CN104891838A - 一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，本发明将粉煤灰经过提取硅、钙后与助剂混合，形成新的补强剂，本发明的补强剂可以有效的提高胶料的定伸应力和硬度，改善耐磨性、耐热性和耐屈挠龟裂性，降低扯断永久变形性，高效的利用了粉煤灰，将硅、钙有效的复合，经检测，其中硅的提取率为76-85%，钙的提取率为73-80%。

Description

一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法
技术领域
    本发明主要涉及粉煤灰提取利用领域，尤其涉及一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法。
背景技术
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成了巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染与资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉、兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是要着重资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为:粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用;粉煤灰综合利用的途径从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用，发展到在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径。
我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土，页岩;氧化铁主要来自黄铁矿;氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。
粉煤灰的元素组成(质量分数)为:O 47.83%，Si 11.48%～31.14%，Al 6.40%～22.91%，Fe 1.90%～18.51%，Ca 0.30%～25.10%，K 0.22%～3.10%，Mg 0.05%～1.92%，Ti 0.40%～1.80%，S 0.03%～4.75%，Na 0.05%～1.40%，P 0.00%～0.90%，Cl 0.00%～0.12%，其他0.50%～29.12%。
由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。其主要化学组成见下表。
我国电厂粉煤灰化学组成 %相关信息
成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O 烧失量
范围 1.30~65.76 1.59~40.12 1.50~6.22 1.44~16.80 1.20~3.72 1.00~6.00 1.10~4.23 1.02~2.14 1.63~29.97
均值 1.8 1.1 1.2 1.7 1.2 1.8 1.2 1.6 1.9
粉煤灰的活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性Al2O3 (玻璃体Al2O3 )在一定碱性条件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。国外把CaO含量超过10%的粉煤灰称为C类灰，而低与10%的粉煤灰称为F类灰。C类灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F类灰常作混凝土掺和料，它比C类灰使用时的水化热要低。
粉煤灰中少量的MgO、Na2O、K2O等生成较多玻璃体，在水化反应中会促进碱硅反应。但MgO含量过高时，对安定性带来不利影响。
粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一种惰性物质不仅对粉煤灰的活性有害，而且对粉煤灰的压实也不利。过量的Fe2O3对粉煤灰的活性也不利。
粉煤灰的矿物组成：由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中，形成了不同的物相。比如:氧化硅及氧化铝含量较高的玻璃珠在铁矿，另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含量较多:反之，玻璃体容易析晶。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、氧化铁、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，包括以下步骤：
（1）将粉煤灰与其重量1-2%的活化剂混合，搅拌均匀，置于600-700℃下煅烧1-2小时，冷却后磨成细粉，过200-260目筛；
（2）将上述筛分料加入到2-3倍去离子水中，50-60℃下保温30-40分钟，过滤，得滤渣和含钙滤液；
（3）在上述滤渣中加入7-10mol/L的氢氧化钠溶液，在90-100℃下保温搅拌30-50分钟，冷却过滤，得到含硅滤液，所述的氢氧化钠与滤渣的体积重量比为3-5ml：1g；
（4）将上述含钙滤液、含硅滤液混合，搅拌均匀，控制反应温度为80-90℃，加入补强助剂，搅拌均匀，通入CO2含量为70-80%的混合气体进行碳化反应，直至沉淀不再增加为止，停止通入气体，得碳化液；
（5）将上述碳化液在100-110℃下加热至水干，再经过微波干燥，磨成细粉，即得。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（1）中所述的活化剂是由下述重量份的原料组成的：氟硅酸钠1-2重量份、硬脂酸钙2-3重量份、氟化钠2-4重量份。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（4）中所述的补强助剂是由下述重量份的原料组成的：邻苯二甲酸酯4-5重量份、灰钙粉3-4重量份、茶皂素0.1-0.2重量份、硅烷偶联剂KH550 0.5-1重量份、微细二氧化硅气凝胶1-2重量份、六钛酸钾晶须1-2重量份；所述的补强助剂的用量为含钙滤液、含硅滤液混合液重量的10-20%。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，本发明的填料主要用于轮胎、胶管、密封圈等橡胶材料的补强。
本发明的优点是：
本发明将粉煤灰经过提取硅、钙后与助剂混合，形成新的补强剂，本发明的补强剂可以有效的提高胶料的定伸应力和硬度，改善耐磨性、耐热性和耐屈挠龟裂性，降低扯断永久变形性，高效的利用了粉煤灰，将硅、钙有效的复合，经检测，其中硅的提取率为76-85%，钙的提取率为73-80%。
    具体实施方式
实施例1：
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将粉煤灰与其重量2%的活化剂混合，搅拌均匀，置于700℃下煅烧1-2小时，冷却后磨成细粉，过200目筛；
（2）将上述筛分料加入到2倍去离子水中，59℃下保温37分钟，过滤，得滤渣和含钙滤液；
（3）在上述滤渣中加入7-10mol/L的氢氧化钠溶液，在98℃下保温搅拌38分钟，冷却过滤，得到含硅滤液，所述的氢氧化钠与滤渣的体积重量比为4ml：1g；
（4）将上述含钙滤液、含硅滤液混合，搅拌均匀，控制反应温度为85℃，加入补强助剂，搅拌均匀，通入CO2含量为80%的混合气体进行碳化反应，直至沉淀不再增加为止，停止通入气体，得碳化液；
（5）将上述碳化液在106℃下加热至水干，再经过微波干燥，磨成细粉，即得。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（1）中所述的活化剂是由下述重量份的原料组成的：氟硅酸钠1重量份、硬脂酸钙2重量份、氟化钠2重量份。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（4）中所述的补强助剂是由下述重量份的原料组成的：邻苯二甲酸酯5重量份、灰钙粉4重量份、茶皂素0.2重量份、硅烷偶联剂KH550 0.5重量份、微细二氧化硅气凝胶2重量份、六钛酸钾晶须1重量份；所述的补强助剂的用量为含钙滤液、含硅滤液混合液重量的19%。
实施例2
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将粉煤灰与其重量1%的活化剂混合，搅拌均匀，置于670℃下煅烧1-2小时，冷却后磨成细粉，过200目筛；
（2）将上述筛分料加入到2倍去离子水中，50℃下保温30分钟，过滤，得滤渣和含钙滤液；
（3）在上述滤渣中加入7-10mol/L的氢氧化钠溶液，在98℃下保温搅拌38分钟，冷却过滤，得到含硅滤液，所述的氢氧化钠与滤渣的体积重量比为3ml：1g；
（4）将上述含钙滤液、含硅滤液混合，搅拌均匀，控制反应温度为80-90℃，加入补强助剂，搅拌均匀，通入CO2含量为76%的混合气体进行碳化反应，直至沉淀不再增加为止，停止通入气体，得碳化液；
（5）将上述碳化液在108℃下加热至水干，再经过微波干燥，磨成细粉，即得。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（1）中所述的活化剂是由下述重量份的原料组成的：氟硅酸钠1重量份、硬脂酸钙2重量份、氟化钠3重量份。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（4）中所述的补强助剂是由下述重量份的原料组成的：邻苯二甲酸酯4重量份、灰钙粉3重量份、茶皂素0.17重量份、硅烷偶联剂KH550 0.9重量份、微细二氧化硅气凝胶1重量份、六钛酸钾晶须1重量份；所述的补强助剂的用量为含钙滤液、含硅滤液混合液重量的18%。
实施例3
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将粉煤灰与其重量2%的活化剂混合，搅拌均匀，置于700℃下煅烧1小时，冷却后磨成细粉，过260目筛；
（2）将上述筛分料加入到2倍去离子水中，60℃下保温40分钟，过滤，得滤渣和含钙滤液；
（3）在上述滤渣中加入7-10mol/l的氢氧化钠溶液，在100℃下保温搅拌30分钟，冷却过滤，得到含硅滤液，所述的氢氧化钠与滤渣的体积重量比为5ml：1g；
（4）将上述含钙滤液、含硅滤液混合，搅拌均匀，控制反应温度为90℃，加入补强助剂，搅拌均匀，通入CO2含量为80%的混合气体进行碳化反应，直至沉淀不再增加为止，停止通入气体，得碳化液；
（5）将上述碳化液在110℃下加热至水干，再经过微波干燥，磨成细粉，即得。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（1）中所述的活化剂是由下述重量份的原料组成的：氟硅酸钠1重量份、硬脂酸钙3重量份、氟化钠2重量份。
一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，步骤（4）中所述的补强助剂是由下述重量份的原料组成的：邻苯二甲酸酯4重量份、灰钙粉4重量份、茶皂素0.1重量份、硅烷偶联剂KH550 0.5重量份、微细二氧化硅气凝胶1重量份、六钛酸钾晶须1重量份；所述的补强助剂的用量为含钙滤液、含硅滤液混合液重量的10%。

Claims (4)

1.一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将粉煤灰与其重量1-2%的活化剂混合，搅拌均匀，置于600-700℃下煅烧1-2小时，冷却后磨成细粉，过200-260目筛；
（2）将上述筛分料加入到2-3倍去离子水中，50-60℃下保温30-40分钟，过滤，得滤渣和含钙滤液；
（3）在上述滤渣中加入7-10mol/L的氢氧化钠溶液，在90-100℃下保温搅拌30-50分钟，冷却过滤，得到含硅滤液，所述的氢氧化钠与滤渣的体积重量比为3-5ml：1g；
（4）将上述含钙滤液、含硅滤液混合，搅拌均匀，控制反应温度为80-90℃，加入补强助剂，搅拌均匀，通入CO2含量为70-80%的混合气体进行碳化反应，直至沉淀不再增加为止，停止通入气体，得碳化液；
（5）将上述碳化液在100-110℃下加热至水干，再经过微波干燥，磨成细粉，即得。
2.根据权利要求1所述的一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于步骤（1）中所述的活化剂是由下述重量份的原料组成的：氟硅酸钠1-2重量份、硬脂酸钙2-3重量份、氟化钠2-4重量份。
3.根据权利要求1所述的一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于步骤（4）中所述的补强助剂是由下述重量份的原料组成的：邻苯二甲酸酯4-5重量份、灰钙粉3-4重量份、茶皂素0.1-0.2重量份、硅烷偶联剂KH550 0.5-1重量份、微细二氧化硅气凝胶1-2重量份、六钛酸钾晶须1-2重量份；所述的补强助剂的用量为含钙滤液、含硅滤液混合液重量的10-20%。
4.根据权利要求1所述的一种从粉煤灰中提取硅、钙用于填料补强的方法，其特征在于本发明的填料主要用于轮胎、胶管、密封圈等橡胶材料的补强。
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