CN116102335B - 一种发泡组合物、紫陶泥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发泡组合物、紫陶泥料及其制备方法，该方法步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过筛后形成泥浆；步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α‑氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；步骤3：向所述的混合泥浆中加入所述的组合物，并以500‑800r/min的速度高速打浆1‑1.5小时，过筛后得到所述的尾矿泥制备紫陶泥料。本发明所述的尾矿泥制备紫陶泥料制成的陶粒或陶器吸水率高，透气性、耐久性、耐候性、抗冲击性好，脆性低，适用于注浆成型、压坯成型等成型方式，可烧制成陶粒，用于改良板结、粘重的土壤，也可直接烧制成花盆、种植箱等器皿。

Description

一种发泡组合物、紫陶泥料及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土领域，尤其是涉及一种发泡组合物、紫陶泥料及其制备方法。

背景技术

铁尾矿泥作为一种固体废物，目前尚无有效利用方法。随着目前我国尾矿库的日趋饱和，以及环保的发展趋势。这种固废的产生将严重影响我国钢铁产业的发展。如何消化利用铁尾矿泥，开发实用利用的技术迫在眉睫。

相对于瓷器，陶器本身即具有较大吸水率，同时其兼顾却多孔的结构，非常适宜作为陆地植物的生长基质，可有效改良土壤板结、粘重等问题，还可提高基质抵抗洪涝的能力。但目前的陶器往往碱性过大，不仅不利于植物生长，而且脆性较大，容易粉化，造成吸水、透气的效果快速下降。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种发泡组合物、紫陶泥料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发泡组合物，该发泡组合物包括质量比为1-5：1-20：0.1-10的稳定剂、石墨粉与引气剂。

优选的，所述的稳定剂、石墨粉与引气剂的质量比为1-2:15-20:0.5-2。

进一步，所述的引气剂为改性木质素磺酸钠；所述的改性木质素磺酸钠的制法如下：常温下，将无水三氯化铝粉末加入卤代烷中，搅拌均匀后，边搅拌边缓慢的加入木质素磺酸钠，木质素磺酸加完后，保持温度不低于90℃，搅拌2-5小时后，降温至室温，过滤不溶物，将所述的不溶物烘干后得到所述的改性木质素磺酸钠。随着反应放热，温度逐渐升温，需控制加料速度，保持卤代烷不沸腾。过滤步骤得到的滤液可适当补充卤代烷和无水三氯化铝，用于下一次反应。将反应放出的气体导入足量的冷水中收集，收集的吸收气体的水，即为低浓度氢卤酸。上述反应的温度保持在90-95℃。

木质素磺酸钠经过改性可以增加木质素磺酸钠的表面活性，产生引气效果。而且该改性方法生成的引气剂与市售引气剂有明显区别：气泡大小不一，稳泡时间短，气泡破裂后可形成连通的网状孔洞，符合本生产的需要。

进一步，所述的卤代烷、木质素磺酸钠、无水三氯化铝的质量比为15-20：3-5：0.1-0.5；所述的卤代烷为α-氯代烷、α-碘代烷或α-溴代烷中的至少一种；所述的氯代烷中的烷烃为碳原子数小于等于12的直链烷烃。

进一步，所述的石墨粉的细度大于等于400目，有效成分大于等于95%；所述的稳定剂为碳酸钠或碳酸氢钠；所述的稳定剂的有效成分大于等于98%。

一种利用尾矿泥制备紫陶泥料，该紫陶泥料由包括如下重量份的原料制成：

所述的发泡组合物3-5份，尾矿泥15-25份，煅烧高岭土1-5份，膨润土0.1-2份，α-氧化铝0.1-5份，流变剂0.1-10份，水2-15份。

进一步，所述的流变剂包括质量比为0.1-3:0.1-5:0.1-2的腐殖酸钠、单宁酸与氢氧化钠。

进一步，所述的煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝的细度均大于等于400目；所述的尾矿泥的含水率为22-28%，氧化铁含量为15-25%，含非硅元素杂的质量为1-2%，其余为二氧化硅。

所述的尾矿泥制备紫陶泥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过筛后形成泥浆；

步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；

步骤3：向所述的混合泥浆中加入所述的组合物，并以500-800r/min的速度高速打浆1-1.5小时，过筛后得到所述的尾矿泥制备紫陶泥料。

进一步，所述的步骤1中的过筛步骤中筛网的孔径为10-18目；所述的步骤2中的过筛步骤中筛网的孔径为45-60目。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的尾矿泥制备紫陶泥料制成的陶粒或陶器吸水率高，透气性、耐久性、耐候性、抗冲击性好，脆性低，适用于注浆成型、压坯成型等成型方式，可烧制成陶粒，用于改良板结、粘重的土壤，也可直接烧制成花盆、种植箱等器皿。

本发明所述的发泡组合物中加入引气剂，引气剂提高泥浆的含气量，提高注浆时泥浆的流动性和可塑性，而石墨粉由于较轻，可粘附于气泡表面，产生稳泡效果；一方面防止注浆时的含气量，另一方面还可以减少坯体干燥时的开裂；在烧制时，会还原部分氧化铁，可增加成品的强度，降低脆性，同时增加产品耐候性；石墨粉会生成二氧化碳，进一步提高产品的孔隙率，赋予产品更高的吸水率和透气性。

本发明采用的引气剂，具有起效时间短、气泡大小不规则等特点。以适应本泥料较快的成型时间，并可形成各种孔径的气泡，以利于成品对透气、透水和土壤改良的需要。

附图说明

图1为烧制得到陶粒的示意图：左边为常规市售陶粒，中间为对比例4的泥料烧制成的陶粒，右边为实施例1的泥料烧制成的陶粒。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

本发明各实施例与各对比例采用的流变剂为内蒙古乌海宏利化工厂生产的腐殖酸钠。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种利用尾矿泥制备紫陶泥料，该紫陶泥料由包括如下重量份的原料制成：所述的发泡组合物3份，尾矿泥15份，煅烧高岭土1份，膨润土2份，α-氧化铝2份，流变剂0.3份，水3份。

所述的发泡组合物，包括质量比为2：10：0.5的碳酸钠、石墨粉与引气剂；所述的引气剂的制法如下：将0.2份无水三氯化铝粉末加入50份卤代烷中，搅拌均匀，边搅拌边缓慢的加入15份木质素磺酸钠，并将放出的气体，导入足量的冷水中收集，随着反应放热，温度逐渐升温，控制加料速度，保持卤代烷不沸腾，木质素磺酸全部加完后，保持温度不低于90℃，搅拌3小时后，降温至室温，过滤不溶物，烘干即为所述引气剂。

所述的尾矿泥制备紫陶泥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过16目筛后形成泥浆；

步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；

步骤3：向所述的混合泥浆中加入所述的组合物，并以700r/min的速度高速打浆1小时，过45目筛后得到所述的尾矿泥制备紫陶泥料。

实施例2

一种利用尾矿泥制备紫陶泥料，该紫陶泥料由包括如下重量份的原料制成：所述的发泡组合物3份，尾矿泥15份，煅烧高岭土3份，膨润土0.1份，α-氧化铝1份，流变剂0.3份，水10份。

所述的发泡组合物，包括质量比为2：10：0.5的碳酸钠、石墨粉与引气剂；所述的引气剂的制法如下：将0.2无水三氯化铝粉末份加入50份卤代烷中，搅拌均匀，边搅拌边缓慢的加入15份木质素磺酸钠，并将放出的气体，导入足量的冷水中收集，随着反应放热，温度逐渐升温，控制加料速度，保持卤代烷不沸腾，木质素磺酸全部加完后，保持温度不低于90℃，搅拌3小时后，降温至室温，过滤不溶物，烘干即为所述引气剂。

所述的尾矿泥制备紫陶泥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过16目筛后形成泥浆；

步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；

步骤3：向所述的混合泥浆中加入所述的组合物，并以700r/min的速度高速打浆1小时，过45目筛后得到所述的尾矿泥制备紫陶泥料。

实施例3

一种利用尾矿泥制备紫陶泥料，该紫陶泥料由包括如下重量份的原料制成：所述的发泡组合物5份，尾矿泥15份，煅烧高岭土4份，膨润土0.2份，α-氧化铝3份，流变剂0.3份，水13份。

所述的发泡组合物，包括质量比为2：10：0.5的碳酸钠、石墨粉与引气剂；所述的引气剂的制法如下：将无水三氯化铝粉末0.2份加入卤代烷50份中，搅拌均匀，边搅拌边缓慢的加入木质素磺酸钠15份，并将放出的气体，导入足量的冷水中收集，随着反应放热，温度逐渐升温，控制加料速度，保持卤代烷不沸腾，木质素磺酸全部加完后，保持温度不低于90℃，搅拌3小时后，降温至室温，过滤不溶物，烘干即为所述引气剂。

所述的尾矿泥制备紫陶泥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过16目筛后形成泥浆；

步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；

步骤3：向所述的混合泥浆中加入所述的组合物，并以700r/min的速度高速打浆1小时，过45目筛后得到所述的尾矿泥制备紫陶泥料。

对比例1

与实施例1的区别之处仅在于：发泡组合物为质量比为2：15：0.2的碳酸钠、石墨粉与引气剂。

对比例2

与实施例1的区别之处仅在于：所述的引气剂为松香酸钠引气剂。

对比例3

与实施例1的区别之处仅在于：所述的引气剂为三萜皂苷引气剂。

对比例4

与实施例1的区别之处仅在于：发泡组合物为质量比为2：15的碳酸钠与石墨粉。

对比例5

与实施例1的区别之处仅在于：发泡组合物为质量比为2：0.5的碳酸钠与引气剂。

对比例6

与实施例1的区别之处仅在于：所述的尾矿泥制备紫陶泥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过16目筛后形成泥浆；

步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；

步骤3：向所述的混合泥浆中加入所述的组合物，混合、过45目筛后得到所述的尾矿泥制备紫陶泥料。

将得到的泥料注入石膏模具，干燥后取出，于1100℃下烧制2小时，缓慢冷却至室温，得到成品。对各实施例与对比例得到的成品进行如下检测，结果如表1所示。

堆积密度：将若干直径0.8-1cm的陶粒于烘箱中干燥至恒重，置于干燥箱中冷却至常温；将1升标准容积桶在电子称上置零，将烘干的陶粒倒入其中，振实并抹平，称取质量即为堆积密度，单位克/升。

表观密度：将月20g直径0.8-1cm的陶粒于烘箱中干燥至恒重，置于干燥箱中冷却至常温，称取质量。在水中浸泡12小时，取出用毛巾擦去表面浮水，置于装有50mL清水的量筒中。用两次称量的质量增长率，作为表观密度。

吸水率：将约20g直径0.8-1cm的陶粒于烘箱中干燥至恒重，置于干燥箱中冷却至常温，称取质量m。将全部陶粒置于装有80mL水的100mL的量筒中，静置半小时后，记录液位v，吸水率为（100-v）÷m，单位mL/g。在水中浸泡12小时，取出用毛巾擦去表面浮水，称重。用两次称量的质量增长率，作为吸水率。

强度：取直径0.8-1cm的陶粒成品，密堆于直径10厘米、高5厘米的缸筒内，用压力机测定破碎强度。单位MPa。

表1 实验结果

由上表可以看出，在粒径基本相同时，表观密度变化不明显，但堆积密度有较大变化，说明发泡组合物对泥料的发泡效果明显，可以形成较多的孔洞用于吸水。从吸水率也可以明显看出，实施例1-3得到的泥料烧制的陶粒确实吸水率较大；同时，实施例1-3得到的泥料的表观密度明显大于市售产品，这就对水土保持有较大效果，不易被水冲走，同时强度也是市售产品的2倍以上，说明实施例1-3得到的泥料烧制的陶粒更能抵抗机械破坏，不易粉化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发泡组合物，其特征在于：该发泡组合物由质量比为2:10:0.5的稳定剂、石墨粉与引气剂组成；

所述的引气剂为改性木质素磺酸钠；所述的改性木质素磺酸钠的制法如下：常温下，将无水三氯化铝粉末加入卤代烷中，搅拌均匀后，边搅拌边缓慢的加入木质素磺酸钠，木质素磺酸钠加完后，保持温度为90-95℃，搅拌2-5小时后，降温至室温，过滤不溶物，将所述的不溶物烘干后即得所述的改性木质素磺酸钠；所述的稳定剂为碳酸钠；

所述的卤代烷、木质素磺酸钠、无水三氯化铝的质量比为50：15：0.2；所述的卤代烷为α-氯代烷、α-碘代烷或α-溴代烷中的至少一种；所述的氯代烷中的烷烃为碳原子数小于等于12的直链烷烃。

2.根据权利要求1所述的发泡组合物，其特征在于：所述的石墨粉的细度大于等于400目，有效成分大于等于95%；所述的稳定剂的有效成分大于等于98%。

3.一种利用尾矿泥制备的紫陶泥料，其特征在于：该紫陶泥料由如下重量份的原料制成：

权利要求1或2所述的发泡组合物 3-5份，

尾矿泥 15-25份，

煅烧高岭土 1-5份，

膨润土 0.1-2份，

α-氧化铝 0.1-5份，

流变剂 0.1-10份，

水 2-15份；

所述的流变剂由质量比为0.1-3:0.1-5:0.1-2的腐殖酸钠、单宁酸与氢氧化钠组成；

所述的煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝的细度均大于等于400目；所述的尾矿泥的含水率为22-28%，氧化铁含量为15-25%，含非硅元素杂质的含量为1-2%，其余为二氧化硅。

4.权利要求3所述的紫陶泥料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将尾矿泥、水与流变剂搅拌均匀、过筛后形成泥浆；

步骤2：向所述的泥浆中加入煅烧高岭土、膨润土、α-氧化铝，搅拌均匀后形成混合泥浆；

步骤3：向所述的混合泥浆中加入权利要求1或2所述的组合物，并以500-800r/min的速度高速打浆1-1.5小时，过筛后即得所述的利用尾矿泥制备的紫陶泥料。

5.根据权利要求4所述的紫陶泥料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的过筛步骤中筛网的孔径为10-18目；所述的步骤3中的过筛步骤中筛网的孔径为45-60目。