一种掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料的制备方法【【[0002]目前，国内外常用的建筑保温材料分为有机质和无机质两种。有机质建筑保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、聚氨酯硬质泡沫体(PU)等，其优点是质轻、保温、隔热、防水。但这些有机泡沫材料易老化，不能与建筑物同寿命，在建筑物使用期内，需要多次更换保温层。此外EPS、XPS、PU等都是高分子有机材料，具有易燃、不耐高温、燃烧速度快，同时产生大量的有毒气体等缺陷，存在很大的火灾隐患。[0003]专利CN102040362A《利用废弃水泥砂浆的泡沫混凝土材料、混凝土及制备方法》涉及一种利用废弃水泥砂浆制作泡沫混凝土材料、混凝土及制备方法，所述泡沫混凝土材料包括:废弃水泥砂浆、水泥、木胶粉、石膏、熟石灰、发泡剂泡沫。专利CN102491699A《一种复合装饰泡沫混凝土砌块及其制作方法》提供了一种复合装饰泡沫混凝土砌块及其制作方法，包括泡沫混凝土砌块本体，所述泡沫混凝土砌块本体的至少一个侧壁复合有装饰面板；装饰面板与泡沫混凝土砌块复合为一体。专利CN102501299A《一种泡沫混凝土保温砌块的制备方法》公开了一种泡沫混凝土保温砌块的制备方法，其制备工艺为:用发泡机将发泡剂用机械方式充分发泡，并与水泥浆均匀混合，然后经过泵送系统将泡沫混凝土输送到模具进行大块浇筑；将大块泡沫混凝土切割成符合尺寸要求的小块泡沫混凝土 ；在成品模具内部对此放置成型的泡沫混凝土块，在模具中灌入混凝土，压振成型后撤掉成品模具，得到成型砌块；将上述的成型砌块放置一段时间后得到成品。[0004]目前，市场上的无机类建筑保温材料主要包括膨胀珍珠岩类、加气混凝土砌块、硫铝硅酸盐无机保温板等，该类材料最大的优点就是防火能力强，但是由于其容重、导热系数均偏高，不利于大面积推广。另外由于生产普通硅酸盐水泥需排放大量的CO2及其他污染物，大量使用普通硅酸盐水泥必然导致泡沫混凝土材料的环保性能大打折扣。[0005]总而言之，如何解决保温材料的保温、防火、成本、环保之间的矛盾，是我们亟待解决的问题。因此，发展新型保温材料不但前景广阔，而且势在必行。【
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种无机泡沫建筑保温材料的制备方法，该方法成本低，易于推广，且制备的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料强度高、质轻、保温隔热、防火能力强，而且耐久性好、使用寿命长以及绿色环保。[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:[0008]一种掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)将钒尾矿、高炉水淬矿渣及配料烘干至含水率< 1%，备用；其中，配料是指粉煤灰、脱硫石膏以及水泥熟料、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或轻烧的铝土矿尾矿中的一种或几种的混合体；
[0010]2)将固体废弃物M磨细至比表面积为300m2/kg-2200m2/kg，其中，固体废弃物M包括高炉水淬矿渣和配料，高炉水淬矿渣占固体废弃物M质量的1-90%，配料占固体废弃物M质量的10-99% ；
[0011]3)将钒尾矿采用粉磨至比表面积为400m2/kg-1500m2/kg ;按质量百分数将20-60%的钒尾矿、1-10%的外加剂与30-79%的固体废弃物M混合均匀，得到胶凝材料N，其中，外加剂为速凝剂、早强剂及增强剂中的一种或几种的混合物；
[0012]4)按质量比为聚丙烯纤维:胶凝材料N:三乙醇胺:珍珠岩:硬脂酸钙=(0.2-0.6):40:(0.3-0.6): (1.5~3): (0.3-0.6)，将聚丙烯纤维、胶凝材料N、三乙醇胺、珍珠岩、硬脂酸钙分散到水中并搅拌均匀，得到未发泡料浆S ；
[0013]5)向未发泡料浆S中加入质量浓度为25%_50%的双氧水后，搅拌，得到预发泡料浆，然后将得到的预发泡料浆浇注成型，再经保养、脱模、切割，即得掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料；其中，双氧水与未发泡料浆S中胶凝材料N的质量比为(3~12):100。
[0014]本发明进一步改进在于:步骤2)中，采用球磨机、砂磨机、气流磨、破碎机中的一种或者几种将固体废弃物M磨细。
[0015]本发明进一步改进在于:步骤3)中胶凝材料N的制备方法为:将钒尾矿、粉煤灰、脱硫石膏与水泥熟料、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、轻烧的铝土矿尾矿或高炉水淬矿渣中的一种或几种粉磨，然后掺入外加剂，制备胶凝材料，其中，外加剂为速凝剂、早强剂及增强剂中的一种或几种的混合物。
[0016]本发明进一步改进在于:步骤4)中，首先，将聚丙烯纤维分散到水中，并搅拌均匀，然后依次胶凝材料N，最后依次加入外加剂和三乙醇胺搅拌均匀。
[0017]本发明进一步改进在于:步骤4)中，水为自来水，或三级以上自然地表水体中的水，或相当于自来水质量的地下水，或污水经深度处理后达到三级地表水质量的中水。
[0018]本发明进一步改进在于:步骤4)中,聚丙烯纤维的长度为3mm、6mm、9mm、12mm中的一种或几种。
[0019]本发明进一步改进在于:步骤5)中，向未发泡料浆S中加入质量浓度为30%的双氧水后，搅拌4-12s。
[0020]本发明进一步改进在于:步骤5)中，将浇注满的模具刮平后送入养护室，养护温度为50-99°C，湿度为90-100%，养护时间为6_24小时。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0022]1、本发明选用双氧水作为发泡剂，当双氧水加入未发泡的料浆中后，立刻在未发泡料浆中放出气体，形成较小的气泡，随着反应的进行，越来越多的气泡产生，双氧水周围及小区域内产生气体压力，此压力直接作用在所形成的料浆上，当气体压力引起的切应力大于料浆极限切应力时，这些气泡尺寸增大，加入双氧水的未发泡料浆就开始膨胀，直至发泡完成，从而制得无机泡沫建筑保温材料，由于双氧水分解所形成的孔隙球型封闭且孔径分布均匀，细小的气孔可减少应力集中，提高最终制成的无机泡沫建筑保温材料的不透气性；
[0023]2、本发明在制备掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料的时候，还通过改变搅拌时间和搅拌强度来控制双氧水的分解速度，从而控制无机泡沫建筑保温材料中气泡的大小和孔隙率，得到的无机泡沫建筑保温材料具有尺寸均匀的气泡和孔隙率，在保持泡沫保温材料强度的同时降低导热系数，具有一定的表观密度和较好的保温效果；
[0024]3、本发明为了增加最终制得的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料的强度，还加入了聚丙烯纤维作为增强剂，使聚丙烯纤维与水泥形成互穿网络交织结构，增加泡沫的韧性，减少其缺陷的存在，降低内部裂缝的应力集中系数，有效提高其抗裂性，因此，本发明得到的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料耐久性好、使用寿命长；
[0025]4、本发明中的珍珠岩在发泡料浆中主要起到了支撑、骨架的作用，可防止得到的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料在发泡过程中的塌陷；
[0026]5、本发明加入的三乙醇胺是一种水与胶凝材料反应的渗透剂和反应促进剂，可减少20%的胶凝材料用量，并使产品在较低密度下抗压强度大大提高。另外，本发明的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料，制备方法简单，生产成本低，且绿色环保。
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[0027]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0028]本发明一种掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0029]I)将钒尾矿、高炉水淬矿渣及配料烘干至含水率< 1%，备用；其中，配料是指粉煤灰、脱硫石膏以及水泥熟料、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或轻烧的铝土矿尾矿中的一种或几种的混合体；
[0030]2)将具有火山灰活性和粉末活性的固体废弃物M磨细至比表面积为300m2/kg-2200m2/kg，其中，固体废弃物M包括高炉水淬矿渣和配料，高炉水淬矿渣占固体废弃物M质量的1_90%，配料占固体废弃物M质量的10-99% ；
[0031]3)将钒尾矿采用粉磨至比表面积为400m2/kg-1500m2/kg ;按质量百分数将20_60%的钒尾矿、1-10%的外加剂与30-79%的固体废弃物M混合均匀，得到胶凝材料N，其中，外加剂为速凝剂、早强剂及增强剂中的一种或几种的混合物；
[0032]4)按质量比为聚丙烯纤维:胶凝材料N:三乙醇胺:珍珠岩:硬脂酸钙=(0.2-0.6):40:(0.3-0.6): (1.5~3): (0.3-0.6)，将聚丙烯纤维、胶凝材料N、三乙醇胺、珍珠岩、硬脂酸钙分散到水中并搅拌均匀，得到未发泡料浆S ；
[0033]5)向未发泡料浆S中加入质量浓度为30%的双氧水后，搅拌，得到预发泡料浆，然后将得到的预发泡料浆浇注成型，再经保养、脱模、切割，即得掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料；其中，双氧水与未发泡料浆S中胶凝材料N的质量比为(3~12):100。
[0034]本发明具体实施例如下:
[0035]实施例1:
[0036]将0.20kg的聚丙烯纤维分散到40kg水中，搅拌约30s使其分散均匀；然后加入40kg的胶凝材料,搅拌Imin使其混合均匀；再依次加入0.44kg的硬脂酸钙、2kg的珍珠岩以及0.20kg的三乙醇胺并搅拌30s使其混合均匀，得到未发泡料浆；向未发泡浆料中加入
2.1Okg质量浓度为30%的双氧水，搅拌6s，得到预发泡料浆；将得到的预发泡料浆浇注成型，再依次经保养、脱模和切割，即得孔隙率为92%的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料。
[0037]实施例2:
[0038] 向40kg水中加入0.20kg聚丙烯纤维,搅拌约30s使其分散均匀；再加入40kg胶凝材料，搅拌约Imin,混合均匀后,再依次加入0.44kg硬脂酸|丐、2.5kg珍珠岩以及0.22kg三乙醇胺并搅拌约使其混合均匀30s，得到未发泡料浆；再向未发泡浆料中加入2.1Okg质量浓度为30%双氧水，搅拌约8s，得到预发泡料浆；将得到的预发泡料浆浇注成型，再依次经保养、脱模和切割，即得孔隙率为91%的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料。
[0039]实施例3:
[0040]向40kg水中加入0.20kg聚丙烯纤维，并搅拌约30s使其分散均匀；然后加入30kg胶凝材料，搅拌约Imin,混合均匀后,再依次加入0.44kg硬脂酸H3kg珍珠岩以及0.20kg三乙醇胺并搅拌约30s，得到未发泡料浆；再向未发泡浆料中加入2.1Okg质量浓度为30%双氧水，搅拌约8s，得到预发泡料浆；将得到的预发泡料浆浇注成型，再经保养、脱模、切割等，即得孔隙率为90.5%的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料。
[0041]实施例4:
[0042] 向40kg水中加入0.20kg聚丙烯纤维，搅拌约30s使其分散均匀；再加入25kg的胶凝材料，搅拌约lmin，混合均匀后；再依次加入0.44kg硬脂酸钙、2.60kg珍珠岩以及
0.20kg三乙醇胺并搅拌约30s，得到未发泡料浆；再向未发泡浆料中加入2.1Okg质量浓度为30%的双氧水，搅拌约6s，得到预发泡料浆；将得到的预发泡料浆浇注成型，再依次经保养、脱模和切割，即得孔隙率为91.2%的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料。
[0043]本发明主要机理如下:
[0044]胶凝材料内部含有不同尺度的初始微裂缝、孔隙和缺陷，在施加外力荷载时，这些部位产生比较大的应力会引起裂缝的扩展，最终导致结构破坏。为了增加胶凝材料的强度，向料浆中加入聚丙烯纤维(PP纤维)，使其与无机物形成互穿网络交织结构，增加泡沫的韧性，减少其缺陷的存在，降低内部裂缝的应力集中系数，有效提高其抗裂性。
[0045]本发明加入的三乙醇胺是一种水与胶凝材料反应的渗透剂和反应促进剂，使水泥和水能够充分反应，通过加入三乙醇胺可减少20%的胶凝材料用量，并使产品在较低密度下抗压强度大大提高。
[0046]本发明通过控制三乙醇胺与胶凝材料的质量比在(I~1.2):200，这样三乙醇胺就能促进水与胶凝材料充分接触并发生反应，进而有效提高掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料的强度。
[0047]本发明还通过控制珍珠岩与胶凝材料的质量比在(I~1.5):20来防止发泡过程中的塌陷，其中，发泡料浆中的珍珠岩主要起支撑、骨架的作用，可防止保温材料的塌陷。
[0048]本发明以珍珠岩作为防塌剂，三乙醇胺作渗透剂和反应促进剂，聚丙烯纤维作为增强剂，因此，与传统的保温材料相比，本发明制成的掺钒尾矿无机泡沫建筑保温材料在保持普通建筑材料特点的同时，不但强度高、质轻、保温隔热、防火能力强，而且耐久性好、使用寿命长、绿色环保，便于推广使用。