CN114105544A - 基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料的制备方法，步骤S01：将工业固体废弃物、活性氧化硅、活性氧化铝粉、刚玉复合添加剂、的减水剂投入搅拌机中，混合均匀形成干拌料，以上百分比都是重量百分比，步骤S02：在搅拌均匀好的干拌料中加入然后加入液体激发剂，再次混合均匀成湿拌料，步骤S03：成型：将湿拌料投入模具中，采用振动、抽真空方式，静置；步骤S04：将成型的材料，静置；步骤S05：干燥后得到无机高分子材料。本发明提供的方法有效降低目前工业固体废弃物资源化过程中由于提纯、富集等而导致的成本。
Description
技术领域
本发明属于无机高分子材料领域，涉及一种无机高分子材料的制备方法，特别涉及基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料的制备方法。
背景技术
固体废弃物具有产生源分散、产量大、组成复杂、呆滞性等特点，有些还具有毒性、燃烧性、爆炸性、放射性、腐蚀性等危险特性，如果得不到妥善处理，在其产生排放处理的过程中会对水体、大气、土壤体系造成危害，破坏生态环境，甚至对人类的身心健康与国家社会经济的发展造成阻碍。
工业固体废弃物资源化的利用是实现中国经济健康发展的重要途径之一。目前，我国工业固体废物资源化利用主要包括以下几种方法：（1）生产建材；（2）回收或利用其中的有用成分，开发新产品，以取代某些工业原料；（3）筑路、筑坝与回填；（4）生产农肥和土壤改良。其中第3种方法是具有较高附加值的资源化工艺技术途径，但是，目前已公开或市场上出现的工业固体废弃物资源化取代工业原料，制备的材料及其制备方法大多需要对其进行筛选、提纯、富集，这样会造成工业固体废弃物资源化成本大幅增加，使其价格接近甚至超过原矿、精矿，从而降低其市场竞争力下降，导致其资源化利用无法实现产业化。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
如何降低目前工业固体废弃物资源化过程中由于提纯、富集等而导致的成本增加问题。
2.技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料的制备方法，步骤S01：将30~80%的工业固体废弃物、0~20%的活性氧化炉硅、0~20%的活性氧化铝粉、0~20%的刚玉、1~20%的复合添加剂、0.01~10%的减水剂投入搅拌机中，搅拌的环境温度不大于50℃，其中搅拌时间不少于50秒，混合均匀形成干拌料，以上百分比都是重量百分比，步骤S02：在搅拌均匀好的干拌料中加入然后按干拌重量的5~50%加入的液体激发剂，环境温度不大于50℃，搅拌时间不少于20秒，再次混合均匀成湿拌料，步骤S03：成型：将湿拌料投入模具中，采用振动、抽真空方式，在不高于50℃的环境下静置不少于1小时，湿度不小于15%；步骤S04：养护：将成型的材料，在不高于50℃的环境下静置不少于6小时，湿度不小于15%；养护工艺是依靠材料中的无机高分子凝结能力，在材料基体中形成牢固的网络结构，并自身产生一定强度；步骤S05：干燥：在不高于50℃的环境中，不少于6小时，得到无机高分子材料，干燥工艺是依靠一定温度，实现无机高分子材料的干燥，完全硬化，充分实现强度的发展，便于后续工艺的包装、码放、安装等。
所述工业固体废弃物为高铝工业固体废气物，其中氧化铝含量≥25%，包括高炉渣、钢渣、铝灰、粉煤灰、赤泥、煤渣、煤矸石、脱硫灰、电石渣、尾矿石中的一种或几种任意比例的混合，粒径≤50mm。
所述活性氧化硅是硅铁合金、金属硅、氧化锆行业生产过程中的副产物烟尘，经收尘器收集而得到，其氧化硅含量≥75%、粒径≤50μm、比表面积大于10m2/g。
所述活性氧化铝粉的氧化铝含量≥90%、粒径≤10mm。
所述刚玉中的氧化铝含量≥93%、粒径≤10mm。
所述复合添加剂为硫酸钡、硫酸锶、氧化铈、氧化镁、氟化钙、氟化铝、磷酸铝、磷酸镁、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼、蓝晶石、钛酸铝、铝酸钙、硅酸钙、红柱石、硅线石、高硅氧铝溶胶、水合氧化铝微粉、硅铝溶胶粉、铝酸盐水泥中的一种或多种任意比例的混合。
所述减水剂为聚磷酸盐、偏磷酸盐、聚羧酸、木质素磺酸钠、萘磺酸甲醛缩合钠、分散氧化铝中的一种或几种任意比例的混合。
所述液体激发剂为水、硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢铵、硼砂中的一种或多种任意比例的混合。
形成干拌料的具体步骤为：在步骤S01中采用微细粉预混工艺，先将粒径≤0.1mm的微细粉料投入搅拌机中预混，搅拌时间不少于1分钟，形成微细干拌料，然后与粒度＞0.1mm的粗料共混。
在步骤S02中，对于凝固过快的湿拌料，采用逆投工艺，先将液体激发剂投入搅拌机中，在搅拌的状态下，投入干拌料，搅拌时间不少于20秒，形成湿拌料。
3.有益效果：
本发明提供的方法有效降低目前工业固体废弃物资源化过程中由于提纯、富集等而导致的成本。采用液体激发剂活化工业固体废弃物的方式，利用工业固体废弃物中的活性氧化物与液体激发剂之间的化学反应，其激发原理是无定形氧化物与液体激发剂在常温下发生反应生成一定量的酸式磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐，这些盐类具有很强的胶结性能，可以与固体废弃物中不发生反应的物质牢固的胶结在一起，从而产生很高的强度。
具体实施方式
下面结合实施例来对本发明进行详细说明。
实施例1
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：63%的氧化铝含量65%、粒径3mm的煤矸石；10%的粒径50μm活性氧化硅；10%的粒径4μm活性氧化铝；10%的氧化铝含量95%的活性氧化铝粉、5%粒径1mm、氧化铝含量为96%的刚玉；5%的氧化镁；1%膨润土；3%钛酸铝，2%硅铝溶胶粉，1%聚磷酸盐。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度25℃条件下搅拌1分钟，混合形成干拌料，加入20%的磷酸搅拌1分钟形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动2分钟，在25℃、湿度80%条件下静置2小时，再在25℃、湿度80%条件下静置12小时养护，最后在30℃条件下干燥24小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低1900元/吨。
实施例2
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：30%的氧化铝含量55%、粒径5mm高炉渣；20%的氧化铝含量55%、粒径1mm钢渣；15%的氧化铝含量55%、粒径1m粉煤灰；6%的粒径1μm活性氧化硅；9%的粒度5μm活性氧化铝；5%的氧化铝含量94%的活性氧化铝粉、20%粒径2mm、氧化铝含量94%的刚玉；10%的硫酸钡；5%硅线石；3%铝酸盐；2%偏磷酸盐。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度30℃条件下搅拌5分钟，混合形成干拌料，加入50%的磷酸二氢铵搅拌30秒形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动3分钟，在30℃、湿度70%条件下静置3小时，再在30℃、湿度70%条件下静置10小时养护，最后在30℃条件下干燥20小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低2250元/吨。
实施例3
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：70%的氧化铝含量35、粒径10mm的铝灰；20%的粒径1mm活性氧化铝；15%的氧化铝含量92%的活性氧化铝粉、15%粒径6mm、氧化铝含量93%的刚玉；6%的硫酸锶；2%的红柱石；1%水合氧化铝微粉，3%聚羧酸。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度20℃条件下搅拌2分钟，混合形成干拌料，加入15%的磷酸二氢钠搅拌2分钟形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动3分钟，在20℃、湿度60%条件下静置3小时，再在20℃、湿度60%条件下静置10小时养护，最后在20℃条件下干燥18小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低2100元/吨。
实施例4
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：40%的氧化铝含量25%、粒径6mm尾矿石；5%的粒径30μm活性氧化硅；15%的粒径10μm活性氧化铝；粒径3mm、氧化铝含量94%的刚玉；8%的硅酸钙；3%高硅氧铝溶胶；2%的木质素磺酸钠。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度35℃条件下搅拌55秒分钟，混合形成干拌料，加入30%的磷酸钠搅拌2分钟形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动3分钟，在35℃、湿度65%条件下静置1小时，再在35℃、湿度65%条件下静置8（小时养护，最后在35℃条件下干燥18小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低1200元/吨。
实施5
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：75%的氧化铝含量60%、粒径10mm煤渣；20%的粒径20μm活性氧化硅；15%的氧化铝含量91%的活性氧化铝粉、10%粒径5mm、氧化铝含量96%的刚玉；6%的氧化铈；1%铝酸钙；3%氟化钙；4%的萘磺酸甲醛缩合钠。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度40℃条件下搅拌3分钟，混合形成干拌料，加入35%的磷酸一氢钠搅拌3分钟形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动4分钟，在35℃、湿度60%条件下静置3小时，再在35℃、湿度60%条件下静置15小时养护，最后在35℃条件下干燥7小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低2250元/吨。
实施例6
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：80%的氧化铝含量30%、粒径15mm脱硫灰；15%的粒径4μm活性氧化铝；3%的氟化铝；3%磷酸铝；5%的分散氧化铝。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度40℃条件下搅拌2分钟，混合形成干拌料，加入25%的硅溶胶搅拌40秒形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动5分钟，在40℃、湿度55%条件下静置1.5小时，再在40℃、湿度55%条件下静置8小时养护，最后在40℃条件下干燥16小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低2400元/吨。
实施例7
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：60%的氧化铝含量25%、粒径20mm煤渣；10%的粒径30μm活性氧化硅；16%的粒径4μm活性氧化铝；8%粒径10mm、氧化铝含量95%的刚玉；4%的磷酸铝；4%磷酸镁；6%聚磷酸盐。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度45℃条件下搅拌2分钟，混合形成干拌料，加入30%的铝溶胶搅拌30秒形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动2分钟，在45℃、湿度50%条件下静置2小时，再在45℃、湿度50%条件下静置7小时养护，最后在45℃条件下干燥15小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低1800元/吨。
实施例8
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：50%的氧化铝含量50%、粒径30mm的赤泥；12%的粒径40μm活性氧化硅；17%的粒径5μm活性氧化铝；5%粒径9mm、氧化铝含量95%的刚玉；5%的磷酸镁；5%氮化硅；5%6氮化硼、6%碳化硅；7%聚磷酸盐。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度23℃条件下搅拌2分钟，混合形成干拌料，加入40%的硼砂搅拌45秒形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动2分钟，在23℃、湿度45%条件下静置2小时，再在23℃、湿度45%条件下静置7小时养护，最后在23℃条件下干燥7小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低1500元/吨。
实施例9
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：40%的氧化铝含量55%、粒径40mm赤泥；15%的粒径50μm活性氧化硅；18%的粒径6μm活性氧化铝；3%粒径7mm、氧化铝含量94%的刚玉；6%的碳化硅；3%碳化硼；5%氮化硼；8%聚磷酸盐。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度48℃条件下搅拌2分钟，混合形成干拌料，加入50%的铝溶胶搅拌50秒形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动2分钟，在48℃、湿度40%条件下静置2小时，再在48℃、湿度40%条件下静置8小时养护，最后在48℃条件下干燥8小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低1200元/吨。
实施例10
一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料及其制备方法，该无机高分子材料的原料及含量是：35%的氧化铝含量60%、粒径50mm电石渣；18%的粒径50μm活性氧化硅；6%的粒径8μm活性氧化铝；2%粒径8mm、氧化铝含量93%的刚玉；0.5%的蓝晶石；0.5钛酸铝；10%聚磷酸盐。
按上述比例将各组分投入搅拌机，在环境温度49℃条件下搅拌2分钟，混合形成干拌料，加入5%的水玻璃搅拌30秒形成湿拌料，然后将湿拌料投入到模具中，使用振动棒振动2分钟，在49℃、湿度30%条件下静置2小时，再在49℃、湿度30%条件下静置10小时养护，最后在49℃条件下干燥7小时，即制成无机高分子材料。该无机高分子材料使用工业固体废弃物后，其产品价格可降低1050元/吨。
Claims (10)
1.一种基于工业固体废弃物资源化的无机高分子材料的制备方法，其特征在于：步骤S01：将30~80%的工业固体废弃物、0~20%的活性氧化硅、0~20%的活性氧化铝粉、0~20%的刚玉、1~20%的复合添加剂、0.01~10%的减水剂投入搅拌机中，搅拌的环境温度不大于50℃，其中搅拌时间不少于50秒，混合均匀形成干拌料，以上百分比都是重量百分比，步骤S02：在搅拌均匀好的干拌料中加入然后按干拌重量的5~50%加入的液体激发剂，环境温度不大于50℃，搅拌时间不少于20秒，再次混合均匀成湿拌料，步骤S03：成型：将湿拌料投入模具中，采用振动、抽真空方式，在不高于50℃的环境下静置不少于1小时，湿度不小于15%；步骤S04：将成型的材料，在不高于50℃的环境下静置不少于6小时，湿度不小于15%；步骤S05：干燥：在不高于50℃的环境中，不少于6小时，得到无机高分子材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工业固体废弃物为高铝工业固体废气物，其中氧化铝含量≥25%，包括高炉渣、钢渣、铝灰、粉煤灰、赤泥、煤渣、煤矸石、脱硫灰、电石渣、尾矿石中的一种或几种任意比例的混合，粒径≤50mm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性氧化硅是硅铁合金、金属硅、氧化锆行业生产过程中的副产物烟尘，经收尘器收集而得到，其氧化硅含量≥75%、粒径≤50μm、比表面积大于10m2/g。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性氧化铝粉的氧化铝含量≥90%、粒径≤10mm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刚玉中的氧化铝含量≥93%、粒径≤10mm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述复合添加剂为膨润土、硫酸钡、硫酸锶、氧化铈、氧化镁、氟化钙、氟化铝、磷酸铝、磷酸镁、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼、蓝晶石、钛酸铝、铝酸钙、硅酸钙、红柱石、硅线石、高硅氧铝溶胶、水合氧化铝微粉、硅铝溶胶粉、铝酸盐水泥中的一种或多种任意比例的混合。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述减水剂为聚磷酸盐、偏磷酸盐、聚羧酸、木质素磺酸钠、萘磺酸甲醛缩合钠、分散氧化铝中的一种或几种任意比例的混合。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述液体激发剂为水、硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢铵、硼砂中的一种或多种任意比例的混合。
9.如权利要求1-8任一项权利要求所述的方法，其特征在于：形成干拌料的具体步骤为：在步骤S01中采用微细粉预混工艺，先将粒径≤0.1mm的微细粉料投入搅拌机中预混，搅拌时间不少于1分钟，形成微细干拌料，然后与粒度＞0.1mm的粗料共混。
10.如权利要求1-8任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤S02中，对于凝固过快的湿拌料，采用逆投工艺，先将液体激发剂投入搅拌机中，在搅拌的状态下，投入干拌料，搅拌时间不少于20秒，形成湿拌料。
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