一种多孔地聚物材料的制备及其性能的表征研究

周树年 黄连金 王强

【摘 要】以电解MnO2（EMD）工业的锰矿渣和高岭土为原料，工业水玻璃为碱激发剂在较低温度下发泡制备锰矿渣地聚物基泡沫材料。单因素实验考察了发泡温度、水玻璃模数、粉体加入量、掺水量等因素对材料的影响。

【关键词】锰矿渣；地聚物；碱激发；多孔材料

中图分类号： TU528.2；TU551 文献标识码： A 文章编号： 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独特优点，是一种制备过程简单且能耗较低的绿色环保材料，如果制备工艺组合优化得当是很有发展潜力的。尽管国内外有关地聚物科学的理论和应用研究成果正在快速增长，但目前涉及地聚物多孔材料的研究却很少，对此本文研究了以电解MnO2工业的锰矿渣和偏高岭土为原料[1，2]，通过化学处理制备多孔地聚物材料的方法[3-5]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

锰矿渣：取自广西崇左市广西埃赫曼康密劳化工有限公司储存的桶装原渣；高岭土：散装，购自广西崇左市化工产品店；液态工业水玻璃：购自广西崇左市化工产品店，南宁化工股份有限公司生产，模数为3.1，含Na2O 9.2%、SiO2 28.6%；氢氧化钠（A.R）：成都市科龙化工试剂厂生产，用于调节水玻璃模数；去离子水：取自实验室。

马弗炉：101BS-2型，上海双彪仪器设备有限公司；电子天平：BS-210g型，上海友声衡器有限公司；电液式（数显）万能试验机：WES-300D型，济南品德试验机有限公司；快速六联试模：2.0cm×2.0cm×2.0cm方格，上海雷韵试验仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

（1）高岭土和锰矿渣的活化

高岭土和锰矿渣分别置于马弗炉中煅烧活化：高岭土800℃煅烧2h，转化为偏高岭土；锰矿渣600℃煅烧6h，提高反应活性。冷却后取出密封保存备用。

（2）粉体的制备

将煅烧好的高岭土和锰矿渣按质量比为1：1的比例混合均匀，配制成锰矿渣粉体。

（3）调节水玻璃模数

按需称取一定量的水玻璃，并根据模数计算结果加入相应质量的NaOH，搅拌使其溶解，冷却备用。

（4）锰矿渣地聚物泡沫材料的制备

根据一定固液比称量锰矿渣粉体与调好模数的水玻璃并于容器内搅拌混合均匀，视条件必要时加入适量的去离子水，调制成具有低流动性的浆体，注入2cm×2cm×2cm的快速六联试模方格内，不需加盖，模具移入烘箱在140℃下反应4h，冷却后取出脱模即得发泡材料试块。

（5）主要性能的测定：分别测定材料试块的孔隙率、容重、抗压强度等。

2 结果与讨论

2.1 掺水量的影响

水玻璃模数3.3，粉体加入量为6g，改变掺水量对锰矿渣地聚物基泡沫材料的孔隙率、容重影响，结果如图1：

由图1可知：料体的孔隙率随掺水量的增加而减少，这是因为掺水量增大导致了气泡的稳定性变低，气孔的孔径不均匀，容易形成闭气孔，所以孔隙率降低；容重随掺水量的增加而增大，这是因为闭气孔的增多，导致泡沫材料的体积减小，故容重增大。

2.2 水玻璃模数的影响

固定粉体加入量为5g，掺水量为0g，改变水玻璃模数对材料孔隙率、抗压强度、容重的影响结果如图2：

由图2可知：材料的孔隙率随水玻璃模数增大而增大，这是因为模数越小，其浆料的碱性越强，聚合反应越快，起泡越困难，气孔减少，体积变小，容重减小。

2.3 粉体加入量的影响

固定掺水量为0g，水玻璃模数为3.3，改变粉体加入量对材料的孔隙率、容重的影响结果如图3：

由图3可知：材料的孔隙率随粉体加入量的增大而增大，这是因为粉体加入量增大，浆料粘度增大，通气孔容易形成，其孔隙率增大，密度增大，故容重增大。

3 结论

研究结果表明：以分别经过煅烧活化处理的锰矿渣粉体和高岭土粉体为原料制备地聚物多孔材料是基本可行的。在本文研究的范围内，较佳的工艺条件为发泡温度为140℃，水玻璃模数为3.1，粉体加入量为7g；制得的锰矿渣地聚物基多孔材料的抗压强度为0.58～3.43MPa、孔隙率为56.52～80.83%、容重为1.01～1.35g/cm3。

【参考文献】

[1]于洋，牛福生，吳根.利用矿渣微粉制备地质聚合物的实验研究[J].中国环境科学学会学术年会优秀论文集，2008.

[2]马帅，陈平.用锰渣制备地质聚合物的研究[J].混凝土，2008，10：80-83.

[3]唐洁.地聚物基泡沫材料制备及其发泡工艺研究[D].广西：广西大学，2009.

[4]崔学民，苏峰，唐杰，等.偏高岭土制备泡沫材料的初步研究[J].广西大学学报，33（3）：337-340.

[5]张亮，戴长松，王殿龙，等.泡沫材料的最新研究进展[J].稀有金属与材料工程，2005，34（3）：337-340.