CN101717216B - 一种耐高温循环流化床底渣基地聚合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温循环流化床底渣基地聚合物的制备方法，先将CFBC底渣经过机械处理至一定粒径后，与碱性激发剂溶液按照一定比例混合搅拌均匀，经超声波处理后倒入模具，在电动振动台上振动一定时间，然后将模具密封并移入恒温养护箱，在室温至90℃下养护数小时至24小时后脱模，脱模后的试样继续在一定温度下养护至预定龄期。相比于传统硅酸盐水泥材料，本方法制得的地聚合物材料具有优良的力学性能和耐高温性能，其7天耐压强度超过50MPa，且材料经800℃或1050℃高温煅烧2小时后，其外型和微观结构均没有受到明显破坏，耐压强度还比煅烧前有不同程度的提高，最高超过65MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种以工业废弃物为原料制备的无机聚合物材料，具体是一种耐高温循环流化床(CFBC)底渣基地聚合物的制备方法。该方法以CFBC底渣为全部或部分硅-铝原料，经机械预处理后，在碱性激发剂作用下发生缩聚和固化反应，制得CFBC底渣基地聚合物。
背景技术
地聚合物是一类具有无定形三维网状硅氧四面体和铝氧四面体结构的无机聚合物材料，兼具无机材料和有机聚合物的部分优点。由于传统水泥在500℃左右结构即受到破坏，而大部分有机聚合物在400-600℃即会软化或燃烧，因此这两种材料均不适合应用于高温或有火灾隐患的场合。另一方面，作为一项新型清洁燃烧技术，CFBC在国内外燃煤发电领域受到大力推广。由于CFBC的燃烧温度(约850℃)远低于传统高温燃煤发电的燃烧温度(1200-1400℃)，导致其产生的CFBC灰渣在理化性质上与传统高温燃煤灰渣存在显著差异。CFBC底渣含有一定数量的硅-铝成分，理论上可用作制备地聚合物的原材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以目前日益增多但尚缺乏有效处置方法的工业废弃物——CFBC底渣为原料，制备出兼具优良力学性能和耐高温性能的CFBC底渣基地聚合物材料的方法。
本发明所述耐高温循环流化床底渣基地聚合物的制备方法，包括以下步骤：
1)将电厂排放的原状CFBC底渣原料放入球磨机中球磨，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米；
2)将激发剂溶液加入到磨细的CFBC底渣中，使激发剂溶液与CFBC底渣原料的液/固比为0.25-0.85∶1；
3)将反应体系充分搅拌后，经超声波处理2-5分钟以促进固-液间的充分接触，然后将反应物倒入耐碱性的模具中，将模具置于电动振动台上振动约3-10分钟，以排除反应物中所含的气泡；
4)将振动处理后的模具密封，在室温下或置于养护箱中于20-90℃下养护2至24小时后脱模；脱模后的试样继续在室温至90℃下养护至预定龄期，即3-70天，烘干后制得CFBC底渣基地聚合物。
上述步骤2)激发剂为浓度为5-15摩尔/升的碱金属氢氧化物溶液，或者浓度为25-55％(w/w)的碱金属硅酸盐溶液，或者两者的混合溶液。其中的碱金属为钠、钾、或钠与钾的混合物。
本发明制备的CFBC底渣基地聚合物经过高温煅烧后，由于粘性烧结作用及地聚合反应的进一步完成，材料的耐压强度不但没有下降，反而有不同程度的提升。相比于传统硅酸盐水泥材料，本方法制得的地聚合物材料具有优良的力学性能和耐高温性能，其7天耐压强度超过50MPa，且材料经800℃或1050℃高温煅烧2小时后，其外型和微观结构均没有受到明显破坏，耐压强度还比煅烧前有不同程度的提高，现有的实验数据表明最高提升幅度达到23％，最高耐压强度超过65MPa。该材料克服了传统水泥和大部分有机聚合物在耐热性能方面的不足，可承受超过1000℃的高温，有望在航空航天、汽车、轮船及海洋钻井平台等高温或火灾隐患受到高度重视的领域取代传统水泥和部分有机聚合物材料。本方法同时也为目前日益增多但尚缺乏有效处置技术的CFBC底渣提供了一条可行的利用途径。
附图说明
图1是本发明制备的耐高温CFBC底渣基地聚合物X-射线衍射(XRD)图；
图2是扫描电子显微镜(SEM)图，其中：a.经过球磨预处理的CFBC底渣；b.CFBC底渣基地聚合物；c.CFBC底渣基地聚合物(800℃煅烧2小时)；d.CFBC底渣基地聚合物(1050℃煅烧2小时)。
具体实施方式
本发明的原料：CFBC底渣、碱性激发剂(氢氧化钠或氢氧化钾或其混合物、硅酸钠或硅酸钾或其混合物)溶液。
实施例1：
1)将CFBC底渣原料放入球磨机中球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米。
2)用固体硅酸钾和氢氧化钾配制模数为0.9，浓度为25.0％的硅酸钾激发剂溶液。
3)将配制的硅酸钾激发剂溶液与磨细CFBC底渣按液/固比为0.35混合并搅拌均匀，经超声波处理5分钟后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动10分钟以排除气泡，然后将模具密封。
4)将密封模具移入恒温养护箱中，在60℃下养护24小时后脱模。脱模后的试样在20℃下继续养护69天。
5)将到达养护龄期的试样置于105℃电热鼓风烘箱中烘干，制得CFBC底渣基地聚合物。
实施例2：
1)将CFBC底渣原料放入球磨机中球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米。
2)用固体硅酸钠和氢氧化钠配制模数为1.2，浓度为43.5％的硅酸钠激发剂溶液。
3)将配制的硅酸钠激发剂溶液与磨细CFBC底渣按液/固比为0.50混合并搅拌均匀，经超声波处理3分钟后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动2分钟以排除气泡，然后将模具密封。
4)将密封模具移入恒温养护箱中，在40℃下养护24小时后脱模。脱模后的试样在40℃下继续养护13天。
5)将到达养护龄期的试样置于105℃电热鼓风烘箱中烘干，制得CFBC底渣基地聚合物。
实施例3：
1)将CFBC底渣原料放入球磨机中球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米。
2)用固体硅酸钠和氢氧化钾配制模数为1.5，浓度为55.0％的硅酸钠-钾复合激发剂溶液。
3)将配制的硅酸钠-钾复合激发剂溶液与磨细CFBC底渣按液/固比为0.85混合并搅拌均匀，经超声波处理2分钟后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动3分钟以排除气泡，然后将模具密封。
4)将密封模具移入恒温养护箱中，在60℃下养护12小时后脱模。脱模后的试样在60℃下继续养护6天半。
5)将到达养护龄期的试样置于105℃电热鼓风烘箱中烘干，制得CFBC底渣基地聚合物。
实施例4：
1)将CFBC底渣原料放入球磨机中球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米。
2)用固体氢氧化钾配制浓度为5.0摩尔/升的激发剂溶液。
3)将配制的氢氧化钾激发剂溶液与磨细CFBC底渣按液/固比为0.25混合并搅拌均匀，经超声波处理5分钟后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动5分钟以排除气泡，然后将模具密封。
4)将密封模具移入恒温养护箱中，在80℃下养护24小时后脱模。脱模后的试样在30℃下继续养护27天。
5)将到达养护龄期的试样置于105℃电热鼓风烘箱中烘干，制得CFBC底渣基地聚合物
实施例5：
1)将CFBC底渣原料放入球磨机中球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米。
2)用固体氢氧化钠配制浓度为12摩尔/升的激发剂溶液。
3)将配制的氢氧化钠激发剂溶液与磨细CFBC底渣按液/固比为0.5混合并搅拌均匀，经超声波处理3分钟后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动5分钟以排除气泡，然后将模具密封。
4)将密封模具移入恒温养护箱中，在40℃下养护24小时后脱模。脱模后的试样在40℃下继续养护13天。
5)将到达养护龄期的试样置于105℃电热鼓风烘箱中烘干，制得CFBC底渣基地聚合物
实施例6：
1)将CFBC底渣原料放入球磨机中球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米。
2)用固体氢氧化钠和氢氧化钾配配制浓度为15摩尔/升的复合激发剂溶液。
3)将配制的复合激发剂溶液与磨细CFBC底渣按液/固比为0.75混合并搅拌均匀，经超声波处理2分钟后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动3分钟以排除气泡，然后将模具密封。
4)将密封模具移入恒温养护箱中，在90℃下养护2小时后脱模。脱模后的试样在50℃下继续养护6天。
5)将到达养护龄期的试样置于105℃电热鼓风烘箱中烘干，制得CFBC底渣基地聚合物。
Claims (3)
1.一种耐高温循环流化床底渣基地聚合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将电厂排放的原状CFBC底渣原料放入球磨机中球磨，使其体积平均粒径D[4，3]降至8-50微米；
2)将激发剂溶液加入到磨细的CFBC底渣中，使激发剂溶液与CFBC底渣原料的液/固比为0.25-0.85∶1；
3)将反应体系充分搅拌后，经超声波处理2-5分钟以促进固-液间的充分接触，然后将反应物倒入耐碱性的模具中，将模具置于电动振动台上振动3-10分钟，以排除反应物中所含的气泡；
4)将振动处理后的模具密封，在室温下或置于养护箱中于20-90℃下养护2至24小时后脱模；脱模后的试样继续在室温至90℃下养护至预定龄期，即3-70天，烘干后制得CFBC底渣基地聚合物。
2.根据权利要求1所述的耐高温循环流化床底渣基地聚合物的制备方法，其特征在于步骤2)激发剂为浓度为5-15摩尔/升的碱金属氢氧化物溶液，或者浓度为25-55％(w/w)的碱金属硅酸盐溶液，或者两者的混合溶液。
3.根据权利要求2所述的耐高温循环流化床底渣基地聚合物的制备方法，其特征在于步骤2)中的碱金属为钠、钾、或钠与钾的混合物。
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Granted publication date: 20111123 Termination date: 20151123 |
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