CN103553501A - 硅酸钙保温材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了硅酸钙保温材料的制备方法，包含：将作为原料的硅酸钙破碎并与水混合，按液固质量比为10-20的比例进行搅拌制浆，得到硅酸钙浆液，其中，所述硅酸钙是将高铝粉煤灰提取完氧化铝后的副产物之一；将所述硅酸钙浆液，在温度为190-250℃和压力为1.3Mpa-4.0MPa的条件下合成得到硬硅钙石浆体，合成时长为2-6h；向所述硬硅钙石浆体中加入1-3%的纤维增强原料和0.5-3%的水玻璃；进行压滤、脱水、成型、脱模和烘干。本发明提供的硅酸钙保温材料的制备方法，具有反应时间短、能耗低、产品性能好。

Description

硅酸钙保温材料的制备方法
技术领域
本发明涉及保温材料领域，特别涉及一种硅酸钙保温材料的制备方法。
背景技术
硅酸钙绝热材料是一种以硬硅钙石为主晶相（6CaO·6SiO2·H2O）的一种保温绝热材料，其已被得到广泛的应用。传统的硅酸钙绝热材料是以二氧化硅（石英砂粉、硅藻土），石灰（也有用消石灰、电石渣等）和增强纤维（如石棉、玻璃纤维等）为主要原料，按Ca/Si（摩尔比）为0.9-1.1配制原料，经搅拌制成液固比（质量比）为30左右的浆体，在高温高压反应釜中进行水热合成硬硅钙石，最后经过压制成型、干燥等工序制成的一种耐高温保温材料。目前这种材料已经在窑炉和特殊要求的建筑外墙隔热保温方面得到了广泛的应用。
为了响应国家“西电东送”战略的实施，以内蒙古中西部晚生代煤炭为燃料的大型火力发电厂在内蒙及其周边地区得到了大力发展。伴随着电力的输送，每年将排放出大约1200万吨Al2O3含量高达50%左右的高铝粉煤灰，且其历年的存积量已超过1亿吨。目前已经开发出了预脱硅-碱-石灰烧结法高铝粉煤灰提铝工艺。在该工艺中首先采用预脱硅法对粉煤灰中的活性SiO2进行去除，形成了硅酸钠溶液。为了能够回用NaOH溶液，向硅酸钠溶液中加入石灰乳，经反应生成了NaOH和一种多孔水合硅酸钙，其分子式可表示为CaO·SiO2·nH2O,其化学组成如下表1所示：
表1
成分 SiO2 CaO Fe2O3 Na2O MgO 烧失量（950℃）
含量（%） 42.01 38.17 0.12 0.32 1.18 12.55
每生产1吨Al2O3将伴随产生0.8-0.9吨的硅酸钙，如何能有效处理掉硅酸钙已成为高铝粉煤灰提铝工艺中亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供硅酸钙保温材料的制备方法，解决了目前高铝粉煤灰提铝工艺副产物中硅酸钙难以有效利用的问题。
同时，本发明提供的硅酸钙保温材料的制备方法，还提高了制备硅酸钙绝热材料的效率，降低了生产成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的硅酸钙保温材料的制备方法，顺序包含：
步骤一：将作为原料的硅酸钙破碎，按液固质量比为10-20的比例进行搅拌制浆，得到硅酸钙浆液，其中，所述硅酸钙是将高铝粉煤灰提取完氧化铝后的副产物之一；
步骤二：将所述硅酸钙浆液，在温度为190-250℃和压力为1.3Mpa-4.0MPa的条件下合成得到硬硅钙石浆体，合成时长为2-6h，；
步骤三：向所述硬硅钙石浆体中加入1-3%的纤维增强原料和0.5-3%的水玻璃；
步骤四：进行压滤、脱水、成型、脱模和烘干。
进一步地，所述步骤一中的作为原料的硅酸钙，是采用碱法提取粉煤灰中的氧化铝后，将得到的硅酸钠溶液与石灰反应生成。
进一步地，所述纤维增强原料包含玻璃纤维、木质纤维或石棉纤维。
进一步地，所述烘干的温度为60-105℃，时长为16-24h。
本发明提供的硅酸钙保温材料的制备方法，将高铝粉煤灰提铝工艺中产生的副产物硅酸钙合成制备硅酸钙保温材料，一方面解决了高铝粉煤灰提铝工艺中产生的副产物硅酸钙难有效利用的问题，同时本制备方法相对现有的硅酸钙保温材料的制备方法，具有反应时间短、能耗低、产品性能好。
具体实施方式
本发明提供的硅酸钙保温材料的制备方法，包含如下步骤：
S1:将硅酸钙原料破碎，按液固质量比为10-20的比例进行搅拌制浆，制得硅酸钙浆液。其中，硅酸钙是采用碱法提取粉煤灰中的氧化铝后，将得到的硅酸钠溶液与石灰反应生成；
S2:将制好的硅酸钙浆液注入到动态反应釜中，在温度为190-250℃和压力为1.3Mpa-4.0MPa的条件下合成2-6h，得到硬硅钙石浆体；
S3:向硬硅钙石浆体中加入1-3%的纤维增强原料，例如可以是玻璃纤维、木质纤维或石棉纤维；
S4:向S3得到的硬硅钙石浆体中再加入0.5-3%的水玻璃；
S5:将S4制得的浆体搅拌后，注入到压滤成型机的模具中，进行压滤、脱水、成型；
S6:对S5制得的成型后的硅酸钙绝热材料进行脱模，放置在铁质货架上送入到隧道烘干窑内，在60-105℃的温度下烘干16-24h，最终得到密度为0.2-0.3g/cm3的轻质硅酸钙绝热材料。
传统硅酸钙板的生产工艺所需的硅质原料由于采用石英砂等晶体原料，在反应过程中需在高温高压阶段经历较长时间将晶体硅转化为非晶态的硅，然后非晶态硅与生石灰反应生成硬硅钙石晶体。合成过程中发生的主要化学反应为：
CaO+SiO2+H2O→6CaO·6SiO2·H2O（硬硅钙石）
而利用硅酸钙制备硅酸钙绝热材料工艺相对于传统硅酸钙绝热材料制备工艺，减少了石英砂粉磨所需设备投资与球磨能耗，在合成工艺方面，虽然在同样的温度下合成，但是合成过程反应时间从6-8h大大缩短至2.0-6h，减少了单位产能的设备投资，增加了单位时间的产能。这是由于硅酸钙本身已经成为一种晶化未完全的物质，在晶化反应过程中可直接在高压条件下反应生成硬硅钙石晶体，减少了晶体硅转化为非晶体硅的阶段，大大缩短了反应时间，合成过程中发生的主要化学反应为：
CaO·SiO2·nH2O+H2O→6CaO·6SiO2·H2O（硬硅钙石）；
同时，合成过程所需液固比从30减少至15，即单位产能内所需加热这部分水的能耗减少了约一半，减少了合成过程的物耗。正是这两方面合成条件的差异，使得硅酸钙保温材料的生产成本在同等设备条件下，将低于传统的生产成本，从而使产品具备较强的市场竞争力。
本发明的利用硅酸钙制备的硅酸钙绝热材料工艺，具有反应时间短、能耗低、产品性能好，且大量使用了粉煤灰提取氧化铝副产物硅酸钙，具有明显的社会、经济和环境效益。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
首先将粉煤灰提取氧化铝后所得到的副产物硅酸钙原料进行破碎，根据其含水量再配入一定量的水使液固比达到20。然后将调配好的硅酸钙浆体搅拌均匀，并注入到反应釜内，在2.0Mpa和215℃条件下反应1.5h，在1.8Mpa和210℃条件下反应1h得到硬硅钙石浆体。接着将硬硅钙石浆体从反应釜内泵送到中间槽，然后向中间槽内加入3%的玻璃纤维和2%的水玻璃。待搅拌均匀后将硬硅钙石浆液泵送到压滤机成机中，在5000t的压力下保载1.5min成型。最后将成型后的硅酸钙绝热材料在隧道窑内105℃下烘干18h得到成品。经检测密度为256kg/m3，导热系数0.069W/(m·k),抗压强度0.85MPa，抗折强度0.60Mpa，最高使用温度1000℃，防火性能A1级，达到了GB/T10699-1998硅酸钙绝热制品标准要求。
实施例二：
首先将粉煤灰提取氧化铝后所得到的副产物硅酸钙原料进行破碎，根据其含水量再配入一定量的水使液固比达到15。然后将调配好的硅酸钙浆体搅拌均匀，并注入到反应釜内，在1.9Mpa和212℃条件下反应2h，在1.7Mpa和205℃条件下反应1h得到硬硅钙石浆体。接着将硬硅钙石浆体从反应釜内泵送到中间槽，然后向中间槽内加入2%的玻璃纤维和2%的水玻璃。待搅拌均匀后将硬硅钙石浆液泵送到压滤机成机中，在5000t的压力下保载1.5min成型。最后将成型后的硅酸钙绝热材料在隧道窑内105℃下烘干18h得到成品。经检测密度为251kg/m3，导热系数0.063W/(m·k),抗压强度0.81MPa，抗折强度0.58Mpa，最高使用温度1000℃，防火性能A1级，达到了GB/T10699-1998硅酸钙绝热制品标准要求。
实施例三：
首先将粉煤灰提取氧化铝后所得到的副产物硅酸钙原料进行破碎，根据其含水量再配入一定量的水使液固比达到10。然后将调配好的硅酸钙浆体搅拌均匀，并注入到反应釜内，在1.7Mpa和207℃条件下反应2h，在1.5Mpa和200℃条件下反应1h得到硬硅钙石浆体。接着将硬硅钙石浆体从反应釜内泵送到中间槽，然后向中间槽内加入2%的玻璃纤维和2%的水玻璃。待搅拌均匀后将硬硅钙石浆液泵送到压滤机成机中，在5000t的压力下保载1.5min成型。最后将成型后的硅酸钙绝热材料在隧道窑内105℃下烘干18h得到成品。经检测密度为253kg/m3，导热系数0.067W/(m·k),抗压强度0.76MPa，抗折强度0.50Mpa，最高使用温度1000℃，防火性能A1级，达到了GB/T10699-1998硅酸钙绝热制品标准要求。

Claims (4)

1.硅酸钙保温材料的制备方法，其特征在于，顺序包含：
步骤一：将作为原料的硅酸钙破碎并与水混合，按液固质量比为10-20的比例进行搅拌制浆，得到硅酸钙浆液；
步骤二：将所述硅酸钙浆液，在温度为190-250℃和压力为1.3Mpa-4.0MPa的条件下合成得到硬硅钙石浆体，合成时长为2-6h；
步骤三：向所述硬硅钙石浆体中加入1-3%的纤维增强原料和0.5-3%的水玻璃；
步骤四：进行压滤、脱水、成型、脱模和烘干。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的作为原料的硅酸钙，是采用碱法提取粉煤灰中的氧化铝后，将得到的硅酸钠溶液与石灰反应生成。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纤维增强原料包含玻璃纤维、木质纤维或石棉纤维。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为60-105℃，时长为16-24h。
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