CN107698228A - 基于电石渣脱硫的发泡保温材料的生产方法 - Google Patents

基于电石渣脱硫的发泡保温材料的生产方法 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生产方法。将脱硫剂加入工业废水制备脱硫剂浆液，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5.3～6.8范围时排出吸收浆液，加入氧化镁和硫酸提高脱硫浆液中硫酸镁的含量。将80～150重量份脱硫浆液与包含30～60重量份氧化镁、30～65重量份工业固体废物、1～8重量份发泡剂和1～8重量份添加剂的原料混合以使所得混合料的水灰比为0.2～0.6:1。本发明能解决二氧化硫带来的大气污染问题。此外，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生产方法
技术领域
本发明涉及发泡保温材料的制造方法，具体涉及基于脱硫副产物(本文亦称作脱硫浆液)及其他废物来生产发泡保温材料的方法。
背景技术
据统计，建筑能耗约占能源消耗比例的1/3。在普通居民住宅中，外墙如果使用建筑保温隔热材料，住户使用空调的时间比没有使用外墙保温材料的住宅少45天，节约能耗在25％以上。每年用在建筑的采暖用煤就可以大大减少。同时，减少了煤的消耗，就可以减少二氧化硫、烟尘等的排放。因此，促进使用节能建筑，认真落实我国节能标准，节约采暖能耗，对中国的环境保护和维护国家经济的持续快速发展具有十分重要的意义。
发泡水泥制品是一种性能优良的无机保温材料。发泡水泥制品是以水泥、发泡剂、掺合料、增强纤维及外加剂等为原料经发泡制成的轻质多孔材料。硫铝酸盐水泥因其快凝早强的原因广泛应用于发泡水泥制品中，而普通水泥应用于发泡水泥制品中还存在一定问题，主要体现在制备成型过程中会出现一定程度塌陷。
CN104387013A公开了一种发泡保温隔热板的生产方法，包括原料处理、制备膨胀混合物、制备混合物粉末、制备发泡材料、制备保温隔热板的步骤，该方法以蛭石、硅灰石、红柱石、珍珠岩和石墨等无机材料为原料制备保温隔热板，使板材具有极佳的阻燃性能，降低了板材的生产成本。
CN104261864A公开了一种发泡水泥保温板制备方法，按重量份计由以下成分组成：3～5份聚丙烯酸、8～9份氯化镁溶液、1～2份丙烯酸酯、4～5份双氧水、1～2份硅酸钠、6～7份石膏粉、1～2份氯化钙、8～9份氧化镁、3～4份乙二胺四醋酸二钠、4～5份三乙醇胺、80份625#水泥和25份粉煤灰。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。但是此种方法成分复杂，生产成本较高。
综上所述，现有技术仍然成本过高或性能不高，仍然存在对高质低成本，低能耗建材的需求。
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生产方法。本发明是集烟气脱硫、废水、固废一体化协同治理来生产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生产方法，其包括以下步骤：
(1)脱硫浆液制备步骤：
将脱硫剂加入工业废水制备脱硫剂浆液，使所述脱硫剂浆液与二氧化硫含量为1000mg/Nm3以下且氧气含量为10～20vol％的烟气接触得到吸收浆液，当所述吸收浆液的pH值至5.3～6.8范围时，排出吸收浆液，向排出的吸收浆液中加入氧化镁和硫酸进行反应，得到脱硫浆液，其中，所述脱硫剂由50～80重量份电石渣和20～50重量份氧化镁组成，所述工业废水的pH值为7～10；
(2)混合步骤：
将80～150重量份脱硫浆液与包括30～60重量份氧化镁、30～65重量份工业固体废物、1～8重量份发泡剂和1～8重量份添加剂的原料混合，得到混合料；所述混合料的水灰比为0.2～0.6:1。
根据本发明的生产方法，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％。
根据本发明的生产方法，优选地，所述烟气来自烧结机、球团和窑炉中的一种或多种。
根据本发明的生产方法，优选地，所述脱硫浆液制备步骤中，向排出的吸收浆液中加入的硫酸和氧化镁的摩尔比为1:1～2。
根据本发明的生产方法，优选地，所述脱硫浆液制备步骤中，向排出的吸收浆液中加入的氧化镁为1～5重量份。
根据本发明的生产方法，优选地，所述混合步骤包括将所述氧化镁、所述工业固体废物和所述添加剂与脱硫浆液先混合，然后添加所述发泡剂，并搅拌4～10s。
根据本发明的生产方法，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。
根据本发明的生产方法，优选地，所述发泡剂选自双氧水、碳化钙和碳酸铵的一种或多种。
根据本发明的生产方法，优选地，所述添加剂为明胶。
根据本发明的生产方法，优选地，进一步包括(3)养护步骤：将发泡后的保温材料在20～60℃、湿度50～100％的环境中养护3～8小时。
本发明的生产方法将工业废料电石渣作为脱硫剂的主要原料用于湿法烟气脱硫工艺，然后将脱硫浆液与工业固废结合制备建筑材料，两个过程同步进行，效率高，有利于实现工业化生产。
根据本发明优选的生产方法，其运行稳定，电石渣脱硫剂的烟气脱硫效率高，经脱硫后的烟气符合国家烟气排放标准；并且脱硫后生成的脱硫浆液与工业固体废物等制备的发泡保温材料成本更低，具备重大市场价值。
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。
本发明人发现，在某些使用烟气生产保温材料时所得产品的性能达不到国家标准。在深入研究后发现原因在于这些烟气中二氧化硫的含量过低，例如在500～1000mg/Nm3范围内。为了能够充分利用这些烟气，发明人对生产工艺进行了系统的优化，从而使生产得到的发泡保温材料完全符合国家标准。具体地，本发明的生产方法包括(1)脱硫浆液制备步骤和(2)混合步骤。优选地，进一步包括(3)养护步骤。下面详细说明各步骤。
脱硫浆液制备步骤：
本发明的(1)脱硫浆液制备步骤包括将脱硫剂加入工业废水制备脱硫剂浆液，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5.3～6.8范围时，排出吸收浆液，向排出的吸收浆液中加入氧化镁和硫酸进行反应，得到脱硫浆液。
本发明的脱硫剂由50～80重量份电石渣和20～50重量份氧化镁组成。优选地，由60～80重量份电石渣和20～40重量份氧化镁组成。电石渣为聚氯乙烯生产过程中产生的Ⅱ类工业废渣，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pH值一般在10～12。优选地，电石渣至少含有80％氢氧化钙。另外，优选地，电石渣的细度为200目以上。
根据本发明的氧化镁(MgO)优选地选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种。进一步优选地，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％。进一步优选地，氧化镁中活性氧化镁的含量为至少50wt％，例如60wt％以上，70wt％以上。另外，优选地，电石渣的细度为200目以上。
根据本发明的工业废水优选pH值为7～10的废水。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。
根据本发明的生产方法，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。本发明的烟气中二氧化硫含量为1000mg/Nm3以下，例如900mg/Nm3以下。另一方面，优选为500mg/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盐的含量不足，影响生产的发泡保温材料的性能。
根据本发明的烟气可来自烧结机、球团和窑炉中的一种或多种。只要烟气中二氧化硫含量和氧含量在上述规定范围内，则不特定限定烟气的来源。本发明的烟气与特定原料及特定用量范围的组合使生产得到的发泡保温材料满足所需的性能要求。
根据本发明的生产方法，烟气中氧气的含量为10～20vol％。此范围内的氧含量有利于亚硫酸盐进一步反应氧化为硫酸盐。氧含量过低则生产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，向烟气中鼓入空气或氧气。可采用本领域内已知的任何手段向烟气中鼓入空气或氧气。
为了保证脱硫浆液中生成的硫酸镁的必要含量，本发明需要在吸收浆液中加入规定比例的氧化镁和硫酸。优选地，在吸收浆液中加入的硫酸和氧化镁的摩尔比为1:1～2，优选1:1.2～2。在此范围内，氧化镁的比例越高，生产的发泡保温材料强度越高，且抗脆性良好。在某些实施方案中，所述氧化镁为1～5重量份，优选2～4重量份。
混合步骤：
根据本发明的混合步骤包括将80～150重量份脱硫浆液与包括30～60重量份氧化镁、30～65重量份工业固体废物、1～8重量份发泡剂和1～8重量份添加剂的原料混合，所得混合料的水灰比为0.2～0.6:1。优选地，水灰比为0.3～0.5:1。
本发明的混合步骤中使用的氧化镁可以与脱硫剂中使用的氧化镁相同。使用量可以为30～60重量份氧化镁，优选地，为35～55重量份。
本发明的混合步骤中使用的工业固体废物选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉中的一种或多种，优选为粉煤灰，其为选自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。其用量可以为30～65重量份，优选为35～60重量份。
本发明的混合步骤中使用的发泡剂是使对象物质成孔的物质。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(工业级，浓度为27.5％)。发泡剂用量可以为1～8重量份，优选为2～6重量份。
本发明的混合步骤中使用的添加剂优选为明胶，其用量可以为1～8重量份，优选2～6重量份。
本发明的混合步骤可采用本领域内已知的任何混合手段或方式，只要能够混合均匀或达到作为发泡保温材料所需的混合程度即可。所述混合容器的实例包括但不限于搅拌器、均质器、混合机等。
本发明的混合步骤优选将氧化镁、工业固体废物和添加剂与脱硫浆液先混合，然后添加发泡剂。在示例性实施方案中，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可以为4～10s，优选5～8s。本发明的混合步骤中混合料的水灰比为0.2～0.6:1。优选为0.3～0.5:1。过高或过低的水灰比不利于保温材料性能的提高。
养护步骤：
本发明的养护步骤包括将发泡后的保温材料在20～60℃、湿度50～100％的环境中养护3～8小时。
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。
实施例1
(1)将氧化镁粉和电石渣混合制成脱硫剂，加废水(来自化工厂，其pH为10)混合制成脱硫剂浆液，脱硫剂与工业废水的重量比为1:9。其中，脱硫剂的组分及重量份数为：电石渣65份，氧化镁35份。
(2)使烟气与脱硫剂浆料逆向接触发生物理化学反应并被吸收，随浆液落入下方循环浆液池。脱硫工况参数参见表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 1260000
2 入口烟气量(标况) Nm3/h 853548
3 入口烟温 ℃ 130
4 二氧化硫入口浓度 mg/Nm3 800
5 入口烟尘 mg/Nm3 90
6 烟气含湿量 wt％ 5.0
(3)在循环浆液池内浆液的pH值达到6.0时通过排出泵将循环浆液池内的浆液排出至反应槽。
(4)将反应槽内的浆液加入硫酸(浓度15wt％)和2重量份氧化镁，使加入的硫酸和氧化镁的摩尔比为1:1.5，得到脱硫浆液。
(5)将脱硫浆液供给至混合槽，并依次加入添加剂(明胶)、工业固体废弃物(粉煤灰，来自发电厂，主要成分：50wt％SiO2，25wt％Al2O3，9wt％CaO)和氧化镁，混合均匀后再加入发泡剂(双氧水，工业级，浓度27.5％)，高速搅拌5s，得到混合料。其中，混合步骤中各组成的重量配比如下：脱硫浆液90份、氧化镁30份、粉煤灰30份、发泡剂3份、明胶4份，浆料中水灰比达到0.3:1。
(6)将步骤(5)形成的混合料浇筑入模并进行发泡，待发泡完全后在50℃，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检测结果见表3。
实施例2
除了采用以下条件之外，以与实施例1相同的方法制备发泡保温材料。
步骤(1)中将氧化镁粉和电石渣的重量份数为：电石渣70份，氧化镁30份。
步骤(4)加入的硫酸和氧化镁的摩尔比为1:1.3。
步骤(5)中各组成的重量配比如下：脱硫浆液120份、氧化镁40份、粉煤灰50份、发泡剂5份，明胶5份，浆料水灰比达到0.4:1。高速搅拌8s。
步骤(6)中将步骤(5)形成的混合料浇筑入模并进行发泡，待发泡完全后在60℃，湿度90％的环境下养护8小时，最后完成脱模，切割及包装。
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
除了采用以下条件之外，以与实施例1相同的方法制备发泡保温材料。
步骤(1)中将氧化镁粉和电石渣的重量份数为：电石渣80份，氧化镁20份。
步骤(4)加入的硫酸和氧化镁的摩尔比为1:1.8。
步骤(5)中各组成的重量配比如下：脱硫浆液150份、氧化镁60份、粉煤灰60份、发泡剂5份，明胶5份，浆料水灰比达到0.5:1。高速搅拌10s。
步骤(6)中将步骤(5)形成的保温材料浆料浇筑入模并进行发泡，待发泡完全后在55℃，湿度75％的环境下养护8小时，最后完成脱模，切割及包装。
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。以下实施例的发泡保温材料的密度、抗压强度、吸水率采用JG/T 159-2004进行测定；导热系数采用GB/T 10294-2008进行测定。
表2各实施例的烟气脱硫效果统计表
烟气参数 实施例1 实施例2 实施例3
出口烟气量(工况)(m3/h) 1075532 1102017 998775
排烟温度(℃) 55 62 66
二氧化硫排放浓度(mg/Nm3) 15 18 12
脱硫效率(％) 98.1 97.6 98.6
出口粉尘浓度(mg/Nm3) 8 11 13
除尘效率(％) 90.7 87.2 86.4
副产物的产出量(t/h) 4.6 4.6 5.0
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，并且生产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生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)脱硫浆液制备步骤：
将脱硫剂加入工业废水制备脱硫剂浆液，使所述脱硫剂浆液与二氧化硫含量为1000mg/Nm3以下且氧气含量为10～20vol％的烟气接触得到吸收浆液，当所述吸收浆液的pH值至5.3～6.8范围时，排出吸收浆液，向排出的吸收浆液中加入氧化镁和硫酸进行反应，得到脱硫浆液，其中，所述脱硫剂由50～80重量份电石渣和20～50重量份氧化镁组成，所述工业废水的pH值为7～10；
(2)混合步骤：
将80～150重量份脱硫浆液与包括30～60重量份氧化镁、30～65重量份工业固体废物、1～8重量份发泡剂和1～8重量份添加剂的原料混合，得到混合料；所述混合料的水灰比为0.2～0.6:1。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，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％。
3.根据权利要求1所述的生产方法，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。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述脱硫浆液制备步骤中，向排出的吸收浆液中加入的硫酸和氧化镁的摩尔比为1:1～2。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述脱硫浆液制备步骤中，向排出的吸收浆液中加入的氧化镁为1～5重量份。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述混合步骤包括将所述氧化镁、所述工业固体废物和所述添加剂与所述脱硫浆液先混合，然后添加所述发泡剂搅拌4～10s。
7.根据权利要求1所述的生产方法，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1所述的生产方法，其特征在于，所述发泡剂选自双氧水、碳化钙和碳酸铵的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述添加剂为明胶。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，进一步包括(3)养护步骤：将发泡后的保温材料在20～60℃、湿度50～100％的环境中养护3～8小时。
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