CN104828834A

CN104828834A - 一种用粉煤灰制备托贝莫来石的方法及其应用

Info

Publication number: CN104828834A
Application number: CN201410187586.7A
Authority: CN
Inventors: 马淑花; 吕松青; 郑诗礼; 张懿
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: CN104828834B

Abstract

本发明属于固体废弃物再利用领域，具体地，本发明涉及一种用粉煤灰制备托贝莫来石的方法及其应用。本发明的用粉煤灰制备托贝莫来石的方法，包括以下步骤：1)配料：将粉煤灰和钙质原料按CaO与SiO₂摩尔比为0.4～1.4混合，获得混合料，再将混合料按1:10～1:40的比例溶于碱液中，获得混合浆料。2)反应：将步骤1)得到的混合浆料在密闭容器中进行合成反应，反应温度为100～250℃，反应时间为3～30h，反应后过滤，获得托贝莫来石湿渣。本发明合成的托贝莫来石压制成型的产品容重较低、性能优越；本发明与传统方法用硅质原料和钙质原料主要通过蒸养工序合成托贝莫来石流程相比，反应过程传质效果更佳，从而能耗更低。

Description

一种用粉煤灰制备托贝莫来石的方法及其应用

技术领域

本发明属于固体废弃物再利用领域，具体地，本发明涉及一种用粉煤灰制备托贝莫来石的方法及其应用。

背景技术

据公开资料报道，每燃烧1吨煤就能产生250～300kg粉煤灰。建国以来，历年排放未加利用而堆存在灰场的粉煤灰总量已在25亿吨以上，预计我国粉煤灰的排放量将从2010年的4.8亿吨，增长到2015年的5.8亿吨。通常粉煤灰的处理方法是制砖、筑路、生产水泥、改良土壤。但是这些利用途径无法完全消纳我国排放量巨大的粉煤灰，因此造成了粉煤灰的大量堆积，给环境造成了极大的压力。

然而，托贝莫来石是一种水化硅酸钙，它具有容重小、导热系数低、耐高温和强度大等特点，多用于制备保温材料，广泛应用于冶金、建材、电力、化工等行业窑炉、设备及管道保温工程中。目前，托贝莫来石材料的制备以石英粉、硅藻土、沸石、膨润土、锆硅渣、稻壳灰、工业产品膨胀珍珠岩以及高炉水淬渣作为硅质原料，以石灰等作为钙质原料，通过配料、凝胶反应、压制、蒸养、烘干等工序合成，同时为增加其强度，在配料过程中往往加入增强纤维等材料，例如CN103172333A公布的一种制备超轻托贝莫来石硅酸钙保温材料的工艺方法就是采用硅藻土和石灰分别为钙质原料和硅质原料，在95～97℃下反应6h，然后在150～180℃蒸养制得；或者通过配料、动态水热合成反应，压制、蒸养、烘干等工序合成，例如CN102731120A公布的硅酸钙制备方法就是利用硅酸钠为硅质原料，石灰乳为钙质原料，采用动态水热法经压制、蒸养、烘干等工序合的；CN102731120A公布的托贝莫来石合成方法是利用锆硅渣做硅质原料，采用上述类似的方法合成托贝莫来石；还有一些方法通过蒸养或者煅烧的方式制备，例如CN1442278公布的用硅砂硅酸盐水泥生产先张法预应力混凝土管桩技术方法就是利用硅砂硅酸盐水泥做硅质原料，首先在70～95℃下常压蒸养4～8h，然后在160～200℃高压蒸养8～12h制得；还有CN101549979公布的一种防潮防火板及其制备方法利用硅灰石粉、石英粉和硅酸盐水泥做硅质原料，采用上述类似的方法制得托贝莫来石；例如CN102838301A公布的一种废弃加气混凝土砌块活化的方法是将加气混凝土切块在600～900℃煅烧0.5～1.5制得。以上制备托贝莫来石的硅质原料虽然种类多，但是来源有限，且多为原生资源。而以二次资源普通粉煤灰作为硅质原料制备托贝莫来石并用作制备自保温材料的方法，至今尚未见报道。

发明内容

本发明提供了一种以普通粉煤灰为硅质原料采用动态水热合成法制备托贝莫来石的方法，该方法获得的托贝莫来石可以用于制备自保温材料。因此，本发明不但提供了优良的托贝莫来石制备方法，而且还提供了本发明制备的托贝莫来石作为自保温材料的应用。本发明能有效的缓解普通粉煤灰大量堆积造成的环境污染问题。

本发明的用粉煤灰制备托贝莫来石的方法，包括以下步骤：

1)配料：将粉煤灰和钙质原料按CaO与SiO₂摩尔比为0.4～1.4混合，获得混合料，再将混合料按1:10～1:40的比例溶于稀碱液中，获得混合浆料；

2)反应：将步骤1)得到的混合浆料在密闭容器中进行合成反应，反应温度为100～250℃，反应时间为3～30h，反应后过滤，获得托贝莫来石湿渣。该湿渣干燥后微观形貌上可呈纳米纤维球状，或蜂窝状，这使得由该湿渣压制成型的托贝莫来石制品孔隙率高达90％左右，可有效保障托贝莫来石的保温性能。

上述粉煤灰和钙质原料优选按CaO与SiO₂摩尔比为0.6～1.4混合。

上述钙质原料为氢氧化钙或氧化钙，或含氧化钙的废渣，所述含氧化钙的废渣是指以氢氧化钙或氧化钙为主的废渣，例如电石渣或磷石膏。

本发明所使用的碱液Na₂O浓度为0.1-100g/L。所述碱液可以是NaOH溶液或Na₂CO₃溶液，或二者的混合液，也可以是NaOH与其它钠盐的混合液，即满足溶液中Na₂O浓度为0.1-100g/L的碱液均可以实现本发明。

根据本发明的制备托贝莫来石的方法，步骤2)优选的反应温度为200～230℃；优选的反应时间为为7～12h。

本发明所述的粉煤灰即普通粉煤灰，是直接从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，也包括炉底灰。其主要成分为Al₂O₃和SiO₂。

根据本发明的制备托贝莫来石的方法，步骤2)反应过程中要对浆料进行不断的搅拌，反应完成后将料浆过滤，得到不同形貌的托贝莫来石湿渣。

本发明反应所需密闭容器可以为本领域公知的任何可以进行合成反应的密闭容器，例如反应釜等。

本发明还提供了由上述用粉煤灰制备的托贝莫来石的应用，尤其是作为自保温材料的应用。

基于上述应用，优选地，提供一种制备自保温材料的方法，包括以下步骤：

1)压制成型：将本发明制得的托贝莫来石湿渣用模具压制成型，获得托贝莫来石自保温制品；

2)干燥：将步骤1)中压制成型的托贝莫来石自保温制品在50～150℃下干燥2～15h，托贝莫来石自保温终产品即制备完成。

本发明提供的普通粉煤灰制备托贝莫来石的方法具有如下明显优越性：

(1)本发明采用普通粉煤灰做硅质原料，不但解决了大量的普通粉煤灰堆积污染环境的问题，而且还实现了普通粉煤灰高值化利用；

(2)本发明合成的托贝莫来石可以纳米托贝莫来石晶须相互缠绕而成的球形状态存在，因此压制成型的产品容重较低、性能优越；

(3)本发明采用动态水热合成法用普通粉煤灰和含氧化钙的钙质原料合成托贝莫来石，与传统方法用硅质原料和钙质原料主要通过蒸养工序合成托贝莫来石流程相比，反应过程传质效果更佳，从而能耗更低。

附图说明

图1是本发明的用粉煤灰为原料制备托贝莫来石的工艺路线图。

图2是本发明实施例1合成的托贝莫来石扫描电镜(SEM)照片。

图3是本发明实施例5合成的托贝莫来石扫描电镜(SEM)照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有29.77％的Al₂O₃和43.66％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与氢氧化钙以CaO/SiO₂摩尔比为0.4配料，溶于Na₂O浓度为0.1g/L的碱液中，控制固液比为1:40，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为250℃，反应时间为3h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣，其形貌如图2所示；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在110℃下干燥3h，成型材料容重为349kg/m³，抗压强度为2.10MPa，线收缩率0.50％。

实施例2

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有20.85％的Al₂O₃和45.78％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与氧化钙以CaO/SiO₂摩尔比为1.0配料，溶于Na₂O浓度为88g/L的碱液中，控制固液比为1:20，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为220℃，反应时间为10h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在100℃下干燥5h，成型材料容重为208kg/m³，抗压强度为1.38MPa，导热系数0.060W/(m·k)，线收缩率0.58％。

实施例3

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有27.05％的Al₂O₃和39.97％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与电石渣以CaO/SiO₂摩尔比为1.4配料，溶于Na₂O浓度为8g/L的碱液中，控制固液比为1:30，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为220℃，反应时间为12h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在50℃下干燥15h，成型材料容重为369kg/m³，抗压强度为2.01MPa。

实施例4

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有18.76％的Al₂O₃和44.29％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与氢氧化钙以CaO/SiO₂摩尔比为0.6配料，溶于Na₂O浓度为68g/L的碱液中，控制固液比为1:30，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为220℃，反应时间为13h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在100℃下干燥5h，成型材料容重为254kg/m³，抗压强度为1.52MPa，抗折强度为0.40MPa。

实施例5

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有18.01％的Al₂O₃和33.72％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与磷石膏以CaO/SiO₂摩尔比为0.9配料，溶于Na₂O浓度为36g/L的碱液中，控制固液比为1:10，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为230℃，反应时间为13h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣，其形貌如图3所示；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在120℃下干燥4h，成型材料容重为402kg/m³，抗压强度为2.64MPa。

实施例6

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有20.30％的Al₂O₃和33.04％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与氢氧化钙以CaO/SiO₂摩尔比为1.0配料，溶于Na₂O浓度为100g/L的碱液中，控制固液比为1:25，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为100℃，反应时间为30h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在100℃下干燥5h，成型材料容重为456kg/m³，抗压强度为2.85MPa。

实施例7

本实施例的原料为普通粉煤灰，其中含有27.37％的Al₂O₃和37.70％的SiO₂。将上述普通粉煤灰与氢氧化钙以CaO/SiO₂摩尔比为1.2配料，溶于Na₂O浓度为77g/L的碱液中，控制固液比为1:20，将其浆料在反应釜中进行合成反应，反应温度为210℃，反应时间为7h，反应后浆料进行真空抽滤，获得托贝莫来石湿渣；抽滤后所得渣相用选定的模具压制成型；最后将成型制品在150℃下干燥2h，成型材料容重为312kg/m³，抗压强度为1.96MPa。

图2～图3是本发明托贝莫来石的有代表性的扫描电镜(SEM)照片(实施例1、实施例5)。本发明托贝莫来石依据其制备条件不同，可以制备不同形貌的产品，如晶须状、片状等等。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种用粉煤灰制备托贝莫来石的方法，包括以下步骤：

1)配料：将粉煤灰和钙质原料按CaO与SiO₂摩尔比为0.4～1.4混合，获得混合料，再将混合料按1:10～1:40的比例溶于碱液中，获得混合浆料；

2)反应：将步骤1)得到的混合浆料在密闭容器中进行合成反应，反应温度为100～250℃，反应时间为3～30h，反应后过滤，获得托贝莫来石湿渣。

2.根据权利要求1所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，所述钙质原料为氢氧化钙或氧化钙，或含氧化钙的废渣。

3.根据权利要求2所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，所述含氧化钙的废渣为电石渣或磷石膏。

4.根据权利要求1所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，所述碱液中Na₂O浓度为0.1～100g/L。

5.根据权利要求1所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，步骤2)所述反应温度为200～230℃。

6.根据权利要求1所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，步骤2)所述反应时间为7～12h。

7.根据权利要求1所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，步骤2)反应过程中进行搅拌。

8.根据权利要求1所述的制备托贝莫来石的方法，其特征在于，步骤2)所述密闭容器为反应釜。

9.权利要求1所制得的托贝莫来石作为自保温材料的应用。