一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法与流程

本发明属于涉及一种泡沫保温材料的制备方法，具体涉及一种以气化渣作为掺合料代替部分水泥的同时作为体系的轻集料的发泡免蒸砌块的制备方法。

背景技术：

我国拥有丰富的煤炭资源，而总的能源特征是“富煤、少油、有气”。随着煤制油的技术不断成熟，越来越多的煤炭工业向着煤制油工业转型，而在煤制油产业的高效运行的同时也产生了大量固体废料。煤制油过程中产生的固废统称为气化渣，其主要成分除了没有烧失完全的残碳外，还包含大量sio2、al2o3等活性物质，同时气化细渣的粒度很细，如果得不到及时恰当的处理，不仅会对环境造成一定的危害，同时较细的粉尘进入人体内会对人的健康造成一定的危害。

同时，气化渣按粒径分为气化粗渣和气化细渣，气化粗渣中sio2和al2o3等高活性矿物的含量较高，同时含有10%左右的残碳，这类粗渣粒径主要集中在4目~60目；气化细渣中残碳量高达30%以上，但其中高活性矿物的含量较气化粗渣少，这类细渣的粒径主要集中在120目~300目并且其中三分之一小于200目。liz、zhangy、zhaoh等分别对气化粗渣和气化细渣对水泥水化的影响进行了研究，研究结果表示在混凝土系统中高活性矿物含量、地残碳量的气化粗渣更适合替代部分水泥或作为细骨料。原因在于较多的残碳会包覆在活性矿物相的表面从而影响其参与水泥水化反应以及后期混凝土的强度（liz,zhangy,zhaoh,etal.structurecharacteristicsandcompositionofhydrationproductsofcoalgasificationslagmixedcementandlime[j].constructionandbuildingmaterials,2019,213:265-274.）。

目前气化渣在泡沫混凝土方面的应用存在掺量较低时（20%左右），浆体流动性降低，工程可行性降低；掺量过高时（＞50%）时，混凝土强度降低问题。所以，合理的气化渣掺量成为决定泡沫混凝土性能的关键。

技术实现要素：

本发明利用分筛处理后的气化粗渣作为掺合料代替部分水泥的同时作为体系的轻集料来制备一种发泡免蒸砌块。在制备过程中浆体的流动性好、需水量低，所制备的发泡免蒸砌块具有良好性能的同时，还解决了气化渣的综合利用和环境污染问题。

本发明的优势在于利用了煤气化粗渣高活性矿物相、低残碳量、粒径大的特点，使其在制备发泡免蒸砌块的过程中作为掺合料代替部分水泥的同时作为体系的轻集料，增强水泥浆体流动性的同时降低需水量。

本发明的目的提供一种以煤气化渣作为原料制备发泡免蒸砌块的方法，拟通过本方法制备出一种密度为0.51~0.71kg/m³；强度达1.0~5.0mpa；热导率≤0.12w/(m•k)的具有极佳的建筑性能和保温性能的泡沫保温材料。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是提供一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，包括以下步骤：

1）第一步，对气化渣进行分筛处理；

2）第二步，将第一步得到处理后的气化渣与水泥按比例混合后加入稳泡剂、促凝剂、减水剂，放入搅拌器进行干混

3）第三步，向第二步干混完成后的干料中加水后继续搅拌；

4）第四步，向第三步搅拌完成后的浆料中加入发泡剂，搅拌1.5min后放入模具中静置发泡、成模。

所述步骤1）中，经分筛处理的煤气化渣为粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

所述步骤2）中，气化渣与水泥按质量份比为（3~4）∶（6~7）的比例混合。

所述步骤2）中，稳泡剂选用纤维素醚（hpmc），掺量为0.5wt%；促凝剂选用铝酸钠，掺量为0.45wt%；减水剂选用萘系减水剂，掺量为0.8wt%。

所述步骤4）中，发泡过程采用物理发泡和化学发泡中的一种。

所述步骤4）中，物理发泡剂选植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂中的一种，化学发泡剂选h2o2、铝粉中的一种。

所述步骤4）中，发泡过程若选用物理发泡，需对发泡剂进行预发泡处理后再加入浆料中，预发泡处理是将发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后加入发泡机进行发泡。

所述步骤4）中，模具成型过程采用自然养护成型。

本发明的有益效果是：

（1）本发明利用煤气化渣作为掺合料代替部分水泥的同时作为体系的轻集料制备发泡免蒸砌块，制备过程中浆体流动性好、需水量低，制备的样品具有一定的性能优势。降低成本的同时实现了对固废的资源化再利用的同时解决了煤气化渣对环境的污染；

（2）本发明制备出的发泡免蒸砌块与普通泡沫保温材料进行对比，本产品在具备较好的性能优势的同时还节约了一定的成本。其干密度为0.51~0.71kg/m³，抗压强度可达到1.0~5.0mpa，导热系数为0.08~0.12w/(m·k)。

（3）由于气化粗渣具有粒径较粗的特点，当它被作为填料与水泥混合时，水泥颗粒会填充在粒径较大的粗渣产生的空隙中，这种填充效应可以有效的增强水泥浆体的流动度、降低体系的需水量。同时，这种填充效应在水泥硬化过程中还有助于较为密实的水化产物结构的生成。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供的是一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，具体步骤如下：

1）使用10目与20目的筛网分别对煤气化渣进行筛分处理，得到粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

2）将第一步得到的处理后的气化渣与水泥按照质量份比为3∶7的比例混合，同时加入0.45wt%的稳泡剂，0.5wt%的促凝剂，0.8wt%的减水剂，将以上物料放入搅拌器中干混5min；

本步骤中，稳泡剂选用hpmc（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。

3）向完成干混处理的干料中按照0.46的水胶比加入水后继续搅拌5min；

4）向搅拌完成的浆料中加入2wt%的h2o2，搅拌1.5min后倒入模具中静置发泡，随后自然养护成型。

本步骤中，发泡方式选用化学发泡。

本实施例制备的试样结构分布均匀，经测试得容重为0.71kg/m³，28d的抗压强度达到4.92mpa，导热系数为0.088w/(m·k)。

实施例2

本发明提供的是一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，具体步骤如下：

1）使用10目与20目的筛网分别对煤气化渣进行筛分处理，得到粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

2）将第一步得到的处理后的气化渣与水泥按照质量份比为3∶7的比例混合，同时加入0.45wt%的稳泡剂，0.5wt%的促凝剂，0.8wt%的减水剂，将以上物料放入搅拌器中干混5min；

本步骤中，稳泡剂选用hpmc（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。

3）向完成干混处理的干料中按照0.46的水胶比加入水后继续搅拌5min；

4）向搅拌完成的浆料中加入2wt%的铝粉，搅拌1.5min后倒入模具中静置发泡，随后自然养护成型。

本步骤中，发泡方式选用化学发泡。

本实施例制备的试样结构分布均匀，经测试得容重为0.55kg/m³，28d的抗压强度达到4.03mpa，导热系数为0.082w/(m·k)。

实施例3

本发明提供的是一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，具体步骤如下：

1）使用10目与20目的筛网分别对煤气化渣进行筛分处理，得到粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

2）将第一步得到的处理后的气化渣与水泥按照质量份比为4∶6的比例混合，同时加入0.5wt%的稳泡剂，0.45wt%的促凝剂，0.8wt%的减水剂，将以上物料放入搅拌器中干混5min；

本步骤中，稳泡剂选用hpmc（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。

3）向完成干混处理的干料中按照0.46的水胶比加入水后继续搅拌5min；

4）向搅拌完成的浆料中加入3wt%的h2o2，搅拌1.5min后倒入模具中静置发泡，随后自然养护成型。

本步骤中，发泡方式选用化学发泡。

本实施例制备的试样结构分布均匀，经测试得容重为0.43kg/m³，28d的抗压强度达到3.12mpa，导热系数为0.090w/(m·k)。

实施例4

本发明提供的是一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，具体步骤如下：

1）使用10目与20目的筛网分别对煤气化渣进行筛分处理，得到粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

2）将第一步得到的处理后的气化渣与水泥按照质量比为4∶6的比例混合，同时加入0.5wt%的稳泡剂，0.45wt%的促凝剂，0.8wt%的减水剂，将以上物料放入搅拌器中干混5min；

本步骤中，稳泡剂选用hpmc（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。

3）向完成干混处理的干料中按照0.46的水胶比加入水后继续搅拌5min；

4）将1wt%的植物蛋白发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后进行预发泡处理，将处理后的泡沫倒入浆料中搅拌1.5min后倒入模具中静置发泡，随后自然养护成型。

本步骤中，发泡方式选用物理发泡。

本实施例制备的试样结构分布均匀，经测试得容重为0.63kg/m³，28d的抗压强度达到5.0mpa，导热系数为0.085w/(m·k)。

实施例5

本发明提供的是一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，具体步骤如下：

1）使用10目与20目的筛网分别对煤气化渣进行筛分处理，得到粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

2）将第一步得到的处理后的气化渣与水泥按照质量比为4∶6的比例混合，同时加入0.5wt%的稳泡剂，0.45wt%的促凝剂，0.8wt%的减水剂，将以上物料放入搅拌器中干混5min；

本步骤中，稳泡剂选用hpmc（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。

3）向完成干混处理的干料中按照0.46的水胶比加入水后继续搅拌5min；

4）将1.5wt%的植物蛋白发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后进行预发泡处理，将处理后的泡沫倒入浆料中搅拌1.5min后倒入模具中静置发泡，随后自然养护成型。

本步骤中，发泡方式选用物理发泡。

本实施例制备的试样结构分布均匀，经测试得容重为0.57kg/m³，28d的抗压强度达到4.84mpa，导热系数为0.093w/(m·k)。

实施例6

本发明提供的是一种基于煤气化渣的发泡免蒸砌块及其制备方法，具体步骤如下：

1）使用10目与20目的筛网分别对煤气化渣进行筛分处理，得到粒径分布在10目~20目的气化粗渣。

2）将第一步得到的处理后的气化渣与水泥按照质量比为4∶6的比例混合，同时加入0.5wt%的稳泡剂，0.45wt%的促凝剂，0.8wt%的减水剂，将以上物料放入搅拌器中干混5min；

本步骤中，稳泡剂选用hpmc（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。

3）向完成干混处理的干料中按照0.46的水胶比加入水后继续搅拌5min；

4）将1.5wt%的动物蛋白发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后进行预发泡处理，将处理后的泡沫倒入浆料中搅拌1.5min后倒入模具中静置发泡，随后自然养护成型。

本步骤中，发泡方式选用物理发泡。

本实施例制备的试样结构分布均匀，经测试得容重为0.53kg/m³，28d的抗压强度达到4.15mpa，导热系数为0.080w/(m·k)。

对比例1

为探究煤气化渣粒径对发泡免蒸砌块性能的影响，本例将10目~20目的气化粗渣置换为等质量的20目~200目的气化渣，按实施例3所述方法实施得到发泡免蒸砌块。比较显示在制备过程中浆体的流动度有所降低（175mm降至137mm），这是由于有部分气化细渣的存在，导致制备得到的样品中气孔分布不均匀，出现大量连通气孔。经测试得容重为1.12kg/m³，28d的抗压强度为3.02mpa，导热系数为0.11w/(m·k)。

对比例2

本例采用＜200目的气化细渣，按实施例3所述方法实施得到发泡免蒸砌块。由于气化细渣较细的粒径和较高的残碳量，使得在与实施例3相同的减水剂掺量下浆体的流动度大幅降低（降至102mm），同时制备得到的样品发生了坍模现象。经测试得容重为1.33kg/m³，28d的抗压强度为2.94mpa，导热系数为0.15w/(m·k)。

对比例3

本例采用5目~10目的气化粗渣，按实施例3所述方法实施得到发泡免蒸砌块。由于选用的气化粗渣粒径较大，使得在与实施例3相同的减水剂掺量下浆体流动性未受到太大影响但出现了泌浆现象，同时粒径较大的粗渣由于重力作用导致其在流动性较好浆体内混合不均匀，样品成型后表面出现部分凹凸不平的残渣。经测试得容重为1.27kg/m³，28d的抗压强度为2.01mpa，导热系数为0.23w/(m·k)。

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