CN107673778A - 基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法 - Google Patents

基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法，包括如下步骤：将由电石渣、赤泥和氧化镁组成的脱硫剂加入碱性工业废水制备脱硫剂浆液，所述脱硫剂中各成分分别为细度在200目以上的颗粒；使脱硫剂浆液与烟气接触得到吸收浆液，当吸收浆液的pH值至5.5～6.8范围时排出吸收浆液，得到脱硫浆液；将脱硫浆液与包含工业固体废物、发泡剂、调凝剂和聚丙烯纤维的原料混合并发泡成型；将发泡成型所得产物在20～60℃、湿度50～100％的环境中养护3～8小时。本发明能解决二氧化硫带来的大气污染问题。此外，本发明还能解决碱性工业废水的处理问题以及工业废渣的循环利用问题。

Description

基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发泡保温材料的制造方法，具体涉及一种基于电石渣脱硫浆液及其他废物来制造发泡保温材料的方法。
背景技术
发泡水泥板是水泥类板材强有力的代表，主要采用普通硅酸盐水泥、玻化微珠、粉煤灰和发泡剂等材料，经搅拌、发泡、成型、养护制成发泡水泥面材。
CN104261864A公开了一种发泡水泥保温板，其成分组成包括聚丙烯酸、氯化镁溶液、丙烯酸酯、双氧水、硅酸钠、石膏粉、氯化钙、氧化镁、乙二胺四醋酸二钠、三乙醇胺、625#水泥、粉煤灰等。该方法生产的发泡水泥保温板具有防火、防水保温性能，且环保节能、隔热隔音及质轻抗压。
CN102964097A公开了利用普通硅酸盐水泥、磨细粉煤灰、膨润土、发泡剂、憎水剂、早强剂和水等制备发泡水泥保温板的方案，具有节能环保、保温效果好、防火不燃、抗老化性能佳、施工简便、性价比高等优势。
CN 102863194A公开了利用凝胶材料、粉煤灰、纤维增强材料、发泡稳定分散剂制备发泡水泥保温板，其中使用的凝胶材料为硫铝酸水泥或525普通硅酸盐水泥。
综上所述，现有技术中均是利用现有水泥进行保温材料的生产与加工，由于水泥属于高耗能建材，在生产过程中会产生大量的环境污染物，且耗能严重。同时，市场上现有的水泥发泡保温板，由于技术水平参差不齐，质量时好时坏，主要是生产时易塌模、气泡大小不均、分布不匀、次品率高，存在导热系数高、强度查、隔音性能差、易损易碎的缺点。
CN106431165A公开了一种赤泥泡沫砌块及其制作方法，其组分包括改性赤泥、脱硫石膏、生石灰、硅灰、粉煤灰、矿渣、调凝剂和双氧水等，该技术方案提高了泡沫砌块的抗压强度及抗折强度，但是，由于其组分复杂，很难在现有企业生产条件下完成固废的资源化利用，生产成本也会相应增加。
上述研究均在固体废弃物的资源化利用方面均做出了尝试，但是依旧存在较大缺陷。因此，仍需要一种工艺简单、生产成本低廉的工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法。本发明是基于由电石渣、赤泥、氧化镁组成的脱硫剂，并结合工业废水、工业固废来协同制造发泡保温材料的技术。可以解决二氧化硫气体造成的大气污染问题，还可以解决工业废水的处理问题以及工业固体废物的循环利用问题。具体地，本发明包括以下内容。
一种基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法，其包括以下步骤：
将由电石渣、赤泥和氧化镁组成的脱硫剂加入pH值为7～12的工业废水制备脱硫剂浆液，其中，所述电石渣为40～65重量份，所述赤泥为15～30重量份，所述氧化镁为20～30重量份，且所述脱硫剂中各成分分别为细度200目以上的颗粒；使所述脱硫剂浆液与烟气接触得到吸收浆液，当所述吸收浆液的pH值至5.5～6.8范围时排出吸收浆液，得到脱硫浆液；将80～150重量份脱硫浆液与包含60～100重量份工业固体废物、1～10重量份发泡剂、2～10重量份调凝剂和1～10重量份聚丙烯纤维的原料混合并发泡成型；将发泡成型所得产物在20～60℃、湿度50～100％的环境中养护3～8小时。
5.5～6.8根据本发明的制造方法，优选地，通过球磨使所述电石渣、所述赤泥和所述氧化镁的细度为200目以上。
根据本发明的制造方法，优选地，所述电石渣中氢氧化钙的含量为80wt％以上，所述赤泥中氧化钙的含量为40wt％以上，和所述氧化镁中活性氧化镁的含量为50wt％以上。
根据本发明的制造方法，优选地，所述氧化镁选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种，且所述菱镁矿轻烧粉和所述白云石轻烧粉中氧化镁的含量分别为65wt％～85wt％。
根据本发明的制造方法，优选地，所述烟气来自烧结机、球团和窑炉中的一种或多种。
根据本发明的制造方法，优选地，所述的制造方法还包括：向脱硫浆液中添加氧化镁和硫酸进行反应以提高脱硫浆液的硫酸镁浓度。
根据本发明的制造方法，优选地，所述工业固体废物选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉和页岩粉中的一种或多种。
根据本发明的制造方法，优选地，所述发泡剂选自过氧化氢、碳化钙和碳酸铵的一种或多种。
根据本发明的制造方法，优选地，所述调凝剂选自脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的一种或多种。
根据本发明的制造方法，优选地，将所述硫酸镁、所述工业固体废物、所述调凝剂和所述聚丙烯纤维与所述脱硫浆液先混合，然后添加所述发泡剂搅拌4～10s。
本发明的方法利用工业废水、固体废弃物制造发泡保温材料，解决了传统发泡保温板生产过程中以水泥为主要原料而造成的能耗高、资源浪费的问题，使工业废渣、灰等废弃物都得到循环再利用，是一种既节省投资又大大降低脱硫运行成本，既保障烟气脱硫设施高效率运行又使各类废弃物得以循环再利用的绿色、节能、环保技术。本发明制造的发泡保温材料可以添加大量的工业废渣，且主要成分硫酸镁是通过脱硫后的废液制备而成的，属于脱硫副产品，价格低廉，大幅降低了生产的成本。
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。
本发明中，除非另有说明，否则“份”是指基于重量的份数，“％”和“wt％”是指基于重量的百分数。“vol％”是指基于体积的百分数。
本发明的“发泡保温材料”是指在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化的材料。本发明的发泡保温材料的导热系数通常为0.06～0.28W/(m·K)，优选0.08～0.20W/(m·K)，热阻约为普通混凝土的10～20倍。本发明的发泡保温材料的干体积密度通常为300～1000kg/m3，优选400～800kg/m3，相当于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可减轻建筑物整体荷载。本发明的发泡保温材料的抗压强度通常为0.5～10.0MPa，优选0.8～5MPa。本发明的发泡保温材料的吸水性较小，通常为10％以下，优选9％以下，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。
本申请的发明人发现，通过使用由电石渣、赤泥和氧化镁组成的脱硫剂可以高效脱除烟气中的二氧化硫，并且通过系统优化工艺使脱硫后的浆液与其他工业废水、废物组合可以制造出合格的发泡保温材料。具体地，本发明的制造方法包括(1)制浆步骤、(2)脱硫步骤、(3)混合发泡步骤、(4)养护步骤。下面详细说明各步骤。
制浆步骤：
根据本发明的制浆步骤包括将脱硫剂加入工业废水制备脱硫剂浆液，其中脱硫剂由40～60重量份电石渣、20～30重量份氧化镁和15～30重量份赤泥组成。除了必要的杂质外，本发明的脱硫剂不包含任何其他成分。工业废水的pH值为7～12，优选7～10。脱硫剂与工业废水的用量比，并不特别限定。通常情况下脱硫剂与工业废水的重量比为1:5～10，优选1:9。由此制备得到的脱硫剂浆液是主要成分为氢氧化镁、氢氧化钙的浆液。
本发明的电石渣是由电石主要成分CaC2和水发生反应产生的。电石渣浆液的主要成分为氢氧化钙(Ca(OH)2)，其碱性较强，pH值一般在10～12范围内。优选地，电石渣中氢氧化钙的含量为80wt％以上。
本发明的氧化镁(MgO)选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉、分析纯氧化镁中的至少一种。优选的菱镁矿轻烧粉和所述白云石轻烧粉中氧化镁的含量为65％～85％。优选地，氧化镁中包含50wt％以上的活性氧化镁，更优选60wt％以上的活性氧化镁。
本发明的赤泥为氧化铝生产时排出的含碱废渣，通常情况下以质量百分比表示，其主要化学成分及其含量为氧化钙6～50％，氧化钠2～10％，氧化铝5～20％，氧化铁5～50％和二氧化硅3～25％，赤泥附液的碱度为3000～15000mg/L。赤泥中参与脱硫的有效成分是氧化钙、氧化钠、氧化铝和氧化铁。根据本发明的赤泥中氧化钙的含量为40％以上。
本发明中电石渣、氧化镁和赤泥优选为粉状颗粒物。更优选地，电石渣、氧化镁和赤泥的细度为200目以上。在细度此范围内，颗粒较小，比表面积较大，有利于提高脱硫剂等与烟气的接触面积。同时有利于提高对烟气中二氧化硫(SO2)的吸附功能，进一步提高脱硫的效率。在某些实施方案中，通过将电石渣固体颗粒、赤泥颗粒和氧化镁颗粒利用球磨机系统球磨后过200目筛，得到所需的细度。
脱硫步骤：
本发明的脱硫步骤包括使所述脱硫剂浆液与烟气接触。当所述烟气与脱硫剂浆液接触时，脱硫剂浆液中的氢氧化镁、氢氧化钙与烟气中的二氧化硫反应形成亚硫酸盐、硫酸盐。根据本发明，当开始接触时烟气中二氧化硫的含量为1000mg/Nm3以下，例如900mg/Nm3以下。另一方面，优选为300mg/Nm3以上，例如700mg/Nm3以上。二氧化硫的含量过低，则脱硫浆液中生成的硫酸镁的含量不足，影响发泡保温材料的性能。需要说明的是，上述二氧化硫含量的范围是指当烟气首次与脱硫剂浆液接触时的含量，随着反应的进行上述含量会进一步降低。
根据本发明的制造方法，当开始接触时烟气中氧气含量为10～20vol％。此范围内的氧含量有利于亚硫酸盐进一步氧化为硫酸盐。氧含量过低则得到的脱硫浆液中亚硫酸盐过高，不利于发泡保温材料的性能提高。在某些实施方案中，为了提高烟气中氧的含量，可采用增氧手段。例如，向烟气中鼓风。鼓风可采用本领域内已知的任何手段。需要说明的是，上述氧含量的范围是指当烟气首次与脱硫剂浆液接触时的含量，随着反应的进行上述含量会进一步降低。
脱硫后得到的浆液为吸收浆液。随着脱硫的进行，吸收浆液的pH降低。当吸收浆液的pH值降至5.5～6.8范围，优选5.5～6.0时排出浆液，得到脱硫浆液。在此pH值范围内排出浆液的原因是一方面吸收浆料中硫酸镁的含量较高，有利于所得制品的性能提高，另一方面通过排浆更换新的脱硫剂浆液有利于保持高的脱硫效率。本发明的制造方法还包括向脱硫浆液中添加氧化镁和硫酸进行反应以提高脱硫浆液的硫酸镁浓度，例如10～25wt％。在此范围内的硫酸镁浓度，有利于发泡保温材料的强度提高。过高或过低的水灰比不利于保温材料性能的提高。
混合发泡步骤：
本发明的混合发泡步骤包括将80～150重量份脱硫浆液与包含60～100重量份工业固体废物、1～10重量份发泡剂、2～10重量份调凝剂和1～10重量份聚丙烯纤维的原料混合并发泡成型。本发明的混合发泡步骤可采用本领域内已知的任何手段或方式，只要能够混合均匀并进行发泡即可。
本发明的工业固体废物优选为粉煤灰、石膏粉、白云石粉和页岩粉中的一种或多种，优选为粉煤灰。根据本发明的工业固体废物为颗粒，优选地，控制工业固体废物的粒度在200目以上。由于不同来源的渣料粒度较大且粒度不均一，需要进行粉末化和均匀化。因此，本发明的混合发泡之前还可以包括将工业固体废物例如渣料进行研磨的过程，以确保粒度在200目以上。
本发明的发泡剂为使对象成孔的物质。其实例包括但不限于碳化钙、碳酸铵和双氧水(过氧化氢)中的一种或多种。优选为双氧水。发泡剂的用量通常为1～10重量份。优选为2～10重量份。
本发明的调凝剂的实例包括但不限于脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的一种或多种。调凝剂的用量通常为2～10重量份，优选2～8重量份。
在某些实施方案中，本发明的混合发泡步骤优选将工业固体废物、调凝剂和聚丙烯纤维与脱硫浆液先混合，然后添加发泡剂。优选地，混合时搅拌速率不宜低于600r/min，且不宜高于1200r/min，加入发泡剂后料浆搅拌时间需为4～10s，优选5～8s。
养护步骤：
本发明的养护步骤包括将发泡成型所得产物在温度为20～60℃、优选为30～50℃，且湿度为50～100％、优选为60～80％的条件下养护3～10小时、优选为3～8小时。
在某些实施方案中，本发明的养护步骤包括将发泡成型所得产物(例如拆模后的发泡保温板)放置到养护区进行初期养护3～8h，养护温度为20～60℃，湿度为50～100％，然后进行自然养护10～20天即可。养护设备为本领域内通常使用的那些。
本发明还包括其他步骤，例如，脱模步骤和切割步骤。脱模步骤包括待发泡水泥保温材料完成养护流程，具备初期强度时即可脱模。切割步骤是将具备一定强度的发泡水泥保温材料毛坯脱模后即可进行切割，切割规格根据需要调整切割刀片进行。
将发泡保温材料在100×100×100mm的模板中进行浇注，对该样品进行干燥/冷冻，并按照JG/T266-2001进行测试。
实施例1
1.将电石渣固体颗粒、赤泥颗粒利用球磨机系统球磨后过200目筛，得到电石渣和赤泥粉料。
2.将氧化镁粉、电石渣粉料以及赤泥粉料加入工业废水(pH为10左右)混合制成脱硫剂浆液，送至脱硫塔底部的循环浆液池内。
其中脱硫剂的组分及重量份数为：电石渣55份，氧化镁25份，赤泥20份。
3.通过SO2吸收循环泵将循环浆液池内的浆液依次送入一级吸收喷淋层、二级吸收喷淋层、三级吸收喷淋层，经吸收反应后浆液落入循环浆液池。脱硫工况参数见表1。
表1.脱硫工况参数
序号 参数 单位 数值
1 入口烟气量(工况) m3/h 920000
2 入口烟气量(标况) Nm3/h 623226
3 入口烟温 ℃ 130
4 二氧化硫入口浓度 mg/Nm3 1000
5 入口烟尘 mg/Nm3 60
6 烟气含湿量 wt％ 4.5
4.在循环浆液池的pH值达到5.8时通过排出泵将循环浆液池内的硫酸镁浆液排出至反应槽，并加入氧化镁和硫酸反应，使得脱硫浆液的硫酸镁浓度为15wt％。
5.将下述成分混合形成发泡保温材料浆料，高速搅拌10s。各组成的重量配比如下：煤灰60份、发泡剂3份、调凝剂4份、聚丙烯纤维3份、90重量份脱硫浆液。将形成的保温材料浆料浇筑入模并进行发泡，从而形成发泡体；
6.将发泡体在温度60℃，湿度80％的环境下养护5小时，最后完成脱模，切割及包装。
实施例1的脱硫效果见表2，实施例1的发泡保温材料的性能的检测结果见表3。
实施例2
除了使用以下配方或步骤以外，以与实施例1相同的方法制造发泡保温材料。
脱硫剂的组分及重量份数为：电石渣50份、赤泥30份、氧化镁20份。
混合发泡步骤中各成分的重量比如下：粉煤灰80份、发泡剂5份、调凝剂10份、聚丙烯纤维5份、脱硫浆液110份，高速搅拌6s。
实施例2的脱硫效果见表2，实施例2的发泡保温材料的性能检测结果见表3。
实施例3
除了使用以下配方或步骤以外，以与实施例1相同的方法制造发泡保温材料。
脱硫剂的组分及重量份数为：电石渣45份、赤泥25份、氧化镁30份。
混合发泡步骤中各成分的重量比如下：硫酸镁50份、粉煤灰100份、发泡剂10份、调凝剂8份、聚丙烯纤维10份、脱硫浆液150份，高速搅拌6s。
实施例3的脱硫效果见表2，实施例3的发泡保温材料的性能检测结果见表3。
表2各实施例的烟气脱硫效果统计表
表3各实施例的发泡保温材料的性能检测结果
由表2和3可知，本发明的方法能够高效脱硫，并且制造得到的发泡保温材料的性能检测结果均符合国家相关标准的规定且高于市场同类产品。
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)

1.一种基于电石渣脱硫的发泡保温材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将由电石渣、赤泥和氧化镁组成的脱硫剂加入pH值为7～12的工业废水制备脱硫剂浆液，其中，所述电石渣为40～65重量份，所述赤泥为15～30重量份，所述氧化镁为20～30重量份，且所述脱硫剂中各成分分别为细度200目以上的颗粒；使所述脱硫剂浆液与烟气接触得到吸收浆液，当所述吸收浆液的pH值至5.5～6.8范围时排出吸收浆液，得到脱硫浆液；将80～150重量份脱硫浆液与包含60～100重量份工业固体废物、1～10重量份发泡剂、2～10重量份调凝剂和1～10重量份聚丙烯纤维的原料混合并发泡成型；将发泡成型所得产物在20～60℃、湿度50～100％的环境中养护3～8小时。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过球磨使所述电石渣、所述赤泥和所述氧化镁的细度为200目以上。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述电石渣中氢氧化钙的含量为80wt％以上，所述赤泥中氧化钙的含量为40wt％以上，和所述氧化镁中活性氧化镁的含量为50wt％以上。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述氧化镁选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种，且所述菱镁矿轻烧粉和所述白云石轻烧粉中氧化镁的含量分别为65wt％～85wt％。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述烟气来自烧结机、球团和窑炉中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述的制造方法还包括：向脱硫浆液中添加氧化镁和硫酸进行反应以提高脱硫浆液的硫酸镁浓度。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述工业固体废物选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉和页岩粉中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述发泡剂选自过氧化氢、碳化钙和碳酸铵的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述调凝剂选自脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，将所述工业固体废物、所述调凝剂和所述聚丙烯纤维与所述脱硫浆液先混合，然后添加所述发泡剂，搅拌4～10s。
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