搅拌成料浆，最后加入聚磷酸铵和PS泡沫搅拌制得混合料，混合料入模后振动成型，制成墙体材料。ZL201010197789.6利用膨胀玻化微珠、干粉硅铝酸盐凝胶材料、矿物高模弹性纤维、干粉添加剂以及复合微沫剂等制备成一种轻质防火保温复合板材。ZL201110181105.8采用红土镍矿废渣经水洗、脱水烘干、粉碎、捏合、搅拌、造粒，混入环保阻燃聚合物、相容剂，在150-200℃下熔融反应、发泡挤出成墙体板，在挤出过程中同时注入二氧化碳气体。ZL201110372423.2采用尾矿、粉煤灰、生石灰、水泥、磷石膏、发泡剂、稳定剂为原料制备成墙体材料。ZL201110416661.9利用铁矿围岩和铁尾矿制备的多孔保温材料。或利用聚苯颗粒、聚氨酯泡沫塑料为成孔剂或模板材料，制备泡沫陶粒混凝土如CN102491691A。上述文献制备的多为开孔泡沫混凝土。

第二种方法是将矿物原料的配合料熔融，在熔烧过程中，形成大量封闭的气泡，制成保温复合材料，如泡沫玻璃、泡沫陶瓷以及泡沫砖等。如ZL92102484.3利用含有SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，FeO，K₂O，Na₂O，CaO，MgO等的云母型片岩，在熔烧过程中形成大量封闭的气泡制成承重砖。ZL.200710019009.7，CN102515553A、CN102951784A，CN102417368A，CN1676488，CN101723595A等利用工业尾矿或废弃物为主要原料，加入造孔剂、成核剂及辅助原料等，经球磨、成型、加入耐热模具中，在发泡炉中经过预热、发泡、稳泡和退火，得到泡沫玻璃。ZL201010150473.1，ZL200580001237.0，ZL03132276.X等将矿物原料或工业废料、晶核剂、发泡剂、烧结改性剂等混合破碎，经球磨、造粒、陈腐、成型后，在耐火模具中，经高温烧结、快速冷却、核化处理、快速升温与晶化处理、经再次冷却、退火处理，制得制品微晶泡沫陶瓷材料。或者将矿物原料熔融后，进行水淬、粉碎，再将发泡剂或成孔剂、晶核剂混入到原料中，压制成型，加入到耐热模具中，在发泡炉中经过预热、发泡、稳泡和退火得到泡沫玻璃，或微晶泡沫陶瓷材料。如ZL.200810062873.X，ZL.200910218899.3，CN103102076A等就是采用这种工艺得到泡沫玻璃或微晶玻璃的水淬料。

第三种方法是在常温条件下，将矿物原料，润湿剂，发泡剂，稳泡剂、表面活性剂等，经搅拌液相发泡，经浇注成型，并置于一定温度下护养和固化，干燥制成泡沫陶瓷的素坯，然后送入窑炉，进行烧成。如ZL.201210034759.2，ZL.201210345205.4，CN101289332就是用上述工艺制成轻质泡沫陶瓷材料。ZL.200510027545.2是将浆料发泡和淀粉原位凝固成型工艺相结合制备多孔陶瓷，CN103145444A用类似方法制备轻质多孔莫来石保温隔热陶瓷。

第四种方法是将有机高分子聚合物和无机矿物复合，经特殊的发泡工艺，制成聚合物/无机矿物复合发泡材料等。如ZL200510042906.0将树脂、橡胶、无机矿物、发泡剂、阻燃剂及稳定剂搅拌混合均匀；在混炼机上混炼，制成所需坯体，在烘箱中化学发泡得到复合泡沫吸声材料。CN103275459A用脲醛树脂、发泡剂、表面活性剂、固化剂、增韧剂和填料制成了一种脲醛树脂泡沫保温复合材料。

上述第一种方法生产的各种孔结构混凝土砌块材料，由于使用大量的混凝土为胶结料，存在孔隙间的支撑壁较厚，强度低，吸水率高，导热系数大，保温隔热效果不明显，大多作为建筑中，室内非承重墙的割断材料。第二种熔融方法生产的泡沫材料，形成的主要是闭孔材料。由于是在高温条件下发泡，对原材料的熔点范围要求苛刻，从而要求原料的纯度高、配伍精准，因此技术难度较高，目前还没有利用工业固体废弃物大规模生产泡沫陶瓷、泡沫玻璃材料的案例。第三种常温发泡，高温烧结方法，最大的问题是泡沫体不稳定，在干燥过程中会严重塌缩，影响烧成品的容重，孔隙率。第四种以高分子聚合物与无机矿物复合发泡的方法，实际上矿物粉体的加入量有限，形成的是一种以矿物粉体为增强体的粘弹性泡沫材料，主要作为密封材料、减震材料和鞋底材料等。不耐高温、易吸水、易老化降解，达不到大量利用工业废弃物的目标。

为此，本发明利用各种工业固体废弃物为原料，复配成组分满足要求的原料，经研磨润湿，改变矿物粉体的表面特性，然后在分散剂、模板剂、固膜剂、胶粘剂、副孔剂的协同作用下，通过自组装堆砌成稳定的薄壁空心微泡体，经护养、干燥，预制成特定形状，多层次分级孔结构的泡沫母体，在特定烧结制度下烧结固化，最终形成一种超轻质分级阵列孔结构的泡沫陶瓷材料。

发明内容

本发明主要是以各种工业废弃物为主要原料，通过与成分调节剂一起研磨，借助于特殊的分散剂、模板剂、固膜剂，粘结剂和副孔剂等协同作用，结合浸润堆砌技术，预制成所需形状的具有分级多孔结构的泡沫母体，在特定烧结制度下烧结固化，形成一种超轻质分级阵列孔结构的泡沫陶瓷材料。可作为各种水源中污染物，气体污染物的吸附固定介质，催化剂载体，保温隔热材料等。具有制备工艺简单、原料来源广泛、可大规模生产的特点。

本发明的技术方案为：

一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将各种工业固体废弃物粉碎，与成分调节剂一起研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体；混合粉体中工业固体废弃物的质量占混合粉体总质量的50％～90％，成分调节剂的质量为混合粉体总质量10～50％，工业固体废弃物与成分调节剂质量之和为混合粉体质量的100％；

其中，所述成分调节剂为石英、长石、萤石、石灰石、白云岩、粘土、硼砂和碳酸钠中的两种或多种；成分调节剂的用量分别占混合粉体质量百分数为：石英0％～15％、长石0％～10％、萤石0％～6％、石灰石0％～6％、白云岩0％～8％、粘土0％～10％，硼砂0％～5％、碳酸钠0％～10％；

(2)称取上述混合粉体，加入润湿剂溶液，搅拌均匀，放置3～5小时，使粉体表面充分润湿；其中，润湿剂加入量为：每g混合粉体加润湿剂溶液0.10～0.5mL；

(3)将水、分散剂、模板剂、固膜剂、粘结剂和副孔剂一起加入搅拌机中，搅拌形成微泡沫乳液；再将步骤(2)中的润湿粉体加入其中，搅拌5～60分钟，将制成的浆液倒入透水模具中，放入真空干燥箱中，在压力为0.01MPa～0.08MPa的条件下进行成型，护养0.5～2h后，升温干燥，预制成分级阵列孔结构的泡沫母体；

其中，所述分散剂的加入量为混合矿物粉体质量的0.05％～3％；所述模板剂的加入量为混合矿物粉体质量的0.5％～3％；所述固膜剂的加入量为混合矿物粉体质量的1％～8％；所述胶粘剂的加入量为混合矿物粉体质量的1％～15％；所述副孔剂的加入量为混合矿物粉体质量的5％～20％；

所述水的用量为：每g混合矿粉质量加水1.5～5.0mL；

这里的“护养”是为了使浆液中的矿物颗粒进行自组装堆砌成孔壁，是在常温真空干燥箱中抽真空，控制压力0.01MPa～0.08MPa条件下，保持0.5～2h。然后倒出透出的水、并加温干燥。

(4)将制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体放入匣钵中，放入隧道窑或马弗炉中高温烧结2～4h，然后自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的矿物泡沫材料。

所述各种工业固体废弃物为矿山开发过程中采出的围岩或脉石矿物、选矿厂产出的尾矿，金属冶炼厂产出的高炉渣、电炉渣、工业锅炉产出的粉煤灰等中的一种、两种或两种以上的混合物。

所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种；所述润湿剂溶液的质量百分浓度为3％～15％；

所述分散剂为有机分散剂H-800、聚丙烯酸，焦磷酸钠、六偏磷酸钠等中的一种或两种的混合物；

所述模板剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、三聚氰胺、二甲基硅油、氟硅酸钠和松香皂中的一种或两种的混合物；

所述固膜剂为凹凸棒石、海泡石、埃洛石和纳米碳管一种或两种；

所述胶粘剂为液体橡胶、环氧树脂胶、异氰酸酯、明胶、阿拉伯树脂胶和水玻璃中的一种或两种的混合物；

所述副孔剂为炭粉(活性炭粉、煤粉)、面粉、淀粉和羧甲基纤维素中的一种或两种的混合物；

所述步骤(3)中搅拌是指搅拌机的转速为1000rpm～5000rpm；搅拌时间为5～60min.

所述步骤(3)中干燥是指在60℃～150℃的真空干燥箱中烘干，控制压力为0.01MPa～0.08MPa。

所述透水模具是利用含有透水微孔的碳化硅陶瓷、三氧化二铝陶瓷、石膏或树脂制成的模具。

本发明的有益效果为:一方面利用各种工业固体废弃物作为主要原料，减少优质矿产资源的使用量，成分调节剂的加入能够保证配方组成的一致性，有利于工艺参数的稳定。利用不同粒级超细矿物颗粒间的协同作用，自组装堆砌成毫米级阵列孔的孔壁；而利用粒径小于0.020mm的可燃性碳粉、面粉等作为副孔剂，使其在烧结过程中氧化，而留下大量的微米级阵列孔；以含有纳米阵列孔结构的凹凸棒石、海泡石等为固膜剂，既强化了矿物颗粒间堆砌形成的毫米级阵列孔孔壁的稳定性，又在烧结后留下矿物晶体本身具有的纳米阵列孔，由此制备出包含了三个层次阵列孔的孔结构泡沫材料。同时，用含有透水微孔的陶瓷模具和真空干燥，对于阵列孔泡沫母体的成型、稳定至关重要。

通过本发明的实施，得到的阵列孔结构的泡沫材料，具有容重小、吸水率低、导热系数低、防火、耐高温、寿命长的特点。可作为高性能保温隔热材料，污染物的吸附固定介质，催化剂载体，吸声降噪材料等。如利用铜矿选矿厂生产过程中排出的尾矿制成的阵列孔结构的泡沫材料，其容重仅为0.18g/cm³、导热系数低0.078W/(m·K),抗压强度0.12MPa，显气孔率85.3％，其中毫米孔和微米孔孔体积为5.06cm³/g(排水法测定)，1.7nm～300nm纳米孔孔体积0.159cm³/g(氮气吸附法测定)。

附图说明

图1为实施例中得到的具有分级阵列孔结构的泡沫材料的照片；

图2为实施例中得到的具有分级阵列孔结构的泡沫材料的纳米微孔分布曲线图。

具体实施方式：

实施例1

步骤1配制与研磨

将铜矿选矿厂生产中排出的尾矿研磨粉碎后(其化学成分为(ω％)：SiO₂44.05，Al₂O₃8.32，CaO17.77，MgO12.22，Fe₂O₃10.76，K₂O1.12，Na₂O0.99，其它成分微量。)，取其作为总重量的80％，与石英2％、长石2％、萤石6％、粘土2％，硼砂5％、碳酸钠3％(所述的百分比均为占总重量的百分比，以下实施例同)，各成分加和连同铜尾矿粉末合计为100％。再次利用高能球磨机研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体；

步骤2矿物粉体浸润

将步骤1中混合矿物粉体，加入质量百分浓度为15％的十二烷基苯磺酸钠的润湿溶液，搅匀放置4h，保持混合矿物粉体与润湿溶液的质量(g)：体积(ml)比为1:0.1。

步骤3泡沫体制备

将混合矿物粉体质量百分数3％的聚丙烯酸，0.5％聚丙烯酰胺，8％凹凸棒石，15％明胶，粒径小于0.020mm的20％煤粉和水加入到搅拌桶中，其中，水的加入量为每克混合矿物粉体加3.0mL水，搅拌形成均匀、粘稠的微泡沫溶液后，加入到步骤(2)中已充分润湿矿物中，5000rpm搅拌5分钟，倒入微孔三氧化二铝陶瓷模具中，在真空干燥箱中，0.08MPa条件下成型，护养1.5h后，升温至150℃真空干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。

步骤4泡沫母体烧结

将预制的泡沫母体放入耐高温的陶瓷匣钵中，放入马弗炉中，保持升温速率为6℃/min，1200℃保温1.5h，自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。其容重仅为0.18g/cm³、导热系数低0.078W/(m·K),抗压强度0.12MPa，显气孔率85.3％，其中毫米孔和微米孔孔体积为5.06cm³/g(排水法测定)，1.7nm～300nm纳米孔孔体积0.159cm³/g(氮气吸附法测定)。

本实施例中得到的具有分级阵列孔结构的泡沫材料的照片见图1，从中可以看出：毫米孔的直径范围主要集中在0.02mm～3mm之间，呈多棱状不规则形状，孔隙间形成的支撑壁的厚度约0.1mm。

本实施例中得到的具有分级阵列孔结构的泡沫材料的纳米微孔分布曲线图见图2，从中可以看出，通过氮气吸附法测得的孔径从1.7nm～300nm的纳米微孔的分布曲线，微孔的体积为0.159cm³/g。

实施例2

步骤1配制与研磨

将铁矿开发和选矿过程中形成的尾矿研磨粉碎后(其化学成分为(ω％)：SiO₂30.09，Al₂O₃11.73，CaO5.64，MgO4.33，Fe₂O₃28.02，K₂O0.55，Na₂O1.78，其它成分微量。)，取其作为总重量的50％，再加入成分调节剂，其中石英15％、长石8％、萤石5％、石灰石5％、粘土5％，硼砂5％、碳酸钠7％，各成分加和连同尾矿粉末合计为100％。再次利用高能球磨机研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合矿物粉体；

步骤2矿物粉体浸润

将步骤1中混合粉体，加入含有质量百分浓度为3％的十二烷基磺酸钠的润湿溶液，搅匀放置3h，保持混合矿物粉体与润湿溶液的质量(g)：体积(ml)比为1:0.5。

步骤3泡沫体制备

将混合矿物粉体质量百分数0.05％的六偏磷酸钠，1.5％聚乙烯醇，1.5％三聚氰胺，1％凹凸棒石，1％环氧树脂胶，粒径小于0.020mm的5％活性炭粉和水一起加入到搅拌桶中，其中，水的加入量为每克混合矿物粉体加1.5mL水，搅拌形成均匀、粘稠的微泡沫溶液后，加入到步骤(2)中已充分润湿的矿物中，1000rpm搅拌60分钟，倒入微孔碳化硅陶瓷模具中，在真空干燥箱中，0.01MPa条件下成型，护养2h后，升温至60℃真空干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。

步骤4泡沫母体烧结

将预制的泡沫母体放入耐高温的陶瓷匣钵中，放入隧道窑中，保持升温速率为5℃/min，1186℃保温2h，自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。其容重、抗压强度和显气孔率的测试结果见表1。

实施例3

步骤1配制与研磨

将金矿开发过程中形成的尾矿研磨后(其化学成分为(ω％)：SiO₂66.39，Al₂O₃4.97，CaO4.92，MgO3.54，Fe₂O₃14.63，K₂O1.58，Na₂O0.81，其它成分微量。)，取其作为总重量的70％，与长石10％、萤石1％、粘土6％，硼砂4％、白云石5％，碳酸钠4％混合，各成分加和连同金尾矿粉末合计为100％。再次利用高能球磨机研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体。

步骤2矿物粉体浸润

将步骤1中混合矿物粉体，加入质量百分浓度为2.5％的十二烷基苯磺酸钠和2.5％的十六烷基磺酸钠组成的混合润湿溶液，搅匀放置5h，保持混合矿物粉体与润湿溶液的质量(g)：体积(ml)比为1:0.15。

步骤3泡沫体制备

将混合矿物粉体质量百分数1％的焦磷酸钠和0.05％分散剂H-800，1.5％松香皂，5％海泡石和1.0％水玻璃，10％脲醛树脂胶，粒径小于0.020mm的3.0％淀粉、10％活性炭粉和水加入到搅拌桶中，其中，水的加入量为每克混合矿物粉体加2.0mL水，搅拌形成均匀、粘稠的微泡沫溶液后，加入到步骤(2)中已充分润湿矿物中，2000rpm搅拌25分钟，倒入石膏模具中，在真空干燥箱中，0.05MPa条件下护养成型1.0h后，升温至120℃真空干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。

步骤4泡沫母体烧结

将预制的泡沫母体放入耐高温的陶瓷匣钵中，放入马弗炉中，保持升温速率为5℃/min，1200℃保温2.5h，自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。其容重、抗压强度和显气孔率的测试结果见表1。

实施例4

步骤1配制与研磨

将钢铁厂的电炉炉渣研磨(其化学成分为(ω％)：SiO₂46.75，Al₂O₃2.35，CaO19.6，MgO20.39，Fe₂O₃4.32，K₂O0.58，Na₂O3.81，其它成分微量。)，取其作为总重量的68％，与石英10％，长石6％、萤石5％、粘土10％，碳酸氢钠1％混合，各成分加和连同电炉炉渣粉末合计为100％。再次利用高能球磨机研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体。

步骤2矿物粉体浸润

将步骤1中混合矿物粉体，加入质量百分浓度为1.5％的十六烷基三甲基溴化铵和1.0％十六烷基三甲基氯化铵组成的混合润湿溶液中，搅匀放置4h，保持混合矿物粉体与润湿溶液的质量(g)：体积(ml)比为1:0.20。

步骤3泡沫体制备

将混合矿物粉体质量百分数1％的分散剂H-800，1.5％松香皂和0.5％氟硅酸钠，3％纳米碳管和1％埃洛石，3.0％水玻璃，8％异氰酸酯，粒径小于0.020mm的2％面粉、10％煤粉和水加入到搅拌桶中，其中，水的加入量为每克混合矿物粉体加2.5mL水，搅拌形成均匀、粘稠的微泡沫溶液后，加入到步骤(2)中已充分润湿矿物中，2500rpm搅拌20分钟，倒入石膏模具中，在真空干燥箱中，0.03MPa条件下护养成型1.0h后，升温至120℃真空干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。

步骤4泡沫母体烧结

将预制的泡沫母体放入耐高温的陶瓷匣钵中，放入马弗炉中，保持升温速率为5℃/min，1220℃保温2.0h，自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。其容重、抗压强度和显气孔率的测试结果见表1。

实施例5

步骤1配制与研磨

将钢铁厂高炉炉渣研磨后(其主要化学成分为(ω％)：SiO₂42.39，Al₂O₃13.25，CaO24.65，MgO8.26，Fe₂O₃1.76，K₂O2.52，Na₂O3.16，其它成分微量。)，取其作为总重量的65％，与石英10％，长石8％、硼砂5％，粘土5％，碳酸氢钠7％混合，各成分加和连同高炉炉渣粉末合计为100％。再次利用高能球磨机研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体。

步骤2矿物粉体浸润

将步骤1中混合矿物粉体，加入质量百分浓度为1.5％的十六烷基三甲基溴化铵润湿溶液中，搅匀放置4h，保持矿物粉体与润湿溶液的质量(g)：体积(ml)比为1:0.25。

步骤3泡沫体制备

将混合矿物粉体质量百分数1％的焦磷酸钠和1％聚丙烯酸，1.5％二甲基硅油，5％埃洛石，12％阿拉伯树脂胶，3.0％水玻璃，粒径小于0.020mm的15％面粉、5％羧甲基纤维素和水加入到搅拌桶中，其中，水的加入量为每克混合矿物粉体加5.0mL，搅拌形成均匀、粘稠的微泡沫溶液后，加入到步骤(2)中已充分润湿矿物中，4000rpm搅拌10分钟，倒入多孔碳化硅模具中，护养成型，在真空干燥箱中，0.04MPa条件下护养成型2.0h后，升温至115℃真空干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。

步骤4泡沫母体烧结

将预制的泡沫母体放入耐高温的陶瓷匣钵中，放入马弗炉中，保持升温速率为5℃/min，1120℃保温2.0h，自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。其容重、抗压强度和显气孔率的测试结果见表1。

实施例6

步骤1配制与研磨

将火电厂排放的粉煤灰研磨后(其主要化学成分为(ω％)：SiO₂52.39，Al₂O₃20.25，CaO5.65，MgO2.26，Fe₂O₃4.76，K₂O7.52，Na₂O6.16，其它成分微量。)，取其作为总重量的90％，与硼砂3％，萤石3％、白云岩4％混合，各成分加和连同粉煤灰粉末合计为100％。再次利用高能球磨机研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体。

步骤2矿物粉体浸润

步骤2矿物粉体浸润

将步骤1中混合矿物粉体，加入质量百分浓度为1.0％的十六烷基三甲基氯化铵和0.8％十二烷基磺酸钠组成的润湿溶液中，搅匀放置4h，保持矿物粉体与润湿溶液的质量(g)：体积(ml)比为1:0.30。

步骤3泡沫体制备

将混合矿物粉体质量百分数2％聚丙烯酸和0.5％六偏磷酸钠，1.0％聚乙烯醇，5％海泡石和2％纳米碳管，6％脲醛树脂胶，粒径小于0.020mm的15％面粉和水加入到搅拌桶中，其中，水的加入量为每克混合矿物粉体加3.5mL水，搅拌形成均匀、粘稠的微泡沫溶液后，加入到步骤(2)中已充分润湿矿物中，4500rpm搅拌10分钟，倒入树脂模具中，护养成型，在真空干燥箱中，0.05MPa条件下护养成型2.0h后，升温至96℃真空干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。95℃干燥，预制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体。

步骤4泡沫母体烧结

将预制的泡沫母体放入耐高温的陶瓷匣钵中，放入马弗炉中，保持升温速率为5℃/min，1160℃保温2.0h，自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。其容重、抗压强度和显气孔率的测试结果见表1。

表1分级阵列孔结构泡沫陶瓷材料的物理性能

实施例编号	容重(g/ml)	抗压强度(MPa)	显气孔率(％)
				实施例2	0.36	0.31	75.2
实施例3	0.33	0.27	81.6
				实施例4	0.22	0.14	82.5
实施例5	0.34	0.24	79.7
				实施例6	0.22	0.14	83.2

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (10)

1.一种超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为包括以下步骤：

(1)将各种工业固体废弃物粉碎，与成分调节剂一起研磨，制成96％以上的颗粒粒级小于0.034mm的混合粉体；混合粉体中工业固体废弃物的质量占混合粉体总质量的50％～90％，成分调节剂的质量为混合粉体总质量10～50％，工业固体废弃物与成分调节剂质量之和为混合粉体质量的100％；

其中，所述成分调节剂为石英、长石、萤石、石灰石、白云岩、粘土、硼砂和碳酸钠中的两种或多种；成分调节剂的用量分别占混合粉体质量百分数为：石英0％～15％、长石0％～10％、萤石0％～6％、石灰石0％～6％、白云岩0％～8％、粘土0％～10％，硼砂0％～5％、碳酸钠0％～10％；

(2)称取上述混合粉体，加入润湿剂溶液，搅拌均匀，放置3～5小时；其中，润湿剂加入量为：每g混合粉体的加润湿剂溶液0.10～0.5mL；

(3)将水、分散剂、模板剂、固膜剂、粘结剂和副孔剂一起加入搅拌机中，搅拌形成微泡沫乳液；再将步骤(2)中的润湿粉体加入其中，搅拌5～60分钟，将制成的浆液倒入透水模具中，放入真空干燥箱中，在压力为0.01MPa～0.08MPa的条件下进行成型护养，保持0.5～2h后，升温干燥，预制成分级阵列孔结构的泡沫母体；

其中，所述分散剂的加入量为混合粉体质量的0.05％～3％；所述模板剂的加入量为混合粉体质量的0.5％～3％；所述固膜剂的加入量为混合粉体质量的1％～8％；所述胶粘剂的加入量为混合粉体质量的1％～15％；所述副孔剂的加入量为混合粉体质量的5％～20％；

所述水的用量为：每g混合粉体质量加水的1.5～5.0mL；

(4)将制成具有分级阵列孔结构的泡沫母体放入匣钵中，放入隧道窑或马弗炉中，进行高温烧结2～4h，然后自然冷却，得到具有分级阵列孔结构的泡沫陶瓷矿物材料。

2.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述各种工业固体废弃物为矿山开发过程中采出的围岩或脉石矿物、选矿厂产出的尾矿、金属冶炼厂产出的高炉渣、电炉渣、工业锅炉产出的粉煤灰等中的一种、两种或两种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种；所述润湿剂溶液的质量百分浓度为3％～15％。

4.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述分散剂为有机分散剂H-800、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸等中的一种或两种的混合物。

5.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述模板剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、三聚氰胺、二甲基硅油、氟硅酸钠和松香皂中的一种或两种的混合物。

6.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述固膜剂为凹凸棒石、海泡石、埃洛石、纳米碳管中的一种或两种。

7.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述胶粘剂为液体橡胶、环氧树脂胶、异氰酸酯、明胶、阿拉伯树脂胶和水玻璃中的一种或两种的混合物。

8.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述副孔剂为炭粉(活性炭粉、煤粉)、面粉、淀粉和羧甲基纤维素中的一种或两种的混合物。

9.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述步骤(3)中搅拌是指搅拌机的转速为1000rpm～5000rpm；搅拌时间为5～60min；所述步骤(3)中干燥是指在60℃～150℃的真空干燥箱中烘干，控制压力为0.01MPa～0.08MPa。

10.如权利要求1所述的超轻分级阵列孔泡沫材料的制备方法，其特征为所述透水模具是利用含有透水微孔的碳化硅陶瓷、三氧化二铝陶瓷、石膏或树脂制成的模具。