一種雪硅鈣石的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雪硅鈣石的制備方法，通過(guò)氫氧化鈉堿液對(duì)粉煤灰中無(wú)定形的活性SiO2進(jìn)行脫除，得到合適濃度和硅酸鈉溶液作為硅質(zhì)原料，進(jìn)而與精制石灰乳進(jìn)行水熱合成，最終得到雪硅鈣石產(chǎn)品。
【專利說(shuō)明】一種雪硅鈣石的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)雪硅鈣石的制備方法，特別涉及一種利用水熱合成反應(yīng)制備雪硅鈣石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雪硅鈣石(Tobermorite)又稱為托勃莫來(lái)石，是一種水化硅酸鈣，主要作為硅酸鈣絕熱材料的主要成分之一。其組成為Ca5(Si6O18H2).4Η20，其中一個(gè)!120分子為兩個(gè)與硅氧四面體中氧相連的兩個(gè)羥基，其余4個(gè)水分子為層間水。雪硅鈣石多用作建筑材料的膠結(jié)料，可用作水泥、陶瓷生產(chǎn)等。
[0003]目前工業(yè)上生產(chǎn)雪硅鈣石制品都是由石英砂、硅藻土堿熔融生產(chǎn)的工業(yè)水玻璃作為硅質(zhì)原料，以電石渣等作為鈣質(zhì)原料經(jīng)動(dòng)態(tài)水熱合成反應(yīng)得到。在這種原料和工藝條件下，水熱溫度要達(dá)到220°C以上，反應(yīng)溫度一般大于15小時(shí)，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且水熱合成得到的雪硅鈣石結(jié)晶度差，雜質(zhì)較多。
[0004]粉煤灰是火力電廠的主要廢棄物，其排放量逐年增大，因其侵占大量土地、影響儲(chǔ)灰場(chǎng)周圍的空氣質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而嚴(yán)重危害環(huán)境。以粉煤灰為原料生產(chǎn)類似九水偏硅酸鈉等高附加值、環(huán)境友好型產(chǎn)品為導(dǎo)向的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是粉煤灰未來(lái)發(fā)展的終極目標(biāo)?，F(xiàn)階段利用粉煤灰生產(chǎn)白炭黑、氧化鋁已逐漸走向工業(yè)化道路，而利用粉煤灰生產(chǎn)雪硅鈣石工藝技術(shù)還處在工業(yè)的摸索階段。
[0005] 目前現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)雪硅鈣石時(shí)，存在以下技術(shù)問(wèn)題:
[0006]1、傳統(tǒng)工藝使用硅藻土或石英砂和堿在熔融條件下生成工業(yè)水玻璃作為硅質(zhì)原料，在原料的制備過(guò)程中，需要使用大量石英砂、硅藻土等礦石與純堿(或土堿)在熔化窯爐中共熔，然后冷卻粉碎溶解后制得，這樣使得硅質(zhì)原料的選擇不僅具有局限性，而且生產(chǎn)過(guò)程能耗很大，同時(shí)需要開(kāi)采石英和硅藻土等大量不可再生的礦產(chǎn)資源，破壞生態(tài)平衡。
[0007]2、雪硅鈣石的常規(guī)生產(chǎn)過(guò)程中，硅質(zhì)原料使用硅藻土或石英砂和堿在熔融條件下生成工業(yè)水玻璃，該方法大量使用氫氧化鈉，能耗巨大，且硅酸鈉溶液中殘留堿濃度過(guò)高，影響雪硅鈣石的合成，常規(guī)工藝則需要通過(guò)稀釋或者水洗等方式控制堿濃度，這樣不僅消耗大量水分和能量，同時(shí)提高了反應(yīng)的水固比，降低了生產(chǎn)效率增加了反應(yīng)能耗。
[0008]3、傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)得到的雪硅鈣石為層狀結(jié)構(gòu)，4個(gè)水分子充填在層間。層間水是不太穩(wěn)定的，尤其當(dāng)雪硅鈣石結(jié)晶不良時(shí)，層間水含量不定，甚至還會(huì)含有一部分凝膠吸附水，這些水分極易失去造成體積收縮變形，所以雪硅鈣石為膠結(jié)材料時(shí)，在結(jié)晶不良時(shí)，體積穩(wěn)定性是比較差的，一般以雪硅鈣石為膠結(jié)材料的制品在650°C以上就不穩(wěn)定了，體積開(kāi)始收縮，所以這種制品使用溫度應(yīng)控制在650°C以下，不具備防火性和耐熱性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雪硅鈣石的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)雪硅鈣石存在的產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)層間水不太穩(wěn)定的問(wèn)題。[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了雪硅鈣石的制備方法，包含:
[0011]步驟一、精制脫硅液的制備:將粉煤灰加入到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為12%~25%的氫氧化鈉溶液中形成漿液，控制氫氧化鈉和粉煤灰干基的質(zhì)量比為0.45~0.7:1，溫度為100~140°C，在此條件下脫硅I~3h，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)脫硅漿液進(jìn)行固液分離，并將脫硅濾液經(jīng)過(guò)葉濾機(jī)精濾，固體作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，液體即為精制脫硅液，其中SiO2濃度為40—80g/L,經(jīng)加水稀釋后SiO2濃度為3g/L左右。
[0012]步驟二、精制石灰乳的制備:將采石場(chǎng)得到的石灰石經(jīng)過(guò)破碎、洗石、分級(jí)后，控制尺寸為70~150mm，在立窯中使用20~40mm無(wú)煙煤進(jìn)行煅燒，得到的石灰過(guò)篩去掉煤渣和小粒石灰及石灰粉塵后，破碎為10~30mm后，與溫度為55~65°C的溫水按照石灰和水為I比4.8混合進(jìn)行消化，消化完成后使用熱水進(jìn)行稀釋，然后經(jīng)過(guò)三級(jí)篩和旋液分離器后得到精制石灰乳液，其中CaO濃度為120— 260g/L，經(jīng)加水稀釋后CaO濃度約為2.8g/L。
[0013]步驟三、雪硅鈣石的水熱合成:將上述得到的精制脫硅液和石灰乳液進(jìn)行混合，并對(duì)混合溶液的濃度進(jìn)行調(diào)整，控制混合溶液中鈣硅摩爾比0.95~1.05，水固比為25~35:1，其中，水固比可以稱為水固質(zhì)量比，因?yàn)樗馁|(zhì)量和體積數(shù)量絕對(duì)值一樣，一般的水固比是指液體體積(ml) /固體的質(zhì)量(g)比；
[0014]在水熱高壓反應(yīng)釜內(nèi)升溫至180~240°C，升溫及反應(yīng)時(shí)間控制為2~8h，攪拌速度100~400rpm，然后在180— 220°C下保溫I~5h，攪拌速度50~200rpm，反應(yīng)完成后降到室溫后過(guò)濾、洗滌、烘干既得產(chǎn)物雪硅鈣石。
[0015]本發(fā)明提供的雪硅鈣石的制備方法，利用稀堿液對(duì)粉煤灰進(jìn)行有效脫硅，所得的硅酸鈉溶液中堿濃度較低， 使得水熱合成反應(yīng)過(guò)程中雪硅鈣石結(jié)晶較為穩(wěn)定，層間水被有效控制在晶體內(nèi)不易失去，從而保證了具有較好的熱穩(wěn)定性和體積穩(wěn)定性，溫度在1000°c以下時(shí)性質(zhì)不會(huì)變化。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]將粉煤灰20g加入到濃度為14%的氫氧化鈉溶液81.43g中，攪拌后形成漿液，在該條件下控制氫氧化鈉和粉煤灰干基的質(zhì)量比為0.5:1，漿液溫度升至120°C，在此條件下脫硅2h，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)脫硅漿液進(jìn)行固液分離，并將脫硅濾液經(jīng)過(guò)葉濾機(jī)精濾，固體作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，液體即為所述脫硅液，經(jīng)加水稀釋為2.67L，其中，SiO2濃度為2.99g/L，將其作為水熱合成雪硅鈣石的硅質(zhì)原料。再將采石場(chǎng)得到的石灰石經(jīng)過(guò)破碎、洗石、分級(jí)后，控制尺寸為80mm，在立窯中使用30mm無(wú)煙煤進(jìn)行煅燒，得到的石灰過(guò)篩去掉煤渣(灰)和小粒石灰及石灰粉塵后，破碎為20mm后，與溫度為60°C的溫水按照石灰:水=1:4.8混合進(jìn)行消化，消化完成后使用熱水進(jìn)行稀釋，然后經(jīng)過(guò)三級(jí)篩和旋液分離器后得到精制石灰乳液，進(jìn)行稀釋，制成2.67LCa0，濃度為2.79g/L的乳液作為水熱合成雪硅鈣石的鈣質(zhì)原料。將上述得到的精制脫硅液和石灰乳液混合均勻，控制脫硅液和石灰乳液中的鈣硅摩爾比1.0，在水熱高壓反應(yīng)釜內(nèi)升溫至220°C，升溫及反應(yīng)時(shí)間控制為5h，攪拌速度350rpm，然后在200°C下保溫2h，攪拌速度lOOrpm，反應(yīng)完成后降到室溫后過(guò)濾烘干即得產(chǎn)物雪硅鈣石 15.43g。[0019]實(shí)施例2:
[0020]將粉煤灰20g加入到濃度為15%的氫氧化鈉溶液60g中，攪拌后形成漿液，在該條件下控制了氫氧化鈉和粉煤灰干基的質(zhì)量比為0.45:1，漿液溫度升至115°C，在此條件下脫硅3h，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)脫硅漿液進(jìn)行固液分離，并將脫硅濾液經(jīng)過(guò)葉濾機(jī)精濾，固體作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，液體即為脫硅液，經(jīng)稀釋為3L，其SiO2濃度為2.67g/L，將其作為水熱合成雪硅鈣石的硅質(zhì)原料。再將采石場(chǎng)得到的石灰石經(jīng)過(guò)破碎、洗石、分級(jí)后，控制尺寸為70mm，在立窯中使用25mm無(wú)煙煤進(jìn)行煅燒，得到的石灰過(guò)篩去掉煤渣(灰)和小粒石灰及石灰粉塵后，破碎為15mm后，與溫度為55°C的溫水按照石灰:水=1:4.8混合進(jìn)行消化，消化完成后使用熱水進(jìn)行稀釋，然后經(jīng)過(guò)三級(jí)篩和旋液分離器后得到精制石灰乳液進(jìn)行稀釋，制成3LCa0濃度為2.49g/L的乳液作為水熱合成雪硅鈣石的鈣質(zhì)原料。將上述得到的精制脫硅液和石灰乳液混合均勻，控制脫硅液和石灰乳液中的鈣硅摩爾比1.0，在水熱高壓反應(yīng)釜內(nèi)升溫至215°C，升溫及反應(yīng)時(shí)間控制為4h，攪拌速度300rpm，然后在190°C下保溫3h，攪拌速度150rpm，反應(yīng)完成后降到室溫后過(guò)濾烘干既得產(chǎn)物雪硅鈣石15.48g。
[0021]實(shí)施例3:[0022]將粉煤灰20g加入到濃度為16%的氫氧化鈉溶液75g中，攪拌后形成漿液，在該條件下控制了氫氧化鈉和粉煤灰干基的質(zhì)量比為0.6:1，漿液溫度升至125°C，在此條件下脫硅2.5h，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)脫硅漿液進(jìn)行固液分離，并將脫硅濾液經(jīng)過(guò)葉濾機(jī)精濾，固體作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，液體即為脫硅液，經(jīng)稀釋為4L，其SiO2濃度為2.88g/L，將其作為水熱合成雪硅鈣石的硅質(zhì)原料。再將采石場(chǎng)得到的石灰石經(jīng)過(guò)破碎、洗石、分級(jí)后，控制尺寸為90mm，在立窯中使用35mm無(wú)煙煤進(jìn)行煅燒，得到的石灰過(guò)篩去掉煤渣(灰)和小粒石灰及石灰粉塵后，破碎為12mm后，與溫度為62°C的溫水按照石灰:水=1:4.8混合進(jìn)行消化，消化完成后使用熱水進(jìn)行稀釋，然后經(jīng)過(guò)三級(jí)篩和旋液分離器后得到精制石灰乳液進(jìn)行稀釋，制成4LCaO濃度為2.69g/L的乳液作為水熱合成雪硅鈣石的鈣質(zhì)原料。將上述得到的精制脫硅液和石灰乳液混合均勻，控制脫硅液和石灰乳液中的鈣硅摩爾比1.0，在水熱高壓反應(yīng)釜內(nèi)升溫至235°C，升溫及反應(yīng)時(shí)間控制為6h，攪拌速度280rpm，然后在210°C下保溫2.5h，攪拌速度120rpm，反應(yīng)完成后降到室溫后過(guò)濾烘干既得產(chǎn)物雪硅鈣石22.28g。
[0023]實(shí)施例4:
[0024]將粉煤灰20g加入到濃度為17%的氫氧化鈉溶液76.47g中，攪拌后形成漿液，在該條件下控制了氫氧化鈉和粉煤灰干基的質(zhì)量比為0.65:1，漿液溫度升至135°C，在此條件下脫硅1.5h，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)脫硅漿液進(jìn)行固液分離，并將脫硅濾液經(jīng)過(guò)葉濾機(jī)精濾，固體作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，液體即為脫硅液，經(jīng)稀釋為5L，其SiO2濃度為3.04g/L，將其作為水熱合成雪硅鈣石的硅質(zhì)原料。再將采石場(chǎng)得到的石灰石經(jīng)過(guò)破碎、洗石、分級(jí)后，控制尺寸為140mm，在立窯中使用25mm無(wú)煙煤進(jìn)行煅燒，得到的石灰過(guò)篩去掉煤渣(灰)和小粒石灰及石灰粉塵后，破碎為18mm后，與溫度為58°C的溫水按照石灰:水=1:4.8混合進(jìn)行消化，消化完成后使用熱水進(jìn)行稀釋，然后經(jīng)過(guò)三級(jí)篩和旋液分離器后得到精制石灰乳液進(jìn)行稀釋，制成5LCa0濃度為2.84g/L的乳液作為水熱合成雪硅鈣石的鈣質(zhì)原料。將上述得到的精制脫硅液和石灰乳液混合均勻，控制脫硅液和石灰乳液中的鈣硅摩爾比1.0，在水熱高壓反應(yīng)釜內(nèi)升溫至225°C，升溫及反應(yīng)時(shí)間控制為4.5h，攪拌速度270rpm，然后在215°C下保溫3.5h，攪拌速度160rpm，反應(yīng)完成后降到室溫后過(guò)濾烘干既得產(chǎn)物雪硅鈣石29.4g。[0025]本發(fā)明提供的雪硅鈣石的制備方法，與傳統(tǒng)雪硅鈣石水熱合成工藝具有如下有益效果:
[0026]1、本發(fā)明綜合利用電廠廢棄物粉煤灰為原料，避免了傳統(tǒng)工藝使用石英砂、硅藻土等不可再生的礦產(chǎn)資源作為初始原料，有效保護(hù)了生態(tài)平衡，且原料來(lái)源廣泛、成本低廉；
[0027]2、傳統(tǒng)方法硅質(zhì)原料大多使用硅藻土或石英砂在堿熔融生產(chǎn)的工業(yè)水玻璃、鈣質(zhì)原料多為電石渣等，其結(jié)晶過(guò)程大約需要至少15小時(shí)以上，時(shí)間較長(zhǎng)的甚至達(dá)到72小時(shí)，而本發(fā)明提供的雪硅鈣石的制備方法，則降低到2~8小時(shí)，因此大幅度提高了生產(chǎn)效率，使得單位時(shí)間內(nèi)單鍋產(chǎn)率提高了 2倍以上；
[0028]3、傳統(tǒng)工藝使用硅藻土或石英砂作為原料生產(chǎn)雪硅鈣石時(shí)，首先要把硅藻土或石英砂和堿在熔融條件下反應(yīng)生成水玻璃作為原料，這一過(guò)程中需要消耗大量的堿和能量，生產(chǎn)消耗大、能耗高。同樣是制取硅酸鈉溶液原料，本發(fā)明使用的粉煤灰稀堿液低溫脫硅工藝，使用的堿液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為14%~20%的稀氫氧化鈉溶液,用堿量較少，同時(shí)反應(yīng)溫度為100~140°C，屬于常溫反應(yīng)，能耗相較高溫高壓熔融法而言，節(jié)約了大量能耗；
[0029]4、本發(fā)明利用稀堿液對(duì)粉煤灰進(jìn)行有效脫硅，所得的硅酸鈉溶液中堿濃度較低，因此作為硅質(zhì)原料有利于雪硅鈣石的合成控制和產(chǎn)品品質(zhì)。由于堿溶度較低，本發(fā)明所使用的工藝在制備雪硅鈣石過(guò)程中，水洗時(shí)的用水量較傳統(tǒng)方法大幅減少，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，解決了水資源和能耗，同時(shí)制得的雪硅鈣石結(jié)晶較為穩(wěn)定，層間水被有效控制在晶體內(nèi)不易失去，從而保證了材料的體積穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在高溫條件下能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而可以作為高溫條件下使用的材料，耐熱溫度可達(dá)850°C左右。
[0030]最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換`，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種雪娃韓石的制備方法,其特征在于,包含: 制備脫硅液和石灰乳液； 所述脫硅液是通過(guò)以粉煤灰為原料制備得到； 將所述脫硅液和所述石灰乳液混合，通過(guò)水熱合成反應(yīng)得到雪硅鈣石。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水熱合成反應(yīng)包含: 將所述脫硅液和所述石灰乳液混合均勻，在水熱高壓反應(yīng)釜內(nèi)升溫至180~240°C，升溫和反應(yīng)時(shí)間控制為2~8h，攪拌速度100~400rpm，然后在180~220°C下保溫I~5h，攪拌速度50~200rpm，反應(yīng)完成后降到室溫后過(guò)濾、洗滌、烘干后，得到所述雪硅鈣石產(chǎn)品O
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述水熱合成反應(yīng)還包含: 將所述脫硅液和石灰乳液進(jìn)行混合，并對(duì)混合溶液的濃度進(jìn)行調(diào)整，控制所述混合溶液中鈣硅摩爾比0.95—1.05，水固比25~35:1。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述脫硅液通過(guò)如下方法制備: 將所述粉煤灰加入到12%~25%的氫氧化鈉溶液中形成脫硅漿液，控制所述氫氧化鈉和所述粉煤灰的干基的質(zhì)量比為0.45~0.7:1，溫度為100~140°C，在此條件下脫硅I~3h，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)所述脫硅漿液進(jìn)行固液分離和精濾，得到所述脫硅液。
5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述石灰乳液通過(guò)如下方法制備: 控制石灰石的尺寸為70~150mm，在立窯中使用20~40mm無(wú)煙煤進(jìn)行煅燒，將得到的石灰過(guò)篩，并破碎為10~30mm，然后與溫度為55~65°C的水按照石灰和水為I比4.8的比例混合進(jìn)行消化，消化完成后進(jìn)行稀釋，然后經(jīng)過(guò)分離得到所述石灰乳液。
【文檔編號(hào)】C01B33/24GK103708478SQ201310746077
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】孫俊民, 張戰(zhàn)軍, 徐鵬, 王成海, 魏曉芬, 陳楊, 白柳楊, 宋曉明 申請(qǐng)人:大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司高鋁煤炭資源開(kāi)發(fā)利用研發(fā)中心