CN109082079A - 一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，包括如下步骤：将磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离得到的固体焙烧后加工制得硫酸，分离得到的液体加工得到氢氧化铝，氢氧化铝再与丁腈橡胶、酚醛环氧树脂、氧化锌、DEHP和防老剂制得电应力控制胶带补强材料。本发明将磷石膏和高硫铝土矿进行综合利用，具有减少环境污染，附加值高，有价成分利用率高的特点，且制得的氢氧化铝是作为电应力控制胶带补强材料的填料的良好原料，制备的电应力控制胶带补强材料具有生产成本低的优点。

Description

一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，属于冶金化工领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙，此外还含有多种其他杂质。目前，全世界每年排放磷石膏总量约为1.2-1.4亿吨，我国约为5000万吨左右，占全球年排放磷石膏总量的25-29%，这一数量呈增加趋势，且目前国内磷石膏堆放量达2.5亿吨，排出的磷石膏渣占用大量土地，形成渣山，严重污染环境。
我国铝土矿探明储量达到23亿吨，但其中一水硬铝石型高硫铝土矿占到了总储量的6.52%。这类矿石的特点是含铝含硫高、硅含量较低。此类高硫铝土矿若直接用于传统氧化铝的生产，其中的硫会会破坏铝土矿的溶出性能，硫的积累使碱耗增加，种分分解率下降，引起溶液中铁离子浓度增高，氢氧化铝被污染。影响正常的生产操作，甚至使生产无法进行。
电缆的半导层被切段，电场发生畸变而分布不均匀，若不采取适当的措施均匀电场，会因电应力过分集中而发生放电以致引起电击穿。目前大都是采用高介电常数的电应力控制胶带缠绕、填充在电缆屏蔽处进行应力控制，改变电缆绝缘表面的电位分布，达到均匀电场的作用，防止放声击穿及发热现象，以提高终端或接头的运行寿命。现目前有一种电应力控制胶带补强材料的补强材料，由增粘剂、补强填料、增塑剂和防老剂组成，与橡胶、树脂混合后就可制得性能较好的电应力控制胶带补强材料。但是这种电应力控制胶带补强材料中用到的氢氧化铝的价格持续升高，导致其出现了生产成本高的问题。
现目前，我国一方面磷石膏大量堆积，污染环境，对磷石膏的利用，主要是用作建筑材料方面，但是磷石膏中夹带的酸会导致建材品质下降，而且附加值也低；另一方面，对于高硫铝土矿，虽然出现了一些提铝工艺，但是这些工艺大都对高硫铝土矿的利用率不高。目前综合利用磷石膏和高硫铝土矿制酸联产电应力控制胶带补强材料的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法。本发明将磷石膏和高硫铝土矿进行综合利用，具有减少环境污染，附加值高，有价成分利用率高的特点，且制得的氢氧化铝是作为电应力控制胶带补强材料的填料的良好原料，制备的电应力控制胶带补强材料具有生产成本低的优点。
本发明的技术方案
一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，包括如下步骤：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物进行焙烧，再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入氧化钙，加热搅拌，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入活性氢氧化铝晶种，然后加入分散改性剂，进行反应，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、向混炼机中加入步骤D制得的氢氧化铝，再加入丁腈橡胶、酚醛环氧树脂、氧化锌、DEHP和防老剂进行塑炼，然后投入造粒机中造粒，制得电应力控制胶带补强材料。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤A中，所述高硫铝土矿中硫含量高于0.7%；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石；所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1-1.4:1-1.6重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的14-27%；所述焙烧温度为1200-1500℃，时间为1-4h；所述水磨溶出时的液固体积比为4-8:1。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤B中，所述焙烧的温度为1100-1200℃；时间为2-5h；条件为将硫化物置于40-45%的富氧环境下。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤C中，所述氧化钙为分析纯，用量为7-12g/L；所述加热的温度为80-90℃；所述搅拌的时间为1.5-2h。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤D中，活性氢氧化铝晶种的晶种系数为100-300％；分散改性剂的加入量为偏铝酸钠溶液中氧化铝重量的0.1-1%，分散改性剂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酰胺或聚乙二醇；所述反应的初始温度为55-80℃，终止温度为55-70℃，时间为10-48h。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤E中，所述防老剂为防老剂1010。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，按重量份计，步骤E中，所述电应力控制胶带补强材料包括15-20份氢氧化铝、5-10份丁腈橡胶、5-10份酚醛环氧树脂、5-10份氧化锌、6-9份DEHP和1-3份防老剂。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤E中，所述塑炼的温度为60-70℃，时间为10-15min。
前述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤E中，所述造粒的温度为70-80℃。
本发明通过将磷石膏和高硫铝土矿反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
CaSO4（磷石膏）+Na2O·SiO2·Al2O3（高硫铝土矿）→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与高硫铝土矿中的SiO2生成原硅酸钙（CaO·SiO2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（Na2O·Al2O3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加改性剂工艺，生成的金属硫化物，其主要成分为FeS；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到FeS。
有益效果
1、本发明以磷石膏和高硫铝土矿作为主要反应原料综合利用，再通过添加一定量的添加剂和改性剂进行焙烧后水磨浸出，然后进行固液分离即可对各组分进行分别提取再利用，在大量消耗磷石膏和高硫铝土矿的同时，可缓解磷石膏的堆积问题，并减少磷石膏对环境的污染。
2、本发明将工业废弃物磷石膏和高硫铝土矿配以改性剂、添加剂进行综合利用，进行焙烧后，然后经水磨溶出后经固液分离，在焙烧过程中形成的主要成分金属硫化物、偏铝酸盐和硅酸盐成分分明，均可单独提取，制取硫酸、氢氧化铝的工艺简单，电应力控制胶带补强材料的价值高，大大提高了磷石膏和高硫铝土矿的附加值。
3、本发明通过磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合研磨后焙烧，再水磨溶出后进行固液分离，得到的产物成分分明，有价成分均可单独提取，有效的提高了磷石膏和高硫铝土矿的有价成分利用率。
4、本发明使用磷石膏、高硫铝土矿和一定的添加剂、改性剂作为原料，进行焙烧，焙烧后的中间产物均不含有机质，非常利于后期各有用成分的提取，尤其是固液分离后经过氧化钙提纯的溶液中，几乎只含有可溶的偏铝酸钠，加入活性氢氧化铝晶种制得的氢氧化铝，纯度可达到99%以上，平均粒径小于1.5μm，是作为电应力控制胶带补强材料的填料的良好原料。
5、本发明利用工业废渣磷石膏和高硫铝土矿制取氢氧化铝的纯度高，处理工艺简单，且主要原料成本低廉，大大降低了产物氢氧化铝的价格，用于生产电应力控制胶带补强材料，可大大节省其生产成本，用制备的补强材料加工得到的电应力控制胶带具有很好的电学性能。
为了证明本发明的优点，发明人做了如下测试：
使用实施例1-5所制得的电应力控制胶带补强材料，添加丁腈橡胶和酚醛环氧树脂制备电应力控制胶带，补强材料、丁腈橡胶和酚醛环氧树脂的用量比为1:1:1，对所制得的电应力控制胶带进行介电常数和体积电阻率的测试实验。得表1数据。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1:1.6重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的14%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为4h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为4:1；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于40%的富氧环境下，在1100℃下焙烧5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中按12g/L加入分析纯氧化钙，加热至90℃，搅拌1.5h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入晶种系数为100%的活性氢氧化铝晶种，然后加入偏铝酸钠溶液中氧化铝重量0.1%的聚乙二醇，控制反应初始温度为80℃，终止温度为70℃反应48h，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、按重量份计，向混炼机中加入15份步骤D制得的氢氧化铝，再加入5份丁腈橡胶、5份酚醛环氧树脂、5份氧化锌、6份DEHP和1份防老剂1010在60℃下进行塑炼10min，然后放入造粒机中在70℃下进行造粒，制得电应力控制胶带补强材料。
实施例2：一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.4:1重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的27%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1500℃，焙烧时间为1h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为8:1；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧2h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中按7g/L加入分析纯氧化钙，加热至80℃，搅拌2h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入晶种系数为300%的活性氢氧化铝晶种，然后加入偏铝酸钠溶液中氧化铝重量1%的聚乙二醇，控制反应初始温度为55℃，终止温度为55℃反应10h，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、按重量份计，向混炼机中加入20份步骤D制得的氢氧化铝，再加入10份丁腈橡胶、10份酚醛环氧树脂、10份氧化锌、9份DEHP和3份防老剂1010在70℃下进行塑炼15min，然后放入造粒机中在80℃下进行造粒，制得电应力控制胶带补强材料。
实施例3：一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.2:1.3重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的20%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1350℃，焙烧时间为2.5h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为5:1；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于42%的富氧环境下，在1150℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中按10g/L加入分析纯氧化钙，加热至85℃，搅拌1.8h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入晶种系数为200%的活性氢氧化铝晶种，然后加入偏铝酸钠溶液中氧化铝重量0.51%的聚乙二醇，控制反应初始温度为68℃，终止温度为62℃反应24h，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、按重量份计，向混炼机中加入18份步骤D制得的氢氧化铝，再加入7.5份丁腈橡胶、7.5份酚醛环氧树脂、8份氧化锌、7.5份DEHP和2份防老剂1010在65℃下进行塑炼13min，然后放入造粒机中在75℃下进行造粒，制得电应力控制胶带补强材料。
实施例4：一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.2:1.3重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的18%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1350℃，焙烧时间为2.5h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为5:1；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于42%的富氧环境下，在1150℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中按10g/L加入分析纯氧化钙，加热至85℃，搅拌1.8h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入晶种系数为200%的活性氢氧化铝晶种，然后加入偏铝酸钠溶液中氧化铝重量0.51%的聚乙二醇，控制反应初始温度为68℃，终止温度为62℃反应24h，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、按重量份计，向混炼机中加入16份步骤D制得的氢氧化铝，再加入6份丁腈橡胶、6份酚醛环氧树脂、7份氧化锌、7份DEHP和2份防老剂1010在63℃下进行塑炼12min，然后放入造粒机中在72℃下进行造粒，制得电应力控制胶带补强材料。
实施例5：一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.2:1.4重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的23%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1350℃，焙烧时间为2.5h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为5:1；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于42%的富氧环境下，在1150℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中按10g/L加入分析纯氧化钙，加热至85℃，搅拌1.8h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入晶种系数为200%的活性氢氧化铝晶种，然后加入偏铝酸钠溶液中氧化铝重量0.51%的聚乙二醇，控制反应初始温度为68℃，终止温度为62℃反应24h，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、按重量份计，向混炼机中加入18份步骤D制得的氢氧化铝，再加入9份丁腈橡胶、9份酚醛环氧树脂、9份氧化锌、8份DEHP和2份防老剂1010在68℃下进行塑炼14min，然后放入造粒机中在78℃下进行造粒，制得电应力控制胶带补强材料。

Claims (10)

1.一种制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离；
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物进行焙烧，再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入氧化钙，加热搅拌，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
D、向步骤C制得的偏铝酸钠溶液中加入活性氢氧化铝晶种，然后加入分散改性剂，进行反应，反应后得到的浆液经固液分离、洗涤、干燥，制得氢氧化铝；
E、向混炼机中加入步骤D制得的氢氧化铝，再加入丁腈橡胶、酚醛环氧树脂、氧化锌、DEHP和防老剂进行塑炼，然后投入造粒机中造粒，制得电应力控制胶带补强材料。
2.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤A中，所述高硫铝土矿中硫含量高于0.7%；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石；所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
3.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1-1.4:1-1.6重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的14-27%；所述焙烧的温度为1200-1500℃，时间为1-4h；所述水磨溶出时的液固体积比为4-8:1。
4.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤B中，所述焙烧的温度为1100-1200℃；时间为2-5h；条件为将硫化物置于40-45%的富氧环境下。
5.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤C中，所述氧化钙为分析纯，用量为7-12g/L；所述加热的温度为80-90℃；所述搅拌的时间为1.5-2h。
6.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤D中，活性氢氧化铝晶种的晶种系数为100-300％；分散改性剂的加入量为偏铝酸钠溶液中氧化铝重量的0.1-1%，分散改性剂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酰胺或聚乙二醇；所述反应的初始温度为55-80℃，终止温度为55-70℃，时间为10-48h。
7.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤E中，所述防老剂为防老剂1010。
8.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：按重量份计，步骤E中，所述电应力控制胶带补强材料包括15-20份氢氧化铝、5-10份丁腈橡胶、5-10份酚醛环氧树脂、5-10份氧化锌、6-9份DEHP和1-3份防老剂。
9.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤E中，所述塑炼的温度为60-70℃，时间为10-15min。
10.根据权利要求1所述的制酸联产电应力控制胶带补强材料的方法，其特征在于：步骤E中，所述造粒的温度为70-80℃。
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