一種多孔地聚物材料的制備及其性能的表征研究

周樹年 黃連金 王強

【摘 要】以電解MnO2（EMD）工業的錳礦渣和高嶺土為原料，工業水玻璃為堿激發劑在較低溫度下發泡制備錳礦渣地聚物基泡沫材料。單因素實驗考察了發泡溫度、水玻璃模數、粉體加入量、摻水量等因素對材料的影響。

【關鍵詞】錳礦渣；地聚物；堿激發；多孔材料

中圖分類號： TU528.2；TU551 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）05-0020-002

【Abstract】Manganese slag geopolymer foams were prepared by using manganese slag and kaolin from electrolysis MnO2（EMD）industry as raw materials，and industrial water glass as base activator foaming at lower temperature.Single-factor experiments investigated the effects of foaming temperature，water glass modulus，powder addition，and water incorporation on the material.

【Key words】Manganese slag；Geopolymers；Alkali excitation；Porous materials

地聚物多孔材料兼有地聚物材料和多孔材料的獨特優點，是一種制備過程簡單且能耗較低的綠色環保材料，如果制備工藝組合優化得當是很有發展潛力的。盡管國內外有關地聚物科學的理論和應用研究成果正在快速增長，但目前涉及地聚物多孔材料的研究卻很少，對此本文研究了以電解MnO2工業的錳礦渣和偏高嶺土為原料[1，2]，通過化學處理制備多孔地聚物材料的方法[3-5]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

錳礦渣：取自廣西崇左市廣西埃赫曼康密勞化工有限公司儲存的桶裝原渣；高嶺土：散裝，購自廣西崇左市化工產品店；液態工業水玻璃：購自廣西崇左市化工產品店，南寧化工股份有限公司生產，模數為3.1，含Na2O 9.2%、SiO2 28.6%；氫氧化鈉（A.R）：成都市科龍化工試劑廠生產，用于調節水玻璃模數；去離子水：取自實驗室。

馬弗爐：101BS-2型，上海雙彪儀器設備有限公司；電子天平：BS-210g型，上海友聲衡器有限公司；電液式（數顯）萬能試驗機：WES-300D型，濟南品德試驗機有限公司；快速六聯試模：2.0cm×2.0cm×2.0cm方格，上海雷韻試驗儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

（1）高嶺土和錳礦渣的活化

高嶺土和錳礦渣分別置于馬弗爐中煅燒活化：高嶺土800℃煅燒2h，轉化為偏高嶺土；錳礦渣600℃煅燒6h，提高反應活性。冷卻后取出密封保存備用。

（2）粉體的制備

將煅燒好的高嶺土和錳礦渣按質量比為1：1的比例混合均勻，配制成錳礦渣粉體。

（3）調節水玻璃模數

按需稱取一定量的水玻璃，并根據模數計算結果加入相應質量的NaOH，攪拌使其溶解，冷卻備用。

（4）錳礦渣地聚物泡沫材料的制備

根據一定固液比稱量錳礦渣粉體與調好模數的水玻璃并于容器內攪拌混合均勻，視條件必要時加入適量的去離子水，調制成具有低流動性的漿體，注入2cm×2cm×2cm的快速六聯試模方格內，不需加蓋，模具移入烘箱在140℃下反應4h，冷卻后取出脫模即得發泡材料試塊。

（5）主要性能的測定：分別測定材料試塊的孔隙率、容重、抗壓強度等。

2 結果與討論

2.1 摻水量的影響

水玻璃模數3.3，粉體加入量為6g，改變摻水量對錳礦渣地聚物基泡沫材料的孔隙率、容重影響，結果如圖1：

由圖1可知：料體的孔隙率隨摻水量的增加而減少，這是因為摻水量增大導致了氣泡的穩定性變低，氣孔的孔徑不均勻，容易形成閉氣孔，所以孔隙率降低；容重隨摻水量的增加而增大，這是因為閉氣孔的增多，導致泡沫材料的體積減小，故容重增大。

2.2 水玻璃模數的影響

固定粉體加入量為5g，摻水量為0g，改變水玻璃模數對材料孔隙率、抗壓強度、容重的影響結果如圖2：

由圖2可知：材料的孔隙率隨水玻璃模數增大而增大，這是因為模數越小，其漿料的堿性越強，聚合反應越快，起泡越困難，氣孔減少，體積變小，容重減小。

2.3 粉體加入量的影響

固定摻水量為0g，水玻璃模數為3.3，改變粉體加入量對材料的孔隙率、容重的影響結果如圖3：

由圖3可知：材料的孔隙率隨粉體加入量的增大而增大，這是因為粉體加入量增大，漿料粘度增大，通氣孔容易形成，其孔隙率增大，密度增大，故容重增大。

3 結論

研究結果表明：以分別經過煅燒活化處理的錳礦渣粉體和高嶺土粉體為原料制備地聚物多孔材料是基本可行的。在本文研究的范圍內，較佳的工藝條件為發泡溫度為140℃，水玻璃模數為3.1，粉體加入量為7g；制得的錳礦渣地聚物基多孔材料的抗壓強度為0.58～3.43MPa、孔隙率為56.52～80.83%、容重為1.01～1.35g/cm3。

【參考文獻】

[1]于洋，牛福生，吳根.利用礦渣微粉制備地質聚合物的實驗研究[J].中國環境科學學會學術年會優秀論文集，2008.

[2]馬帥，陳平.用錳渣制備地質聚合物的研究[J].混凝土，2008，10：80-83.

[3]唐潔.地聚物基泡沫材料制備及其發泡工藝研究[D].廣西：廣西大學，2009.

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[5]張亮，戴長松，王殿龍，等.泡沫材料的最新研究進展[J].稀有金屬與材料工程，2005，34（3）：337-340.