CN107556040A - 生产发泡保温材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产发泡保温材料的方法，包括如下步骤：(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成以硫酸盐和硝酸盐为主要成分的副产物；所述烟气脱硫脱硝剂包括70～93重量份电石渣、5～25重量份氧化镁和1～5重量份催化剂；所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O或CaSiO3中的一种或多种，所述的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙；(2)将副产物与氧化镁、灰渣、纤维和添加剂混合均匀得到混合料；(3)将所述混合料与工业废水和发泡剂混合均匀，然后浇筑成型和发泡，再经养护和脱模，从而形成发泡保温材料。本发明利用工业烟气、废水和固废获得发泡保温材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产发泡保温材料的方法，尤其是一种基于电石 渣的烟气脱硫脱硝、废水、固废一体化协同治理工艺生产发泡保温材 料的方法。
背景技术
在我国的建筑材料保温市场中，有机保温材料占有率达90％左 右。目前常用的保温材料主要有两大类：第一类是膨胀珍珠岩和保温 砂浆类的无机保温材料，第二类是以EPS为代表的有机发泡保温 板。第一类无机保温材料容易吸水，吸水后保温性能严重下降；第二 类有机发泡保温板虽然不易吸水，但在高温、日晒等工作环境下易老 化，长期保温性能会严重下降。对于一些特殊的工作环境，例如高 温、高湿度环境，必须应用一种高耐候性、高耐久性的保温材料，例 如泡沫玻璃。但是，泡沫玻璃是脆性材料，柔性差且难以加工。
巨大的粉煤灰排放会造成严重的环境污染。首先，粉煤灰堆放会 占用大量宝贵的土地资源。粉煤灰颗粒细小，因此很容易形成扬尘现 象，造成粉尘污染，对人体健康产生危害。此外，粉煤灰经雨水淋滤 后，还会与水混合流入附近的土地、河流等，造成严重的环境污染。 如何减少固废的污染，将变废为宝，促进固废的高效循环利用，是一 个值得关注的问题。
此外，电石渣是电石与水反应生成乙炔气体的过程中产生的工业 废弃物。电石渣的主要成分是Ca(OH)2，同时还含有多种杂质，例如 硫化物、氰化物，铁镁铝钙的氧化物等；也需要对其进行合理利用。 CN101816891A公开了一种电石渣预处理的臭氧法湿法烟气脱硫工 艺，以电石渣作为脱硫剂对烟气进行湿法脱硫，在电石渣化渣过程中 通入臭氧和氧气的混合气，进行氧化反应，氧化后的电石渣浆液作为 脱硫剂进行烟气脱硫。CN101642674B公开了一种电石渣预处理的湿 法烟气脱硫工艺，以电石渣浆液作为脱硫剂对烟气进行湿法脱硫处 理，在电石渣浆液中加入催化剂，并鼓入空气进行氧化反应，氧化反 应后的电石渣浆液再作为脱硫剂进行烟气湿法脱硫处理。上述工艺均 为湿法脱硫工艺，容易产生大量工业废液。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种发泡保温材料的生产方法，其可 以利用工业烟气、废水和固废获得性能合格的保温材料。根据本发明 进一步的目的，可以解决现有的发泡保温材料的易吸水的缺陷，同时 解决工厂固废堆积及堆积过程中的二次污染的问题。
本发明提供一种生产发泡保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成 以硫酸盐和硝酸盐为主要成分的副产物；所述烟气脱硫脱硝剂包括 70～93重量份电石渣、5～25重量份氧化镁和1～5重量份催化剂； 其中，所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O或 CaSiO3中的一种或多种，所述的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙；
(2)将副产物与氧化镁、灰渣、纤维和添加剂混合均匀得到混 合料；
(3)将所述混合料与工业废水和发泡剂混合均匀，然后浇筑成 型和发泡，再经养护和脱模，从而形成发泡保温材料。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述的电石渣为干 法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成 品；所述的氧化镁为粒度小于100目的粉体，其活性氧化镁含量大于 70wt％。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述氧化镁中的活 性氧化镁含量为80wt％～85wt％。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述烟气脱硫脱硝 剂由以下组分组成：
1)92重量份电石渣，5重量份氧化镁和3重量份二氧化钛；或 者
2)87.6重量份电石渣，10重量份氧化镁和2.4重量份氢氧化 铝；或者
3)83重量份电石渣，15重量份氧化镁和2重量份五氧化二钒。
根据本发明的方法，优选地，在步骤(1)的干法脱硫脱硝过程 中，所述烟气的二氧化硫含量为350～700mg/Nm3、氮氧化物含量为 350～500mg/Nm3、氧气含量为15～20vol％、流速为3.5～5m/s、且 温度为125～145℃。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，副产物、氧化镁、 灰渣、纤维和添加剂的重量配比为50～80:2～6:20～35:1～5:1～5； 步骤(3)中，所述工业废水为所述混合料重量的20～50wt％；所述 发泡剂为所述混合料重量的1～5wt％。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述灰渣选自粉煤 灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉、水渣、矿渣、钢渣的一种或多种； 所述纤维选自木浆纤维、玻璃纤维、石棉纤维中的一种或多种；所述 添加剂选自减水剂、早强剂、缓凝剂、稳泡剂、引气剂或憎水剂中的一种或多种。
根据本发明的方法，优选地，所述添加剂包括减水剂，该减水剂 选自木质素减水剂、萘磺酸减水剂、苯磺酸减水剂、水溶性树脂减水 剂或聚羧酸减水剂中的一种或多种。
根据本发明的方法，优选地，步骤(3)中，所述工业废水为不 含有机物的工业碱废水；所述发泡剂选自双氧水或铝粉。
根据本发明的方法，优选地，步骤(3)中，所述养护的条件 为：在温度为20～60℃、且湿度为50～100％下养护3～8小时。
本发明的方法充分利用电石渣的特性，将其用于烟气脱硫脱硝， 所得副产品副产物浆液与灰渣等工业固废混合，并利用工业废水形成 发泡保温材料。本发明的方法可以直接利用企业内部产生的水渣、粉 煤灰、矿渣和钢渣等固体废物，实现变废为宝；采用主要成份为硫酸 盐和硝酸盐的烟气脱硫脱硝副产物，价格低廉，大幅降低发泡保温板 的基体材料成本；采用工业内部处理过的废水，减少了废水的排放， 解决的了废水的处理问题。由此，本发明不仅减少了工业废液，还利 用了工业废水和工业固废获得保温材料。此外，本发明的方法获得的 发泡保温材料吸水率较低，从而解决现有的发泡保温材料易吸水的缺陷。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护 范围并不限于此。
本发明的发泡保温材料为一种轻质的建筑材料。本发明的发泡保 温材料包括(1)烟气脱硫脱硝步骤；(2)混合步骤；(3)发泡成型 步骤。下面进行详细介绍。
<烟气脱硫脱硝步骤>
采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成以硫酸 盐和硝酸盐为主要成分的副产物。由于烟气中含有二氧化硫和氮氧化 物，在脱硫脱硝剂的作用下，二氧化硫和氮氧化物被转化为硫酸盐和 硝酸盐，例如硫酸镁或硝酸镁等。可以采用本领域常规的设备进行烟 气脱硫脱硝，这里不再赘述。本发明的烟气脱硫脱硝剂包括70～93 重量份电石渣、5～25重量份氧化镁和1～5重量份催化剂；其中， 所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O或CaSiO3中的 一种或多种，且所述的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙。为了更好地将 二氧化硫和氮氧化物被转化为硫酸盐和硝酸盐，本发明中的烟气的氧 气含量可以为15～20vol％，优选为15～18vol％。
本发明的烟气脱硫脱硝剂可以包括如下组分：电石渣、氧化镁和 催化剂。电石渣的用量为70～93重量份，优选为80～92重量份，更 优选为83～86重量份。氧化镁的用量为5～25重量份，优选为5～ 15重量份，更优选为10～15重量份。催化剂的用量为1～5重量份，优选为2～3重量份，更优选为2～2.5重量份。将上述组分的用量控 制在上述范围，可以在相同用量的烟气脱硫脱硝剂下改善脱硫效果和 脱硝效果。
本发明的电石渣为工业废物；优选为干法乙炔工艺产生的电石渣 产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。电石渣的粒度可以小于 200目，优选小于300目，更优选小于350目。采用上述电石渣，有 利于改善脱硫脱硝效果。
本发明的氧化镁可以为粒度小于100目的粉体，优选小于200目 的粉体。本发明的氧化镁中，活性氧化镁含量可以大于70wt％，优选 为70wt％～85wt％，更优选为80wt％～85wt％。采用上述氧化镁，有 利于改善脱硫脱硝效果。
在本发明中，催化剂可以选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、 K2O或CaSiO3中的一种或多种。优选地，所述的催化剂选自TiO2、 Al(OH)3、V2O5中的一种或多种。更优选地，所述的催化剂为TiO2、 Al(OH)3或V2O5。根据本发明的一个实施方式，所述的催化剂为 Al(OH)3或V2O5。V2O5是最优选的。
根据本发明的一个具体实施方式，所述烟气脱硫脱硝剂由以下组 分组成：92重量份电石渣，5重量份氧化镁和3重量份二氧化钛。根 据本发明的另一个具体实施方式，所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组 成87.6重量份电石渣，10重量份氧化镁和2.4重量份氢氧化铝。根据 本发明的再一个具体实施方式，所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组 成：83重量份电石渣，15重量份氧化镁和2重量份五氧化二钒。本 发明发现，上述组分和用量的所述烟气脱硫脱硝剂可以更好地改善脱 硫脱硝效果，并且降低单位脱除量下的电石渣用量。
在本发明中，所述的烟气脱硫脱硝剂可以为干粉状。这样可以直 接将烟气脱硫脱硝剂与烟气混合，进而对烟气进行SO2和NOX的脱 除。例如，将脱硫脱硝剂干粉与预除尘后的烟气在烟气管道充分混 合，然后进入吸收塔进行脱硫脱硝处理，脱硫脱硝后的烟气由烟囱排 出。本发明的烟气脱硫脱硝剂可以采用常规的方法制备。例如将电石 渣、氧化镁和催化剂混合均匀得到产品。此外，本发明的制备方法还 包括电石渣的处理步骤：将电石渣产物经过烘干、破碎和筛分步骤获 得粒度小于200目的电石渣。
采用上述烟气脱硫脱硝剂进行干法烟气脱硫脱硝。根据本发明的 一个实施方式，将脱硫脱硝剂干粉与烟气在烟气管道充分混合，然后 进入吸收塔进行脱硫脱硝处理，脱硫脱硝后的烟气由烟囱排出。在步 骤(1)的干法脱硫脱硝过程中，所述烟气的二氧化硫含量可以为 350～700mg/Nm3、氮氧化物含量可以为350～500mg/Nm3、氧气含量 可以为15～20vol％、流速可以为3.5～5m/s、且温度可以为125～ 145℃。优选地，所述烟气的二氧化硫含量可以为500～ 650mg/Nm3、氮氧化物含量可以为380～450mg/Nm3、氧气含量可以 为15～18vol％、流速可以为3.5～3.8m/s、且温度可以为130～ 135℃。上述烟气参数均表示烟气入口处的参数；烟气出口处的参数 根据实际脱硫脱硝情况而定。采用上述工艺参数，有利于获得质量稳 定的副产物，从而有利于发泡保温材料的生产。
<混合步骤>
将副产物与氧化镁、灰渣、纤维和添加剂混合均匀得到混合料。 该混合料为干料。副产物、氧化镁、灰渣、纤维和添加剂的重量配比 为50～80:2～6:20～35:1～5:1～5，优选为65～70:2～3:25～30:2～ 3:2～3。这样可以降低发泡保温材料的吸水性。混合的方式并没有特 别限制，可以采用本领域已知的那些方法。
在本发明中，所述灰渣可以包括废灰和/或渣料，优选为废灰。 这样可以降低保温材料的吸水性。废灰选自粉煤灰、石膏粉、白云石 粉、页岩粉中的一种或多种；渣料选自水渣、矿渣、钢渣的一种或多 种。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电 厂排出的主要固体废物。钢渣是炼钢排出的渣，依炉型分为转炉渣、 平炉渣、电炉渣。矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。水渣是把熔融 状态的高炉渣置于水中急速冷却而形成的，因而不同于钢渣。本发明 的灰渣可以选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉、水渣、矿渣、 钢渣的一种或多种。作为优选，本发明的灰渣为粉煤灰或钢渣；优选 为粉煤灰。
在本发明中，所述纤维可以选自木浆纤维、玻璃纤维、石棉纤维 中的一种或多种，优选为木浆纤维。
在本发明中，所述添加剂可以选自减水剂、早强剂、缓凝剂、稳 泡剂、引气剂或憎水剂中的一种或多种。本发明的添加剂可以包括减 水剂和憎水剂。憎水剂的实例包括但不限于硅烷或硅氧烷。优选地， 所述添加剂包括减水剂，该减水剂选自木质素减水剂、萘磺酸减水 剂、苯磺酸减水剂、水溶性树脂减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或多 种。
<发泡成型步骤>
将所述混合料与工业废水和发泡剂混合均匀，然后浇筑成型和发 泡，再经养护和脱模，从而形成发泡保温材料。所述工业废水为所述 混合料重量的20～50wt％；优选为23～35wt％。所述发泡剂为所述 混合料重量的1.5～3.5wt％。上述用量的工业废水和发泡剂有利于改 善发泡保温材料的综合性能。本发明的工业废水可以为不含有机物的 工业碱废水。上述类型的工业废水更加有利于发泡保温材料的质量稳 定。本发明的发泡剂可以选自双氧水或铝粉；优选为双氧水。例如， 可以采用浓度为27.5％的工业级双氧水。根据本发明的一个实施方 式，将所述混合料与工业废水混合均匀，然后再与发泡剂混合均匀， 高速搅拌3～10s得到湿料。浇筑成型和发泡过程为将湿料及时置于 模具中，静置发泡。养护过程可以为室内养护。例如，在温度为 20～60℃、湿度为50～100％下养护3～8小时。养护完成后进行表面 干燥处理，然后脱模、切割和包装。
以下制备例和实施例中的“份”表示重量份，除非特别声明。
以下实施例的发泡保温材料的性能采用GB/T15229-2011和GB/T 4111-2013进行测定。
制备例1
将5重量份氧化镁、3重量份催化剂和92重量份电石渣混合均匀 后得到烟气脱硫脱硝剂。氧化镁为活性氧化镁大于70wt％、粒度小于 100目的粉体，催化剂为TiO2，电石渣为干法乙炔工艺产生的电石渣 产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。
制备例2
将10重量份氧化镁、2.4重量份催化剂和87.6重量份电石渣混合 均匀后得到烟气脱硫脱硝剂。氧化镁为活性氧化镁大于75wt％、粒度 小于100目的粉体，催化剂为Al(OH)3，电石渣为干法乙炔工艺产生 的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。
制备例3
将15重量份氧化镁、2重量份催化剂和83重量份电石渣混合均 匀后得到烟气脱硫脱硝剂。氧化镁中为活性氧化镁大于80wt％、粒度 小于100目的粉体，催化剂为V2O5，电石渣为干法乙炔工艺产生的 电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。
实施例1
(1)采用制备例1的烟气脱硫脱硝剂进行烟气干法脱硫脱硝。 流速为3.5m/s，氧气含量为15vol％；烟气入口的其他参数、烟气出 口的参数如表1和2所示。
(2)将副产物与氧化镁、灰渣、木浆纤维和添加剂(木质素减 水剂)混合均匀得到混合料。
(3)将所述混合料与工业废水和发泡剂混合均匀，然后浇筑成 型并发泡，然后在温度为50℃、湿度为80％的条件下养护5小时， 表面进行干燥处理，然后脱模，从而形成发泡保温材料。所述工业废 水为不含有机物的工业碱废水。
表1、烟气脱硫脱硝项目工况参数
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 入口烟气量(工况) | 1078078 | m3/h |
| 2 | 标态烟气量 | 721361 | Nm3/h |
| 3 | 入口温度 | 135 | ℃ |
| 4 | 二氧化硫入口浓度 | 622 | mg/Nm3 |
| 5 | 氮氧化物入口浓度 | 430 | mg/Nm3 |
| 6 | 入口烟尘 | 110 | mg/Nm3 |
| 7 | 烟气含湿量 | 5.3 | wt％ |
表2、脱硫脱硝项目排放情况
发泡保温材料物料配比和性能测试结果如表3和表4。
表3、发泡保温材料物料配比
| 物料名称 | 副产物 | 氧化镁 | 木浆纤维 | 粉煤灰 | 双氧水 | 废水 | 添加剂 |
| 规格(g) | 65 | 3 | 1 | 30 | 2 | 27 | 2 |
表4、发泡保温材料性能测试结果
| 干密度D/(g/m3) | 300 |
| 导热系数/(W/(m·K)) | 0.08 |
| 强度/MPa | 3 |
| 吸水率/％ | 6 |
实施例2
除了采用表5的物料配比之外，其他条件与实施例1相同。发泡 保温材料物料配比和性能测试结果如表5和表6。
表5、发泡保温材料物料配比
| 物料名称 | 副产物 | 氧化镁 | 木浆纤维 | 粉煤灰 | 双氧水 | 废水 | 添加剂 |
| 规格(g) | 70 | 3 | 2 | 25 | 3 | 25 | 2 |
表6、发泡保温材料性能测试结果
| 干密度D/(g/m3) | 500 |
| 导热系数/(W/(m·K)) | 0.12 |
| 强度/MPa | 9 |
| 吸水率/％ | 11 |
实施例3
除了采用表7的物料配比之外，其他条件与实施例1相同。发泡 保温材料物料配比和性能测试结果如表7和表8。
表7、发泡保温材料配方表
| 物料名称 | 副产物 | 氧化镁 | 木浆纤维 | 钢渣 | 双氧水 | 废水 | 添加剂 |
| 规格(g) | 75 | 3 | 2 | 20 | 3 | 30 | 2 |
表8、发泡保温材料性能测试结果
| 干密度D/(g/m3) | 700 |
| 导热系数/(W/(m·K)) | 0.18 |
| 强度/MPa | 21 |
| 吸水率/％ | 16 |
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情 况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发 明的范围。
Claims (10)
1.一种生产发泡保温材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成以硫酸盐和硝酸盐为主要成分的副产物；所述烟气脱硫脱硝剂包括70～93重量份电石渣、5～25重量份氧化镁和1～5重量份催化剂；其中，所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O或CaSiO3中的一种或多种，所述的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙；
(2)将副产物与氧化镁、灰渣、纤维和添加剂混合均匀得到混合料；
(3)将所述混合料与工业废水和发泡剂混合均匀，然后浇筑成型和发泡，再经养护和脱模，从而形成发泡保温材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的电石渣为干法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品；所述的氧化镁为粒度小于100目的粉体，其活性氧化镁含量大于70wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化镁中的活性氧化镁含量为80wt％～85wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组成：
1)92重量份电石渣，5重量份氧化镁和3重量份二氧化钛；或者
2)87.6重量份电石渣，10重量份氧化镁和2.4重量份氢氧化铝；或者
3)83重量份电石渣，15重量份氧化镁和2重量份五氧化二钒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)的干法脱硫脱硝过程中，所述烟气的二氧化硫含量为350～700mg/Nm3、氮氧化物含量为350～500mg/Nm3、氧气含量为15～20vol％、流速为3.5～5m/s、且温度为125～145℃。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于：
步骤(2)中，副产物、氧化镁、灰渣、纤维和添加剂的重量配比为50～80:2～6:20～35:1～5:1～5；和
步骤(3)中，所述工业废水为所述混合料重量的20～50wt％；所述发泡剂为所述混合料重量的1～5wt％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述灰渣选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉、水渣、矿渣、钢渣的一种或多种；所述纤维选自木浆纤维、玻璃纤维、石棉纤维中的一种或多种；所述添加剂选自减水剂、早强剂、缓凝剂、稳泡剂、引气剂或憎水剂中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述添加剂包括减水剂，该减水剂选自木质素减水剂、萘磺酸减水剂、苯磺酸减水剂、水溶性树脂减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述工业废水为不含有机物的工业碱废水；所述发泡剂选自双氧水或铝粉。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述养护的条件为：在温度为20～60℃、且湿度为50～100％下养护3～8小时。
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Address after: 100176 Ronghua International Building No. 3, 10 Ronghua South Road, Beijing Daxing Economic and Technological Development Zone, 20th Floor Applicant after: Zhongjing Blue Industrial Group Co., Ltd. Address before: 100176 Ronghua International Building No. 3, 10 Ronghua South Road, Beijing Daxing Economic and Technological Development Zone, 20th Floor Applicant before: MICROTEK blue Industrial Co., Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180109 |