CN105439156A - 一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，具体包括：1)将微硅粉和氢氧化钠溶液混合搅拌进行碱浸脱硅反应；2)对反应后的混合物进行过滤分离，并对滤饼进行多次洗涤，得到脱硅溶液和脱硅渣；3)将电石渣直接煅烧或加入酸液进行酸洗后煅烧，得到生石灰；4)将生石灰加水进行消化得到活性石灰乳；5)将石灰乳和脱硅液混合搅拌进行水热合成反应，反应完成后过滤洗涤得到含水硅酸钙和氢氧化钠溶液，含水硅酸钙烘干制得硅酸钙橡塑填料；氢氧化钠溶液浓缩后可以返回步骤1)中循环使用。与现有技术相比，本发明投资少，制得的硅酸钙橡塑填料化学性能稳定，粒度均匀，白度高，杂质含量低；同时实现了工业固弃物的资源化、高值化循环利用。
Description
技术领域：
本发明属于材料、化工领域，具体涉及一种利用工业固弃物微硅粉和电石渣制备硅酸钙微粉的方法。
背景技术：
微硅粉是硅金属和硅铁合金工业生产过程中，在矿热电炉内产生的挥发性SiO和Si气体与空气迅速氧化并冷凝，经捕集得到的工业粉尘。微硅粉的主要成分是非晶态的SiO2，其含量一般为80％～95％；同时还夹杂C、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O等杂质。微硅粉的平均粒径一般在10μm以下，比表面积为20～32m2/g。近年来，随着我国环保法规力度的加强，作为硅铁企业副产物的微硅粉的回收量逐年增加。但是由于微硅粉的市场容量小，大部分收集的微硅粉被企业随意堆放，既占用大量土地，增加成本负担；同时还会扬尘造成二次污染，严重危害环境和人身健康。因此，如何实现微硅粉的资源化、高值化利用成为迫切需要解决的问题。
硅酸钙是一种呈白色粉末状的硅酸盐产品，其化学式为CaSiO3。纯度较高的硅酸钙微粉具有良好的介电性能和较高的耐热性能，在橡胶、陶瓷、化工、冶金、建筑、机械、电子、造纸、农业等部门具有广泛的应用。
目前，在现有针对硅酸钙合成制备的技术中，主要是利用湿化学法水热合成硅酸钙产品。中国发明专利CN156973报道一种可降解多孔硅酸钙陶瓷生物活性材料的制备方法，该发明主要是分析纯的Ca(NO3)2·4H2O、Na2SiO3·9H2O、氨水和去离子水为原料，将1mol/L的Na2SiO3溶液和Ca(NO3)2溶液以等摩尔比物料反应，搅拌8～24h，过滤洗涤，烘干过筛后于800～1000℃煅烧1～3消失制得β-硅酸钙微粉，但是该方法的原料成本和能耗较高，工艺过程反应时间长，难以进行大规模的工业化生产。中国发明专利CN102583480A和CN101591023A分别报道了利用(高铝)粉煤灰脱硅液制备硅酸钙微粉的方法，该发明是利用粉煤灰与氢氧化钠溶液发生脱硅反应，然后脱硅液经苛化、水洗、脱碱水洗、干燥等步骤得到硅酸钙产品，但是粉煤灰中活性SiO2的含量较低，一般不超过60％，硅酸钙产品的有效产率较低。中国发明专利CN1095732报道了一种硅灰石的改性方法，该发明是利用邻苯二甲酸二丁酯对硅灰石进行改性处理，在硅灰石表面形成一包覆层，该发明的原料成本较低，但是改性过程中要消耗昂贵的有机物，不利于该技术的大规模工业化生产。中国专利CN102923725A报道了一种超高比表面积的硅酸钙纳米薄片制备方法，但是该发明的制备过程比较复杂，同样不利于大规模的生产。中国专利CN1301677报道了一种人造硅灰石及其制法，该方法是将天然的硅石、方解石、长石萤石等原料粉碎混合后在1000～1600℃煅烧，然后自然冷却或水冷，经研碎而成，该方法的原料成本较低，但是能耗比较高，原料中的杂质对硅灰石微粉的性能影响较大。通过文献检索资料发现，目前，还没有利用工业固弃物微硅粉和电石渣为原料制备橡胶和塑料填料填料的详细研究。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用工业固弃物微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法。该方法投资较少，原料来源广泛，成本低廉，能耗较低；制得的硅酸钙橡塑填料物理化学性能稳定，白度高，比表面积较大，粒度均匀。同时实现了工业固弃物的资源化、高值化利用。
为达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其步骤为：
1)将微硅粉和浓度为5～30％(摩尔)的氢氧化钠溶液混合搅拌进行碱浸脱硅反应；
2)对反应后的混合物进行过滤分离，并对滤饼进行多次洗涤，过筛除去溶液中悬浮杂质，得到脱硅溶液和脱硅渣；
3)将电石渣直接煅烧或加入酸液进行酸洗后煅烧，得到生石灰；
4)将步骤3)所得生石灰加水进行消化得到活性石灰乳；
5)将步骤4)所得石灰乳和步骤2)所得脱硅液混合搅拌进行水热合成反应，反应完成后过滤洗涤得到含水硅酸钙和氢氧化钠溶液，含水硅酸钙烘干制得硅酸钙橡塑填料；氢氧化钠溶液浓缩后可以返回步骤1)中循环使用。
上述步骤1)中的微硅粉为工业硅和硅铁合金工业生产过程中收集的固体废弃物粉尘，属于低品级微硅粉。
上述步骤1)中微硅粉中SiO2与氢氧化钠的质量比为0.64:1～0.76:1。
上述步骤1)中微硅粉与氢氧化钠溶液的脱硅反应温度为90～180℃，脱硅反应时间为0.5～4小时。
上述步骤3)中的酸为稀硫酸或盐酸，煅烧条件为温度450～900℃，时间为0.5～4.5小时。
上述步骤4)中生石灰与水的质量比为1:3～8，消化水的温度为60～95℃。
上述步骤5)中石灰乳(以CaO计量)与脱硅溶液(以SiO2计量)的质量比为0.75:1～1.12:1，反应温度为90～125℃，反应时间为0.5～3小时。
上述的含水硅酸钙烘干温度为150～400℃，烘干时间为0.5～8小时。
上述氢氧化钠溶液的回收率为85～95％，回收浓缩后氢氧化钠的浓度为10～15％。
上述方法中，所述的硅酸钙橡塑填料的真密度为0.40g/m3，松散堆积密度为0.22～0.32g/m3，比表面积为150～200m2/g，白度达到85～90，平均粒度为2.5～4μm。
与现有技术比较，本发明的优点在于：
与现有技术相比，本发明投资少，生产成本低，原料来源广泛低廉，工艺操作简单，能耗低，制得的硅酸钙橡塑填料化学性能稳定，粒度均匀，白度高，杂质含量低；同时实现了工业固弃物的资源化、高值化循环利用。具体如下：
(1)本发明的原料来源丰富广泛，成本低廉，通过廉价的石灰石和工业固弃物微硅粉制备出硅酸钙粉体；硅酸钙粉体产品比表面积大，产品的化学成分和理化性质稳定，杂质含量低。
(2)氢氧化钠的循环利用率较高，达到85％以上，可以降低多孔硅酸钙生产制备的成本；
(3)该方法的工艺过程和设备简单，可操作性强，能耗和物耗较低，同时实现了工业固弃物的高值化、资源化循环利用，符合国家的循环经济政策。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图；
具体实施方式
实施例1
(1)称取微硅粉10Kg(SiO2含量为78wt％)作为原料，微硅粉与氢氧化钠质量比为1.5:1进行物料配比。氢氧化钠固体用水溶解配置成浓度为15％的氢氧化钠溶液，不断搅拌防止氢氧化钠凝结沉淀。将微硅粉和氢氧化钠溶液混合均匀后置于反应釜中，机械搅拌。控制脱硅反应的温度为120℃，脱硅反应时间2.0h。在脱硅反应过程中不断机械搅拌，保持脱硅反应的均匀，防止局部区域出现团聚结块现象。
(2)脱硅反应结束后，通过真空过滤机对脱硅反应形成的悬浮料浆体系进行过滤分离，并用热水对滤饼进行多次洗涤，除去脱硅液中的悬浮物，制得脱硅溶液。
(3)将电石渣在500℃煅烧3小时，得到生石灰。
(4)将生石灰和工艺水水如1：3的比例进行消化处理，工艺水的温度为65℃，得到石灰乳；
(5)将配置好的石灰乳和脱硅精液混合，置于反应釜中。混合溶液在95℃的条件下机械搅拌反应60min，搅拌速率为150r/min。反应结束后在真空过滤机上进行过滤，并用热水和稀碱溶液进行洗涤。过滤后所得滤饼即为含水硅酸钙。将硅酸钙样品在200℃条件下烘干8h即得到硅酸钙微粉。过滤后的洗涤滤液为氢氧化钠溶液，其经适度蒸发浓缩后补充少量氢氧化钠返回步骤(1)中再次用于微硅粉的脱硅反应。制得的硅酸钙填料产品的理化性能为：白度为82；粒度为2.8μm；堆积密度为0.32g/cm3；Fe2O3<0.08％，CaO+SiO2>96％。
实施例2
(1)称取微硅粉15Kg(SiO2含量为82.3％wt)作为原料，微硅粉与氢氧化钠质量比为1.1:1进行物料配比。氢氧化钠固体用水溶解配置成浓度为20％的氢氧化钠溶液，不断搅拌防止氢氧化钠凝结沉淀。将微硅粉和氢氧化钠溶液混合均匀后置于反应釜中，机械搅拌。控制脱硅反应的温度为160℃，脱硅反应时间1.5h。在脱硅反应过程中不断机械搅拌，保持脱硅反应的均匀，防止局部区域出现团聚结块现象。
(2)脱硅反应结束后，通过真空过滤机对脱硅反应形成的悬浮料浆体系进行过滤分离，并用工艺热水对滤饼进行多次洗涤。洗涤制得的滤液即为脱硅溶液；将脱硅溶液在立式叶滤机中进行二次过滤，除去脱硅液中的悬浮物，得到脱硅精液。
(3)用稀硫酸对电石渣进行除杂处理，然后在550℃煅烧1.5小时，得到生石灰。
(4)将生石灰和工艺水水如1：5的比例进行消化处理，工艺水的温度为75℃，得到石灰乳；
(5)将配置好的石灰乳和脱硅精液混合，置于反应釜中。混合溶液在100℃的条件下机械搅拌反应1.5h，搅拌速率为200r/min。反应结束后在真空过滤机上进行过滤，并用热水和稀碱溶液进行洗涤。过滤后所得滤饼即为含水硅酸钙。将硅酸钙样品在300℃条件下烘干6h即得到硅酸钙微粉。过滤后的洗涤滤液为氢氧化钠溶液，其经适度蒸发浓缩后补充少量氢氧化钠返回步骤(1)中再次用于微硅粉的脱硅反应。制得的硅酸钙微粉产品的理化性能为：白度为88；粒度为3.1μm；堆积密度为0.32g/cm3；Fe2O3<0.08％，CaO+SiO2>96％。
实施例3
(1)称取微硅粉20Kg(SiO2含量为85.6％wt)作为原料，微硅粉与氢氧化钠质量比为0.89:1进行物料配比。氢氧化钠固体用水溶解配置成浓度为20％的氢氧化钠溶液，不断搅拌防止氢氧化钠凝结沉淀。将微硅粉和氢氧化钠溶液混合均匀后置于反应釜中，机械搅拌。控制脱硅反应的温度为180℃，脱硅反应时间1.5h。在脱硅反应过程中不断机械搅拌，保持脱硅反应的均匀，防止局部区域出现团聚结块现象。
(2)脱硅反应结束后，通过真空过滤机对脱硅反应形成的悬浮料浆体系进行过滤分离，并用工艺热水对滤饼进行多次洗涤。洗涤制得的滤液即为脱硅溶液；将脱硅溶液在立式叶滤机中进行二次过滤，除去脱硅液中的悬浮物，得到脱硅精液。
(3)用盐酸对电石渣进行除杂处理，然后在650℃煅烧2小时，得到生石灰。
(4)将生石灰和工艺水水如1：5的比例进行消化处理，工艺水的温度为80℃，得到石灰乳；
(5)将配置好的电石渣悬浮液和脱硅精液混合，置于反应釜中。混合溶液在105℃的条件下机械搅拌反应1.5h，搅拌速率为250r/min。反应结束后在真空过滤机上进行过滤，并用热水和稀碱溶液进行洗涤。过滤后所得滤饼即为含水硅酸钙。将硅酸钙样品在350℃条件下烘干4h即得到硅酸钙微粉。过滤后的洗涤滤液为氢氧化钠溶液，其经适度蒸发浓缩后补充少量氢氧化钠返回步骤(1)中再次用于微硅粉的脱硅反应。制得的硅酸钙微粉产品的理化性能为：白度为90；粒度为4.0μm；堆积密度为0.32g/cm3；Fe2O3<0.08％，CaO+SiO2>96％。
实施例4
(1)称取微硅粉10Kg(SiO2含量为88.7％wt)作为原料，微硅粉与氢氧化钠质量比为0.68:1进行物料配比。氢氧化钠固体用水溶解配置成浓度为20％的氢氧化钠溶液，不断搅拌防止氢氧化钠凝结沉淀。将微硅粉和氢氧化钠溶液混合均匀后置于反应釜中，机械搅拌。控制脱硅反应的温度为220℃，脱硅反应时间1h。在脱硅反应过程中不断机械搅拌，保持脱硅反应的均匀，防止局部区域出现团聚结块现象。
(2)脱硅反应结束后，通过真空过滤机对脱硅反应形成的悬浮料浆体系进行过滤分离，并用工艺热水对滤饼进行多次洗涤。洗涤制得的滤液即为脱硅溶液；将脱硅溶液在立式叶滤机中进行二次过滤，除去脱硅液中的悬浮物，得到脱硅精液。
(3)用盐酸对电石渣进行除杂处理，然后在650℃煅烧2小时，得到生石灰。
(4)将生石灰和工艺水水如1：7的比例进行消化处理，工艺水的温度为85℃，得到石灰乳；
(5)将配置好的电石渣悬浮液和脱硅精液混合，置于反应釜中。混合溶液在115℃的条件下机械搅拌反应1.5h，搅拌速率为200r/min。反应结束后在真空过滤机上进行过滤，并用热水和稀碱溶液进行洗涤。过滤后所得滤饼即为含水硅酸钙。将硅酸钙样品在350℃条件下烘干6h即得到硅酸钙微粉。过滤后的洗涤滤液为氢氧化钠溶液，其经适度蒸发浓缩后补充少量氢氧化钠返回步骤(1)中再次用于微硅粉的脱硅反应。制得的硅酸钙微粉产品的理化性能为：白度为85；粒度为3.6μm；堆积密度为0.32g/cm3；Fe2O3<0.08％，CaO+SiO2>96％。
实施例5
(1)称取微硅粉10Kg(SiO2含量为88.7％wt)作为原料，如微硅粉与氢氧化钠质量比为0.68:1进行物料配比。氢氧化钠固体用水溶解配置成浓度为20％的氢氧化钠溶液，不断搅拌防止氢氧化钠凝结沉淀。将微硅粉和氢氧化钠溶液混合均匀后置于反应釜中，机械搅拌。控制脱硅反应的温度为220℃，脱硅反应时间1h。在脱硅反应过程中不断机械搅拌，保持脱硅反应的均匀，防止局部区域出现团聚结块现象。
(2)脱硅反应结束后，通过真空过滤机对脱硅反应形成的悬浮料浆体系进行过滤分离，并用工艺热水对滤饼进行多次洗涤。洗涤制得的滤液即为脱硅溶液；将脱硅溶液在立式叶滤机中进行二次过滤，除去脱硅液中的悬浮物，得到脱硅精液。
(3)用稀硫酸对电石渣进行除杂处理，然后在700℃煅烧1小时，得到生石灰。
(4)将生石灰和工艺水水如1：5的比例进行消化处理，工艺水的温度为75℃，得到石灰乳；
(5)将配置好的石灰乳和脱硅精液混合，置于反应釜中。混合溶液在115℃的条件下机械搅拌反应1.5h，搅拌速率为200r/min。反应结束后在真空过滤机上进行过滤，并用热水和稀碱溶液进行洗涤。过滤后所得滤饼即为含水硅酸钙。将硅酸钙样品在350℃条件下烘干6h即得到硅酸钙微粉。过滤后的洗涤滤液为氢氧化钠溶液，其经适度蒸发浓缩后补充少量氢氧化钠返回步骤(1)中再次用于微硅粉的脱硅反应。制得的硅酸钙微粉产品的理化性能为：白度为84；粒度为2.5μm；堆积密度为0.32g/cm3；Fe2O3<0.08％，CaO+SiO2>96％。
Claims (9)
1.一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其步骤为：
1)将微硅粉和浓度为5～30％(摩尔)的氢氧化钠溶液混合搅拌进行碱浸脱硅反应；
2)对反应后的混合物进行过滤分离，并对滤饼进行多次洗涤，过筛除去溶液中悬浮杂质，得到脱硅溶液和脱硅渣；
3)将电石渣直接煅烧或加入酸液进行酸洗后煅烧，得到生石灰；
4)将步骤3)所得生石灰加水进行消化得到活性石灰乳；
5)将步骤4)所得石灰乳和步骤2)所得脱硅液混合搅拌进行水热合成反应，反应完成后过滤洗涤得到含水硅酸钙和氢氧化钠溶液，含水硅酸钙烘干制得硅酸钙橡塑填料；氢氧化钠溶液浓缩后可以返回步骤1)中循环使用。
2.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料，其特征在于，所述步骤1)中的微硅粉为工业硅和硅铁合金工业生产过程中收集的固体废弃物粉尘，属于低品级微硅粉。
3.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述步骤1)中微硅粉中SiO2与氢氧化钠的质量比为0.64:1～0.76:1。
4.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述步骤1)中微硅粉与氢氧化钠溶液的脱硅反应温度为90～180℃，脱硅反应时间为0.5～4小时。
5.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述步骤3)中的酸为稀硫酸或盐酸，煅烧条件为温度450～900℃，时间为0.5～4.5小时。
6.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述步骤4)中生石灰与水的质量比为1:3～8，消化水的温度为60～95℃。
7.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述步骤5)中石灰乳(以CaO计量)与脱硅溶液(以SiO2计量)的质量比为0.75:1～1.12:1，反应温度为90～125℃，反应时间为0.5～3小时。
8.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述的含水硅酸钙烘干温度为150～400℃，烘干时间为0.5～8小时。
9.如权利要求1所述的一种利用微硅粉和电石渣制备橡塑填料的方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的回收率为85～95％，回收浓缩后氢氧化钠的浓度为10～15％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160330 |