本发明属于冶金工程技术领域，具体涉及一种利用高炉熔渣直接制备发泡材料的方法。
背景技术：
高炉中直接排放的熔融炉渣(即高炉熔渣)的温度一般在1450～1550℃，1t高炉熔渣含有约(126～188)×104kj的显热，相当于60kg标准煤的能量，属于高品质的余热资源，具有很高的回收价值。
目前，高炉熔渣处理方式通常采用水淬工艺，而水淬工艺是将高炉熔渣用水冲成沙砾状的水渣，成品水渣可用作水泥原料、筑路或地基回填材料、混凝土骨料等。这种方式需要消耗大量的水，且水淬过程中会产生大量的h2s和so2等腐蚀性蒸汽和含悬浮物与氰化物的过滤水，对环境产生污染。因此，为避免环境污染，逐渐采用将高炉熔渣制备发泡材料的方式实现对高炉熔渣的应用，例如专利cn108546132a中记载了一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：s1、对配合料进行预热，配合料按质量百分比包括大于50％的二氧化硅；s2、将温度为1450～1550℃的高炉热态熔渣和预热后的配合料一起输送入调质均化装置中，混合均匀并保温，得到调质熔渣；s3、将调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使发泡剂充分包覆调质熔渣并与调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料；s4、将发泡陶瓷配料输送到发泡装置中，进行发泡、退火，得到发泡陶瓷材料。这种方式虽然实现了高炉熔渣的回收再利用，但是其高炉熔渣的质量仅占高炉熔渣和配合料的总质量的30～70％，对于高炉熔渣的利用率较低，如果继续增加高炉熔渣的加入量会导致发泡材料孔径不均匀，进而降低发泡材料的性能，无法满足品质要求。
因此，亟需对工艺进行改进在保证发泡材料性能的基础上提高高炉熔渣的利用率。
技术实现要素：
本发明的目的提供一种利用高炉熔渣直接制备发泡材料的方法。本发明提供的制备方法在不影响发泡材料性能的基础上提高了高炉熔渣的利用率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种利用高炉熔渣直接制备发泡材料的方法，包括以下步骤：
(1)将高炉熔渣与调质剂混合，得到调质熔渣；
(2)将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料；
(3)将所述步骤(1)得到的调质熔渣与所述步骤(2)得到的混合物料以及助熔剂混合，进行发泡，得到发泡材料；所述发泡的温度为1100～1200℃，所述发泡的时间为20～30min；
所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序；
所述发泡材料由包括以下组分的原料制备得到：
73.5～83.5wt％高炉熔渣，5～10wt％调质剂，0.5～1.5wt％发泡剂，5～7wt％稳泡剂和6～8wt％助熔剂。
优选地，所述步骤(1)中混合的温度为1350～1450℃。
优选地，所述调质剂为固体废弃物。
优选地，所述固体废弃物为铁尾矿或粉煤灰。
优选地，所述发泡剂为碳化钙、碳粉、k2co3、sic和caco3中的一种。
优选地，所述发泡剂的粒度为150～180目。
优选地，所述稳泡剂为磷酸钠、氧化锌和硼砂中的至少一种。
优选地，所述助熔剂为na2co3或硼砂。
优选地，所述步骤(3)中发泡的温度为1120～1180℃。
优选地，所述步骤(3)中发泡的时间为22～28min。
本发明提供了一种利用高炉熔渣直接制备发泡材料的方法，包括以下步骤：将高炉熔渣与调质剂混合，得到调质熔渣；将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料；将所述调质熔渣与所述混合物料以及助熔剂混合，进行发泡，得到发泡材料；所述发泡的温度为1100～1200℃，所述发泡的时间为20～30min；所述发泡材料由包括以下组分的原料制备得到：73.5～83.5wt％高炉熔渣，5～10wt％调质剂，0.5～1.5wt％发泡剂，5～7wt％稳泡剂和6～8wt％助熔剂。本发明以高炉熔渣为基料，添加适量调质剂进行成分微调，并配合发泡剂、稳泡剂以及助熔剂，在1100～1200℃下进行发泡，在此温度下发泡剂发生化学反应，co2等气体不断生成，并以溶解状态存在于高炉熔渣内，当发泡时间在20～30min内，co2等气体浓度不断上升，能够在发泡材料内部形成新的内表面，使得生成的气体完全扩散在熔渣内部，不仅提高了高炉熔渣的利用率，还得到了孔径均匀、成孔率高、闭孔结构的发泡材料。实施例的结果显示，本发明提供的制备方法中高炉熔渣的利用率为73.5～83.5％，制备得到的发泡材料的成孔率在80％以上。
具体实施方式
本发明提供了一种利用高炉熔渣直接制备发泡材料的方法，包括以下步骤：
(1)将高炉熔渣与调质剂混合，得到调质熔渣；
(2)将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料；
(3)将所述步骤(1)得到的调质熔渣与所述步骤(2)得到的混合物料以及助熔剂混合，进行发泡，得到发泡材料；所述发泡的温度为1100～1200℃，所述发泡的时间为20～30min；
所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序；
所述发泡材料由包括以下组分的原料制备得到：
73.5～83.5wt％高炉熔渣，5～10wt％调质剂，0.5～1.5wt％发泡剂，5～7wt％稳泡剂和6～8wt％助熔剂。
以发泡材料的原料总重量为100％计，制备本发明所述发泡材料的原料包括高炉熔渣73.5～83.5wt％，优选为75～82wt％，更优选为78～80wt％。本发明对所述高炉熔渣的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述高炉熔渣优选为炼铁时排放的高炉熔渣。在本发明中，所述高炉熔渣为基体材料。
以发泡材料的原料总重量为100％计，制备本发明所述发泡材料的原料包括调质剂5～10wt％，优选为6～9wt％，更优选为7～8wt％。在本发明中，所述调质剂优选为固体废弃物，更优选为铁尾矿或粉煤灰。本发明对所述调质剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述调质剂的粒径优选不超过1mm。在本发明中，所述调质剂能够对高炉熔渣的进行成分调质，以满足产品的材料成分需求。
以发泡材料的原料总重量为100％计，制备本发明所述发泡材料的原料包括发泡剂0.5～1.5wt％，优选为0.7～1.2wt％，更优选为0.9～1wt％。在本发明中，所述发泡剂优选为碳化钙、碳粉、k2co3、sic和caco3中的一种。本发明对所述发泡剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述发泡剂的粒度优选为150～180目。在本发明中，所述发泡剂为高温发泡剂，能够实现高炉熔渣在高温下发泡，进而制备得到发泡材料。
以发泡材料的原料总重量为100％计，制备本发明所述发泡材料的原料包括稳泡剂5～7wt％，优选为5.5～6.5wt％，更优选为6wt％。在本发明中，所述稳泡剂优选为磷酸钠、氧化锌和硼砂中的至少一种。本发明对所述稳泡剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述稳泡剂能够延长和稳定气泡，使得发泡材料在制备过程中气泡不破裂，影响发泡材料的性能。
以发泡材料的原料总重量为100％计，制备本发明所述发泡材料的原料包括助熔剂6～8wt％，优选为6.5～7wt％。在本发明中，所述助熔剂优选为na2co3或硼砂。本发明对所述助熔剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述助熔剂能够降低反应温度，使得高炉熔渣在较低温度下就可以制备发泡材料。
本发明将高炉熔渣与调质剂混合，得到调质熔渣。本发明对所述高炉热熔渣与调质剂混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合物料的技术方案即可。在本发明中，所述高炉熔渣与调质剂的混合的温度优选为1350～1450℃。在本发明中，将所述高炉熔渣与调质剂混合，实现对高炉熔渣的成分微调，使高炉熔渣满足生产发泡材料的原料要求。
本发明将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料。本发明对所述发泡剂与稳泡剂混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合物料的技术方案即可。在本发明中，将所述发泡剂与稳泡剂先进行混合，能够在后续高炉熔渣发泡时保证气泡的稳定不破裂。
得到调质熔渣和混合物料后，本发明将所述调质熔渣与所述混合物料以及助熔剂混合，进行发泡，得到发泡材料。在本发明中，所述调质熔渣与所述混合物料以及助熔剂的混合的操作优选为将混合物料和助熔剂加入到所述调质熔渣中。在本发明中，所述混合物料和助熔剂优选采用气力喷射的方式加入到所述调质熔渣中。本发明对所述气力喷射的速度没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的气力喷射操作即可。在本发明中，所述混合物料和助熔剂采用气力喷射的方式加入到所述调质熔渣中，能够使得混合物料和助熔剂进行到调质熔渣内部，避免只漂浮在表面，降低发泡效果。
在本发明中，所述发泡的温度为1100～1200℃，优选为1120～1180℃，更优选为1140～1160℃；所述发泡的时间为20～30min，优选为22～28min，进一步优选为24～26min，更优选为25min。在本发明中，所述发泡的温度在上述范围时发泡剂发生化学反应，co2等气体不断生成，并以溶解状态存在于高炉熔渣内，在上述发泡时间内，co2等气体浓度不断上升，能够在发泡材料内部形成新的内表面，使得生成的气体完全扩散在熔渣内部，不仅提高了高炉熔渣的利用率，还得到了孔径均匀、成孔率高、闭孔结构的发泡材料。
在本发明中，所述发泡的初期优选在搅拌条件下进行。在本发明中，所述搅拌的转速优选为1000～1500r/min；所述搅拌的时间优选为20～140s，进一步优选为40～100s，更优选为50～80s。在本发明中，在所述发泡的初期进行慢速搅拌能够保证泡体不被破坏，且能均匀弥散在高炉熔渣中。
发泡完成后，本发明优选将所述发泡的产物进行自然冷却，得到发泡材料。本发明对所述自然冷却的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的自然冷却的操作，且保证冷却至室温即可。
本发明以热态的高炉熔渣为基料，添加适量调质剂进行成分微调，并配合发泡剂、稳泡剂以及助熔剂，在1100～1200℃下进行发泡，在此温度下发泡剂发生化学反应，co2等气体不断生成，并以溶解状态存在于高炉熔渣内，当发泡时间在20～30min内，co2等气体浓度不断上升，能够在发泡材料内部形成新的内表面，使得生成的气体完全扩散在熔渣内部，不仅提高了高炉熔渣的利用率，还得到了孔径均匀、成孔率高、闭孔结构的发泡材料。
本发明提供的制备方法直接以热态的高炉熔渣为原料制备发泡材料，避免了将冷却成固态的高炉熔渣再次进行熔化利用的资源浪费，节约了能源。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以发泡材料的重量比为100％计，原料为73.5wt％的高炉熔渣，10wt％铁尾矿(粒径在1mm以下)，1.5wt％碳化钙(150～180目)，7wt％磷酸钠和8wt％na2co3；
步骤(1)将高炉熔渣与铁尾矿在1450℃下混合，得到调质熔渣；
步骤(2)将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料；
步骤(3)将所述步骤(2)得到的混合物料以及助熔剂以气力喷射的方式吹入步骤(1)得到的调质熔渣中进行混合，混合完成后在1200℃进行发泡30min，其中，在发泡初期进行外力机械扰动，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为140s；发泡结束后自然冷却至室温，得到发泡材料。
对本实施例制备得到的发泡材料进行性能测试，测试结果如下：成孔率为85％；孔径较均匀；常温下抗折强度为1.6mpa，抗压强度为1.4mpa，依据的测试标准为gb/t33500-2017。
实施例2
以发泡材料的重量比为100％计，原料为83.5wt％的高炉熔渣，5wt％铁尾矿(粒径在1mm以下)，0.5wt％碳化钙(150～180目)，5wt％磷酸钠和6wt％na2co3；
步骤(1)将高炉熔渣与铁尾矿在1450℃下混合，得到调质熔渣；
步骤(2)将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料；
步骤(3)将所述步骤(2)得到的混合物料以及助熔剂以气力喷射的方式吹入步骤(1)得到的调质熔渣中进行混合，混合完成后在1200℃进行发泡20min，其中，在发泡初期进行外力机械扰动，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为30s；发泡结束后自然冷却至室温，得到发泡材料。
对本实施例制备得到的发泡材料进行性能测试，测试结果如下：成孔率为82％；孔径较均匀；常温下抗折强度为2.1mpa，抗压强度为1.9mpa，依据的测试标准为gb/t33500-2017。
实施例3
以发泡材料的重量比为100％计，原料为78.5wt％的高炉熔渣，7.5wt％粉煤灰(粒径在1mm以下)，1wt％sic(150～180目)，13wt％硼砂(其中6wt％为稳泡剂，7wt％为助熔剂)；
步骤(1)将高炉熔渣与铁尾矿或粉煤灰在1350℃下混合，得到调质熔渣；
步骤(2)将发泡剂与稳泡剂混合，得到混合物料；
步骤(3)将所述步骤(2)得到的混合物料以及助熔剂以气力喷射的方式吹入步骤(1)得到的调质熔渣中进行混合，混合完成后在1100℃进行发泡25min，其中，在发泡初期进行外力机械扰动，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为85s；发泡结束后自然冷却至室温，得到发泡材料。
对本实施例制备得到的发泡材料进行性能测试，测试结果如下：成孔率为83％；孔径较均匀；常温下抗折强度为1.8mpa，抗压强度为1.7mpa，依据的测试标准为gb/t33500-2017。
从以上实施例可以看出，本发明提供的制备方法在不影响发泡材料性能的基础上提高了高炉熔渣的利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。