CN107973617A - 一种钢渣多孔吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢渣多孔吸声材料及其制备方法，属于吸声材料技术领域。本发明利用动物毛料角蛋白结合在陶瓷材料间，经烧结后形成高孔隙率、高显气孔率，高连通的孔与孔之间的三维孔道，孔隙延伸的曲折度大，内部通道复杂，使得声波入射进入材料后，在连通孔隙中消耗大，有效提高吸声性能，同时降低体积密度、增加显气孔率、增大孔隙壁的粗糙程度提高了孔隙中空气的粘滞性，增加三维连通型气孔提高了粘滞阻力，进而改善材料的吸声性能。

Description

一种钢渣多孔吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钢渣多孔吸声材料及其制备方法，属于吸声材料技术领域。
背景技术
钢渣是炼钢过程中排出的炉渣，是钢铁生产过程排放最多的固体废弃物，排放量约为粗钢产量的15wt%-20wt%，每年以数百万吨的产生量递增，钢渣堆放占用大量土地，并造成资源浪费和环境污染，因此，对钢渣进行处理及资源综合利用，是保证钢铁工业实现可持续发展的主要任务之一。
近年来在制备钢渣微晶玻璃和陶瓷，处理污水、治理水体富营养化等方面进行了诸多尝试和探索，钢渣高效利用的领域越来越广，但由于其成分复杂、易磨性差、安定性差等原因，导致钢渣资源化利用产品品质较低且生产成本高，阻碍了相关利用技术的推广，因此，开发高效、大规模资源化利用钢渣的有效途径仍是重中之重。
随经济的高速发展，噪声污染日趋严重，人们对噪声污染危害的认识不断深入，越来越重视噪声污染治理。治理噪声污染主要采用控制声源及其传播途径、受体防护等方面的措施，而采用吸声材料是最重要的吸声降噪措施之一，其中多孔材料是应用广泛的一类吸声材料。多孔吸声材料种类比较多，按照材质划分，可以分为有机高分子、金属和无机非金属兰类多孔吸声材料。由于有机高分子多孔材料耐高溫性能差和易老化、多孔金属材料成本价格高，而传统的无机非金属多孔材料易碎且对人体健康有害，因而多孔陶瓷、泡沫玻璃等新型无机非金属多孔材料越来越受到重视。
目前，采用廉价原材料、新工艺、新技术开发新型多孔材料成为吸声材料研究的重要方向。钢渣是钢铁生产过程排放最多的固体废弃物，具有成分复杂、耐磨和安定性差等特性，致使我国钢渣资源化利用率低，环境污染严重。钢渣含有部分硅酸盐成分，具有一定的胶凝活性，可用作水泥、陶瓷、玻璃等建材生产的原料。目前噪声污染日益严重、噪声污染治理越发紧迫，而采用钢渣制备多孔陶瓷、泡沫玻璃等新型无机非金属材料吸声降噪越来越受到重视，但是制得的吸声材料孔隙率低、显气孔率低、吸声性能较弱。因此，探索改进利用钢渣制备多孔吸声材料，开发钢渣资源化利用的新途径和新领域，提高钢渣利用率，对企业节约资源、保护环境、提高经济效益具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前所研制的吸声材料孔隙率低、显气孔率低、吸声性能弱的问题，提供了一种钢渣多孔吸声材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种钢渣多孔吸声材料，由下述重量份原料制成：
700～800份陶瓷基础料，300～400份钢渣细粉，30～40份三聚磷酸钠，1～3份羧甲基纤维素，150～200份普通硅酸盐水泥，300～500份动物毛料角蛋白溶液混合均匀后注入模具中并压制成型，干燥烧结后抛光制得。
所述陶瓷基础料是由500～600重量份黏土，300～360重量份白云石，100～120重量份长石，100～120重量份石英石，混合球磨过100～200目筛制得。
所述钢渣细粉为钢渣粉碎过40目筛后球磨至0.047～0.245mm。
所述动物毛料角蛋白溶液为动物毛料水洗干燥后粉碎至1～5mm的碎毛料溶解在氢氧化钠溶液中制得。
所述氢氧化钠溶液的质量分数为2%，用量为碎毛料质量的10倍。
一种钢渣多孔吸声材料的制备，具体步骤为：
（1）将动物毛料水洗干燥后粉碎至1～5mm，得碎毛料；
（2）将碎毛料加入氢氧化钠溶液中，在80～90℃下反应3～5h，过滤收集滤液，得动物毛料角蛋白溶液；
（3）按配方量将黏土、白云石、长石、石英石置于球磨机中球磨1～2h，过100～200目筛，得陶瓷基础料；
（4）将钢渣粉碎过40目筛后球磨至0.047～0.245mm，得钢渣细粉；
（5）将陶瓷基础料、钢渣细粉、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、普通硅酸盐水泥、动物毛料角蛋白溶液，混合均匀后注入模具中并置于液压机上，在15～20MPa下压制成型，得胚体；
（6）将胚体干燥后转入电阻炉中，在1000～1200℃下烧制20～24h，自然冷却使其退火至20～30℃后转入抛光机中，抛光平整1～2mm，得钢渣多孔吸声材料。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明利用动物毛料角蛋白结合在陶瓷材料间，经烧结后形成高孔隙率、高显气孔率，高连通的孔与孔之间的三维孔道，孔隙延伸的曲折度大，内部通道复杂，使得声波入射进入材料后，在连通孔隙中消耗大，有效提高吸声性能，同时降低体积密度、增加显气孔率、增大孔隙壁的粗糙程度提高了孔隙中空气的粘滞性，增加三维连通型气孔提高了粘滞阻力，进而改善材料的吸声性能；
（2）本发明制备的钢渣多孔吸声材料，声波进入材料内部，一方面会引起孔隙中空气分子振动，由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗掉，由于材料内部孔隙很多，这种过程就能反复进行，声波通过这种反复传播，使能量不断转换耗散，由此使材料吸收部分声能，另一方面，由于材料内部具有大量的的微小孔隙和孔洞，但同时它的微元结构又很致密，从而它在孔洞处引起空隙空气振动耗散声能之外，还能在微元结构中很好地阻隔和衰减声音的传播。
具体实施方式
取动物毛料用去离子水洗涤干净并装入烘箱中，在50～55℃下干燥2～3h，再转入粉碎机中粉碎至1～5mm，得碎毛料，取300～500g碎毛料，加入3～5kg质量分数为2%氢氧化钠溶液中，在80～90℃恒温水浴下反应3～5h，过滤收集滤液，得动物毛料角蛋白溶液，取500～600g黏土，300～360g白云石，100～120g长石，100～120g石英石置于球磨机中球磨1～2h，过100～200目筛，得陶瓷基础料，将钢渣装入颚式粉碎机中粉碎，过40目筛，再将过筛后的钢渣装入行星式球磨机中球磨1～2h，并用方孔筛进行筛分，得到粒径0.047～0.245mm的钢渣细粉，取700～800g陶瓷基础料，300～400g钢渣细粉，30～40g三聚磷酸钠，1～3g羧甲基纤维素，装入行星式球磨机中球磨30～40min，再加入150～200g普通硅酸盐水泥，继续球磨混合20～30min后加入300～500g动物毛料角蛋白溶液，混合均匀后注入模具中并置于液压机上，在15～20MPa下压制成型，得胚体，将胚体置于鼓风干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再转入电阻炉中，在1000～1200℃下烧制20～24h，自然冷却使其退火至20～30℃后转入抛光机中，抛光平整1～2mm，得钢渣多孔吸声材料。
实例1
取动物毛料用去离子水洗涤干净并装入烘箱中，在50℃下干燥2h，再转入粉碎机中粉碎至1mm，得碎毛料，取300g碎毛料，加入3kg质量分数为2%氢氧化钠溶液中，在80℃恒温水浴下反应3h，过滤收集滤液，得动物毛料角蛋白溶液，取500g黏土，300g白云石，100g长石，100g石英石置于球磨机中球磨1h，过100目筛，得陶瓷基础料，将钢渣装入颚式粉碎机中粉碎，过40目筛，再将过筛后的钢渣装入行星式球磨机中球磨1h，并用方孔筛进行筛分，得到粒径0.047mm的钢渣细粉，取700g陶瓷基础料，300g钢渣细粉，30g三聚磷酸钠，1g羧甲基纤维素，装入行星式球磨机中球磨30min，再加入150g普通硅酸盐水泥，继续球磨混合20min后加入300g动物毛料角蛋白溶液，混合均匀后注入模具中并置于液压机上，在15MPa下压制成型，得胚体，将胚体置于鼓风干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再转入电阻炉中，在1000℃下烧制20h，自然冷却使其退火至20℃后转入抛光机中，抛光平整1mm，得钢渣多孔吸声材料。
实例2
取动物毛料用去离子水洗涤干净并装入烘箱中，在52℃下干燥2h，再转入粉碎机中粉碎至3mm，得碎毛料，取400g碎毛料，加入4kg质量分数为2%氢氧化钠溶液中，在85℃恒温水浴下反应4h，过滤收集滤液，得动物毛料角蛋白溶液，取550g黏土，330g白云石，110g长石，110g石英石置于球磨机中球磨1h，过150目筛，得陶瓷基础料，将钢渣装入颚式粉碎机中粉碎，过40目筛，再将过筛后的钢渣装入行星式球磨机中球磨1h，并用方孔筛进行筛分，得到粒径0.120mm的钢渣细粉，取750g陶瓷基础料，350g钢渣细粉，35g三聚磷酸钠，2g羧甲基纤维素，装入行星式球磨机中球磨35min，再加入170g普通硅酸盐水泥，继续球磨混合25min后加入400g动物毛料角蛋白溶液，混合均匀后注入模具中并置于液压机上，在17MPa下压制成型，得胚体，将胚体置于鼓风干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，再转入电阻炉中，在1100℃下烧制22h，自然冷却使其退火至25℃后转入抛光机中，抛光平整2mm，得钢渣多孔吸声材料。
实例3
取动物毛料用去离子水洗涤干净并装入烘箱中，在55℃下干燥3h，再转入粉碎机中粉碎至5mm，得碎毛料，取500g碎毛料，加入5kg质量分数为2%氢氧化钠溶液中，在90℃恒温水浴下反应5h，过滤收集滤液，得动物毛料角蛋白溶液，取600g黏土，360g白云石，120g长石，120g石英石置于球磨机中球磨2h，过200目筛，得陶瓷基础料，将钢渣装入颚式粉碎机中粉碎，过40目筛，再将过筛后的钢渣装入行星式球磨机中球磨2h，并用方孔筛进行筛分，得到粒径0.245mm的钢渣细粉，取800g陶瓷基础料，400g钢渣细粉，40g三聚磷酸钠，3g羧甲基纤维素，装入行星式球磨机中球磨40min，再加入200g普通硅酸盐水泥，继续球磨混合30min后加入500g动物毛料角蛋白溶液，混合均匀后注入模具中并置于液压机上，在20MPa下压制成型，得胚体，将胚体置于鼓风干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，再转入电阻炉中，在1200℃下烧制24h，自然冷却使其退火至30℃后转入抛光机中，抛光平整2mm，得钢渣多孔吸声材料。
将本发明制备的钢渣多孔吸声材料及陕西某公司生产的吸声材料进行检测，具体检测结果如下表表1：
表1钢渣多孔吸声材料性能表征
由表1可知本发明制备的钢渣多孔吸声材料，孔隙率高、平均孔径大、吸声性能优良。

Claims (6)

1.一种钢渣多孔吸声材料，其特征在于，所述吸声材料由下述重量份原料制成：
700～800份陶瓷基础料，300～400份钢渣细粉，30～40份三聚磷酸钠，1～3份羧甲基纤维素，150～200份普通硅酸盐水泥，300～500份动物毛料角蛋白溶液混合均匀后注入模具中并压制成型，干燥烧结后抛光制得。
2.如权利要求1所述的一种钢渣多孔吸声材料，其特征在于，所述陶瓷基础料是由500～600重量份黏土，300～360重量份白云石，100～120重量份长石，100～120重量份石英石，混合球磨过100～200目筛制得。
3.如权利要求1所述的一种钢渣多孔吸声材料，其特征在于，所述钢渣细粉为钢渣粉碎过40目筛后球磨至0.047～0.245mm。
4.如权利要求1所述的一种钢渣多孔吸声材料，其特征在于，所述动物毛料角蛋白溶液为动物毛料水洗干燥后粉碎至1～5mm的碎毛料溶解在氢氧化钠溶液中制得。
5.如权利要求4所述的一种钢渣多孔吸声材料，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的质量分数为2%，用量为碎毛料质量的10倍。
6.如权利要求1～5任意一项所述的一种钢渣多孔吸声材料的制备，其特征在于，具体步骤为：
（1）将动物毛料水洗干燥后粉碎至1～5mm，得碎毛料；
（2）将碎毛料加入氢氧化钠溶液中，在80～90℃下反应3～5h，过滤收集滤液，得动物毛料角蛋白溶液；
（3）按配方量将黏土、白云石、长石、石英石置于球磨机中球磨1～2h，过100～200目筛，得陶瓷基础料；
（4）将钢渣粉碎过40目筛后球磨至0.047～0.245mm，得钢渣细粉；
（5）将陶瓷基础料、钢渣细粉、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、普通硅酸盐水泥、动物毛料角蛋白溶液，混合均匀后注入模具中并置于液压机上，在15～20MPa下压制成型，得胚体；
（6）将胚体干燥后转入电阻炉中，在1000～1200℃下烧制20～24h，自然冷却使其退火至20～30℃后转入抛光机中，抛光平整1～2mm，得钢渣多孔吸声材料。
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