申请日2018.07.06
公开(公告)日2018.09.11
IPC分类号C04B28/00; C04B38/02; C04B18/04
摘要
本发明涉及无机高分子建筑材料制备领域，特别涉及一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料及其制备方法，所述无机聚合物发泡材料包括由骨料组合物和碱激发剂混合制得的无机聚合物浆体，所述骨料组合物包括污泥粉和含氧化铝和/或氧化硅的粉体材料，所述污泥粉由污泥经干化处理制得，所述碱激发剂包括氢氧化钠和/或硅酸钠，为城市生活污水处理产生的污泥和工业固体废料提供了一个较好的利用途径，减少了其处理过程的人力物力的耗费，减少了环境污染，具有较大的经济环保效益，同时，通过多次搅拌、静置处理以及污泥中有机质的发酵，最大程度的增加浆体中的气泡，使制得的发泡材料孔隙率较大，吸水率、保温、蓄热效果较好。
权利要求书
1.一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料，其特征在于：包括由骨料组合物和碱激发剂混合制得的无机聚合物浆体，所述骨料组合物包括污泥粉和含氧化铝和/或氧化硅的粉体材料，所述污泥粉由污泥经干化处理制得，所述碱激发剂包括氢氧化钠和/或硅酸钠。
2.如权利要求1所述的无机聚合物发泡材料，其特征在于：所述粉体材料包括由磷矿渣粉和/或粉煤灰制备而成的活性粉体材料，所述活性粉体材料的粒径小于3mm。
3.如权利要求2所述的无机聚合物发泡材料，其特征在于：所述粉体材料还包括纤维粉和/或标准砂制备而成的惰性粉体材料，所述纤维粉中含有植物纤维结构，所述惰性粉体材料的粒径小于3mm。
4.如权利要求3所述的无机聚合物发泡材料，其特征在于：所述纤维粉由废纸和/或秸秆制得。
5.如权利要求4所述的无机聚合物发泡材料，其特征在于：所述无机聚合物浆体中各原材料的重量比为：
污泥粉：磷矿渣粉：粉煤灰为1:1:1;
所述污泥粉与标准砂的重量比为1:(3-10);
所述污泥粉与纤维粉的重量比为1:(2-3);
所述污泥粉与碱激发剂的重量比为1:(0.4-1);
还包括用于调和所述无机聚合物浆体的水，所述污泥粉与水的重量比为1:(4.5-5)。
6.如权利要求5所述的无机聚合物发泡材料，其特征在于：所述无机聚合物浆体中各原材料的重量比为：
污泥粉：磷矿渣粉：粉煤灰为1:1:1;
所述污泥粉与标准砂的重量比为1:6;
所述污泥粉与纤维粉的重量比为1:2.5;
所述污泥粉与碱激发剂的重量比为1:0.6;
所述污泥粉与水的重量比为1: 4.7。
7.一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制备骨料组合物;
步骤2：制备无机聚合物浆体：在骨料组合物中加入碱激发剂，搅拌均匀制得无机聚合物浆体;
步骤3：调制浆体：在无机聚合物浆体中采用叠加加料方式与水混合，依次经过搅拌、静置处理后制得发泡浆料;
步骤4：养护硬化：将步骤3制得发泡浆料依次经静置初凝处理、恒温养护处理制得发泡材料，所述恒温养护处理温度为55℃-65℃。
8.如权利要求7所述的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤3中所述叠加加料方式为将水均分为至少两份，将无机聚合物浆体重复依次经过加水、搅拌、静置处理。
9.如权利要求8所述的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：制备活性粉体材料：将磷矿渣和粉煤灰混合，搅拌均匀制得活性粉体材料;
步骤1.2：制备惰性粉体材料：将纤维粉和标准砂混合，搅拌均匀制得惰性粉体材料;
步骤1.3：制备污泥粉：将污泥经干化处理制得污泥粉;
步骤1.4：制得骨料组合物：在步骤1.1制得的活性粉体材料中加入污泥粉，搅拌均匀后加入步骤1.2制得的惰性粉体材料，再次搅拌均匀后制得骨料组合物。
10.如权利要求9所述的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤1.3中所述干化处理包括石灰干化法和/或微波干化法。
说明书
一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机高分子建筑材料制备领域，特别涉及一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料及其制备方法。
背景技术
随着人口的日益增加和全球社会的日益城镇化，城市生活污水的产量越来越大，作为城市污水处理的副产品的污泥也越来越多，污水污泥是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但是很难通过沉降进行固液分离，目前，城市污水处理产生的污泥，主要采用厌氧、好氧、堆肥或卫生填埋的方式进行无害化处理。
但是，城市生活污水处理产生的污泥中含有大量的有机残片、无机颗粒、细菌菌体和胶体，含水率可高达99%，采用上述无害化处理方式进行的污泥处理需要投入较多的设备和场地成本，增加污水处理的人力物力成本，而且上述无害化处理方式也不能有效利用污泥中的有机物和无机物，造成一定的资源浪费，且由于城市生活污水处理产生的污泥中含有的有机物含量较高，在处理过程中容易腐化发臭，还会对环境造成一定的污染。
无机聚合物是一种以硅氧铝结构为基础的聚合材料，可于常温下固化成型，且轻度与物性都优于水泥，可替代水泥作为胶结剂，是一种绿色环保型的非金属建筑材料，而污水处理产生的污泥中含有制备无机聚合物所需的颗粒原料和有机无机元素，但是，目前还没有利用污水处理产生的污泥制备无机聚合物建筑材料的方案。
综上所述，目前亟需要一种技术方案，解决目前还没有利用城市生活污水处理产生的污泥制备无机聚合物建筑材料的技术方案，对污水处理产生的污泥进行的常规无害化处理会增加处理的人力物力成本，造成资源浪费的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前还没有利用城市生活污水处理产生的污泥制备无机聚合物建筑材料的技术方案，对污水处理产生的污泥进行的常规无害化处理会增加处理的人力物力成本，造成资源浪费的技术问题，提供了一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料，包括由骨料组合物和碱激发剂混合制得的无机聚合物浆体，所述骨料组合物包括污泥粉和含氧化铝和/或氧化硅的粉体材料，所述污泥粉由污泥经干化处理制得，所述碱激发剂包括氢氧化钠和/或硅酸钠，所述污泥为生活污水处理产生的污泥。
本发明的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料，采用城市生活污水处理产生的污泥作为原料之一，为污水处理产生的污泥提供了一个较好的途径，减少了污泥处理过程的人力物力的耗费，减少了环境污染，具有较大的经济环保效益;
进一步的，由于由城市生活污水处理产生的污泥制得的污泥粉中的细小颗粒较多，胶凝效果较好，有利于提高制得的发泡材料的强度，使制得的发泡材料强度较高，适用于作为建筑材料使用;
进一步的，由于生活污水处理产生的污泥中含有较多的有机质，在制备过程中，污泥中的有机质腐化发酵产生气体，使制得的无机聚合物浆体中的有机质在浆体硬化前可持续发酵产生气体增加浆体中的气泡量，稳定无机聚合物浆体中的气泡含量，使制得的发泡材料中含有较多排列均匀、大小均匀的微孔，提高发泡材料的孔隙率，使制得的发泡材料蓄热和导热性能较高，保温效果较好，且吸水率较高，适用于建筑保温材料和隔音材料的使用，经济环保造价低;
进一步的，采用氢氧化钠和/或硅酸钠作为碱激发剂，与污泥粉和含氧化铝和/或氧化硅的粉体材料聚合形成无机聚合物，不仅原料来源较广泛，为含氧化铝和/或氧化硅的工业固体废弃物提供了一个较好的利用途径，使制得的无机聚合物发泡材料造价较低，具有更大的经济环保效益，也使得在碱性环境下，骨料组合物中的氧化硅、氧化铝等无机物活性被激发，反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，使发泡材料胶凝效果更好，反应过程较简单，方便无机聚合物发泡材料的制备。
作为优选，所述粉体材料包括由磷矿渣粉和/或粉煤灰制备而成的活性粉体材料，所述活性粉体材料的粒径小于3mm。采用磷矿渣粉和/或粉煤灰作为原材料，为磷矿渣粉和粉煤灰这样的工业固体废弃物提供了较好的使用途径，减少了这些工业废料处理过程的人力物力的耗费，避免这些工业废料污染环境，处理更经济环保，同时，由于磷矿渣粉的细小颗粒具有较高的强度，有利于提高制得的发泡材料的整体强度，使制得的发泡材料的适用范围更广，且由于粉煤灰中氧化物含量较高，在碱性环境下其活性容易被激发，方便生产胶凝物质，使制得的发泡材料胶凝效果较好，有利于无机聚合物发泡材料的制备。
作为优选，所述粉体材料还包括由纤维粉和/或标准砂制备而成的惰性粉体材料，所述纤维粉中含有植物纤维结构，所述惰性粉体材料的粒径小于3mm。采用纤维粉和/或标准砂作为原料，利用纤维粉中富含的植物纤维进一步增加无机聚合物发泡材料中的孔隙率，提高发泡材料的吸水率和蓄热导热性能，使制得性能更优的发泡材料，同时，由于纤维粉与污泥粉的细小颗粒配合，增加了制得的发泡材料的强度，扩大该发泡材料的使用范围。
作为优选，所述纤维粉由废纸和/或秸秆制得。采用废纸和/或秸秆作为原料，为生活废纸的经济利用提供了良好的途径，也为秸秆这类农作物废弃物的经济利用提供了良好的途径，使发泡材料的制备更经济环保，造价较低。
作为优选，所述纤维粉由废纸依次经过碱化处理、烘干处理、粉碎处理制得，所述纤维粉中具有若干粉团絮，单位体积所述纤维粉包括体积百分数5%-30%的粉团絮，每一个所述粉团絮的直径小于5mm。采用废纸经处理制备纤维粉，为生活废纸的利用提供了较好的使用途径，进一步减少生活物体废弃物废纸的处理过程的人力物力的耗费，更经济环保，同时，利用经碱化处理后的纤维粉，使纤维粉中的纸纤维分散，有利于污泥粉的细小颗粒和其他骨料组合物的颗粒分散到纸纤维中，进一步增强制得的发泡材料的强度。
作为优选，所述无机聚合物浆体中各原材料的重量比为：污泥粉：磷矿渣粉：粉煤灰为1:1:1;所述污泥粉与标准砂的重量比为1:(3-10);所述污泥粉与纤维粉的重量比为1:(2-3);所述污泥粉与碱激发剂的重量比为1:(0.4-1);还包括用于调和所述无机聚合物浆体的水，所述污泥粉与水的重量比为1:(4.5-5)。可根据实际情况，调整各原材料组分的量，制得不同胶凝效果的骨料。
作为优选，所述无机聚合物浆体中各原材料的重量比为：污泥粉：磷矿渣粉：粉煤灰为1:1:1;所述污泥粉与标准砂的重量比为1:6;所述污泥粉与纤维粉的重量比为1:2.5;所述污泥粉与碱激发剂的重量比为1:0.6;所述污泥粉与水的重量比为1: 4.7。
一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：制备骨料组合物;步骤2：制备无机聚合物浆体：在骨料组合物中加入碱激发剂，搅拌均匀制得无机聚合物浆体;步骤3：调制浆体;在无机聚合物浆体中采用叠加加料方式与水混合，依次经过搅拌、静置处理后制得发泡浆料;步骤4：养护硬化：将步骤3制得发泡浆料依次经静置初凝处理、恒温养护处理制得发泡材料，所述恒温养护处理温度为55℃-65℃。
本发明的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法，制备步骤较简单，原材料较容易得到，不仅为污水处理产生的污泥提供了较好的途径，还为粉煤灰、磷石膏等工业固体废料提供了较好的利用途径，经济环保，减少环境污染，同时，通过多次搅拌、静置处理，增加浆体中的气泡，使制得的发泡材料中具有较多的大小均匀的微孔，孔隙率较大，吸水率、保温、蓄热效果较好，另外，通过采用城市生活污水处理后产生的污泥作为原料之一，由于该类污泥中富含有机质，在发泡材料制备过程中会腐熟发酵产生气体，也进一步的增加制得的发泡材料中的孔隙率。
作为优选，步骤3中所述叠加加料方式为将水均分为至少两份，将无机聚合物浆体依次重复加水、搅拌、静置处理的步骤，制得发泡浆料。采用依次重复加水、搅拌、静置的叠加加料方式进行浆体的调制，使浆体中的原材料之间充分反应，提高制得的发泡材料的性能，同时，也使得原材料混合较均匀，使制得的发泡材料整体密度均匀，强度均匀，另外，也由于搅拌次数较多，增加了浆体中的微孔量，进而增加了制得发泡材料中蓄热保温效果和吸水率，使制得性能更优的无机聚合物发泡材料。
作为优选，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：制备活性粉体材料：将磷矿渣和粉煤灰混合，搅拌均匀制得活性粉体材料;步骤1.2：制备惰性粉体材料：将纤维粉和标准砂混合，搅拌均匀制得惰性粉体材料;步骤1.3：制备污泥粉：将污泥经干化处理制得污泥粉;步骤1.4：制得骨料组合物：在步骤1.1制得的活性粉体材料中加入污泥粉，搅拌均匀后加入步骤1.2制得的惰性粉体材料，搅拌均匀制得骨料组合物。骨料组合物的制备方式较简单，采用工业固体废料作为原料制备活性粉体材料，采用含有纤维的纤维粉作为原料制备惰性粉体材料，使原料来源较广，制备过程经济环保。
作为优选，步骤1.3中所述干化处理包括石灰干化法和/或微波干化法。根据实际情况，选择不同的干化处理方式制备污泥粉。
作为优选，所述石灰干化依次包括如下步骤：步骤a：熟化处理：在污泥中加入石灰，搅拌均匀后静置，所述石灰与污泥的重量比为0.3：1;步骤b：干燥处理;步骤c：粉碎处理;步骤d：微波处理：将步骤c处理后的污泥粉置于微波环境;步骤e：研磨处理：将微波处理后的污泥粉研磨至粒径小于3mm。采用石灰干化法制备污泥粉，利用预先加入污泥中的石灰使制得的污泥粉呈碱性，使污泥中的氧化物充分水化产生胶凝物质，相应减少后期碱激发剂的使用量，也进一步方便无机聚合物发泡材料的制备，使制得的无机聚合物浆体胶凝效果较好，方便发泡材料的制备，提高制得的发泡材料使用效果更好。
作为优选，所述微波干化法依次包括如下步骤：步骤a：烘干处理：将污泥置于烘干环境下干燥，烘干温度160℃;步骤b：粉碎处理;步骤c：微波处理：将步骤b处理后的污泥粉置于微波环境;步骤d：研磨处理：将微波处理后的污泥粉研磨至粒径小于3mm。采用微波干化法促进了污泥中的细小颗粒的进一步分散，使制得污泥粉更均匀，同时，微波干化法保持了污泥中富含的各种有机和无机残片，使生活污水处理产生的污泥中富含的有机物质在制得的无机聚合物浆体中充分腐熟发酵产生气体，提高了制得的发泡材料中的孔隙率，使发泡材料保温、隔热效果更好。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的有益效果是：
1、采用城市生活污水处理产生的污泥作为原料之一，为污水处理产生的污泥提供了一个较好的途径，减少了污泥处理过程的人力物力的耗费，减少了环境污染，具有较大的经济环保效益;
2、由于由城市生活污水处理产生的污泥制得的污泥粉中的细小颗粒较多，胶凝效果较好，有利于提高制得的发泡材料的强度，使制得的发泡材料强度较高，适用于作为建筑材料使用;
3、由于生活污水处理产生的污泥中含有较多的有机质，在制备过程中，污泥中的有机质腐化发酵产生气体，使制得的无机聚合物浆体中的有机质在浆体硬化前可持续发酵产生气体增加浆体中的气泡量，使制得的发泡材料中含有较多排列均匀、大小均匀的微孔，提高发泡材料的孔隙率，使制得的发泡材料蓄热和导热性能较高，保温效果较好，且吸水率较高，适用于建筑保温材料和隔音材料的使用，经济环保造价低;
4、采用氢氧化钠和/或硅酸钠作为碱激发剂，与污泥粉和含氧化铝和/或氧化硅的粉体材料聚合形成无机聚合物，不仅原料来源较广泛，为含氧化铝和/或氧化硅的工业固体废弃物提供了一个较好的利用途径，使制得的无机聚合物发泡材料造价较低，具有更大的经济环保效益，也使得在碱性环境下，骨料组合物中的氧化硅、氧化铝等无机物活性被激发，反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，反应过程较简单，方便无机聚合物发泡材料的制备;
本发明的一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料的制备方法的有益效果是：
1、制备步骤较简单;
2、原材料较容易得到，不仅为污水处理产生的污泥提供了较好的途径，还为粉煤灰、磷石膏等工业固体废料提供了较好的利用途径，经济环保，减少环境污染;
3、通过多次搅拌、静置处理，增加浆体中的气泡，使制得的发泡材料中具有较多的大小均匀的微孔，孔隙率较大，吸水率、保温、蓄热效果较好;
4、通过采用城市生活污水处理后产生的污泥作为原料之一，由于该类污泥中富含有机质，在发泡材料制备过程中会腐熟发酵产生气体，也进一步的增加制得的发泡材料中的孔隙率。
