CN115709998B - 一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及退役风电叶片回收制备白炭黑领域，公开了一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法，该方法包括：（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤80目，得到粉碎料；（2）将粉碎料与焙烧剂混合，然后焙烧，得到焙烧渣，将焙烧渣粉碎至粒度≤100目；（3）将步骤（2）得到的物料与碱性溶液混合后进行反应，然后过滤得到滤渣和滤液，对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；（4）采用酸性溶液将混合液的pH值调节至7‑9.5，然后陈化，接着过滤；（5）将滤渣与乙醇混合后进行搅拌，然后静置，接着过滤，将得到的滤渣烘干。本发明采用焙烧法将风机叶片中的玻璃纤维制备成为白炭黑，从而有利于其后续回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及退役风电叶片回收制备白炭黑领域，具体涉及一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法。
背景技术
玻纤基复合材料因为其优良的性能广泛应用于风电叶片，风机叶片是目前风力发电的重要组成部分。随着早些年风力发电设施的退役，风电叶片也是亟需处理的固废，退役风电叶片的处置目前主要是填埋，造成了极大的资源浪费。玻纤（玻璃纤维）是叶片的重要组成部分，占比通常在60%以上，如果能将废弃叶片中纤维充分回收，可以极大降低处置成本，并为后续处理打开思路。白炭黑是重要的无机化工原料，其化学组成主要为二氧化硅，与玻纤相似，因此如果能够将玻纤中主要组分制备成白炭黑，可以极大扩大应用领域。
发明内容
本发明的目的是为了克服退役风电叶片资源浪费的问题，提供一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法，该方法将风机叶片中的玻璃纤维制备成为白炭黑，从而有利于其后续回收利用。
为了实现上述目的，本发明提供一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤80目，得到粉碎料；
（2）将步骤（1）得到的粉碎料与焙烧剂混合，然后在650-950℃下焙烧2-12h，得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤100目；其中，所述焙烧剂为钠源和/或钾源；
（3）将步骤（2）得到的物料与碱性溶液混合后进行反应，然后过滤得到滤渣和滤液，对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用酸性溶液将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至7-9.5，然后陈化4-84h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与乙醇混合后进行搅拌，然后静置1-10h，接着过滤，将得到的滤渣在50-105℃下烘干，得到白炭黑。
优选地，在步骤（1）中，将废弃风电叶片粉碎至粒度≤200目。
优选地，在步骤（2）中，所述钠源选自氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或两种以上。
优选地，所述钾源选自氢氧化钾、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或两种以上。
优选地，在步骤（2）中，所述粉碎料与所述焙烧剂的重量比为1:0.5-4。
优选地，在步骤（2）中，所述焙烧的温度为700-900℃，所述焙烧的时间为4-10h。
优选地，在步骤（2）中，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤200目。
优选地，在步骤（3）中，所述碱性溶液的浓度为1-30重量%。
优选地，在步骤（3）中，所述碱性溶液与所述粉碎料的液固比为5-30mL/g。
优选地，在步骤（3）中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。
优选地，在步骤（3）中，所述反应的时间为30-90min。
优选地，在步骤（4）中，采用酸性溶液将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至7.5-9。
优选地，在步骤（4）中，所述酸性溶液的浓度为0.02-4mol/L。
优选地，在步骤（4）中，所述酸性溶液选自盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、醋酸溶液和柠檬酸溶液中的一种或两种以上。
优选地，在步骤（4）中，所述陈化的时间为6-36h。
优选地，在步骤（5）中，所述乙醇与所述粉碎料的液固比为3-15mL/g。
优选地，在步骤（5）中，所述搅拌的时间为0.5-5h。
优选地，在步骤（5）中，所述静置的时间为2-5h。
优选地，在步骤（5）中，所述烘干的温度为60-80℃。
本发明采用焙烧法将风机叶片中的玻璃纤维制备成为白炭黑，从而有利于其后续回收利用。
附图说明
图1是实施例和对比例制得的白炭黑与市售白炭黑的XRD图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤80目，得到粉碎料；
（2）将步骤（1）得到的粉碎料与焙烧剂混合，然后在650-950℃下焙烧2-12h，得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤100目；其中，所述焙烧剂为钠源和/或钾源；
（3）将步骤（2）得到的物料与碱性溶液混合后进行反应，然后过滤得到滤渣和滤液，对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用酸性溶液将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至7-9.5，然后陈化4-84h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与乙醇混合后进行搅拌，然后静置1-10h，接着过滤，将得到的滤渣在50-105℃下烘干，得到白炭黑。
在本发明中所使用的废弃风电叶片来源为风电厂退役或者意外导致不能使用的叶片，叶片构成为玻璃纤维组成的热固性复合材料，属于玻纤基风电叶片，其中玻璃纤维的含量为40-80重量%。
在本发明中，为了保证能够充分利用废弃风电叶片中的玻璃纤维，因此优选地，在步骤（1）中，将废弃风电叶片粉碎至粒度≤200目。
优选地，在步骤（2）中，所述钠源选自氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或两种以上。
优选地，在步骤（2）中，所述钾源选自氢氧化钾、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或两种以上。
在本发明中，在步骤（2）中，所述粉碎料与所述焙烧剂的重量比为1:0.5-4，优选为1:0.6-2。在具体的实施方式中，所述粉碎料与所述焙烧剂的重量比可以为1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8或1:2。
在本发明优选的实施方式中，在步骤（2）中，所述焙烧的温度为700-900℃，所述焙烧的时间为4-10h。具体地，所述焙烧的温度可以为700℃、750℃、800℃、850℃或900℃，所述焙烧的时间可以为4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
进一步优选地，在步骤（2）中，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤200目。
优选地，在步骤（3）中，所述碱性溶液的浓度为1-30重量%，优选为2-8重量%。在具体的实施方式中，所述碱性溶液的浓度可以为2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%或8重量%。
在本发明中，所述碱性溶液与所述粉碎料的液固比为5-30mL/g，优选为10-20mL/g。具体地，所述碱性溶液与所述粉碎料的液固比可以为10mL/g、12mL/g、14mL/g、16mL/g、18mL/g或20mL/g。
优选地，在步骤（3）中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。
在本发明中，在步骤（3）中，所述反应的时间为30-90min。具体的可以为30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min。
优选地，在步骤（4）中，采用酸性溶液将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至7.5-9。具体地，步骤（3）得到的混合液的pH值可以调节为7.5、7.8、8.1、8.4、8.7或9。
在本发明中，所述酸性溶液的浓度为0.02-4mol/L，优选为0.05-1mol/L。在具体的实施方式中，所述酸性溶液的浓度可以为0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/L或1mol/L。
优选地，在步骤（4）中，所述酸性溶液选自盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、醋酸溶液和柠檬酸溶液中的一种或两种以上。
优选地，在步骤（4）中，所述陈化的时间为6-36h。在具体的实施方式中，所述陈化的时间可以为6h、11h、16h、21h、26h、31h或36h。
在本发明中，在步骤（5）中，所述乙醇与所述粉碎料的液固比为3-15mL/g，优选为5-10mL/g。具体地，所述乙醇与所述粉碎料的液固比可以为5mL/g、6mL/g、7mL/g、8mL/g、9mL/g或10mL/g。
在本发明中，在步骤（5）中，所述搅拌的时间为0.5-5h，优选为1-1.5h。具体地可以为1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h。
在优选情况下，在步骤（5）中，所述静置的时间为2-5h。具体地，所述静置的时间可以为2h、3h、4h或5h。
在优选情况下，在步骤（5）中，所述烘干的温度为60-80℃。在具体的实施方式中，所述烘干的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。
本发明采用焙烧法将风机叶片中的玻璃纤维制备成为白炭黑，玻璃纤维中杂质较少，主要为白炭黑的原料，焙烧过程可以充分将纤维中的硅充分活化，且叶片中非纤维组分还能提供能量，活化的硅进一步得到性能优良的白炭黑，从而有利于其后续回收利用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明所述的保护范围不仅限于此。
以下实施例和对比例中所用的废弃风电叶片来自于龙源电力某风电厂，玻璃纤维含量为65.46重量%。
实施例1
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤200目，得到粉碎料；
（2）取50g步骤（1）得到的粉碎料与30g焙烧剂（氢氧化钠）混合均匀后置于马弗炉中，在750℃下焙烧6h（粉碎料与焙烧剂的重量比为1:0.6），得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤200目；
（3）将步骤（2）得到的物料与850mL浓度为5重量%的氢氧化钠溶液混合后反应60min（氢氧化钠溶液与粉碎料的液固比为17mL/g），然后过滤得到滤渣和滤液，用水对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用0.5mol/L的盐酸溶液缓慢将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至8.5，然后陈化12h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与250mL乙醇混合后搅拌1h（乙醇与粉碎料的液固比为5mL/g），然后静置3h，接着过滤，将得到的滤渣在80℃下烘干，得到白炭黑A1。
实施例2
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤200目，得到粉碎料；
（2）取50g步骤（1）得到的粉碎料与60g焙烧剂（碳酸钠）混合均匀后置于马弗炉中，在700℃下焙烧10h（粉碎料与焙烧剂的重量比为1:1.2），得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤400目；
（3）将步骤（2）得到的物料与600mL浓度为5重量%的氢氧化钠溶液混合后反应60min（氢氧化钠溶液与粉碎料的液固比为12mL/g），然后过滤得到滤渣和滤液，用水对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用0.05mol/L的盐酸溶液缓慢将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至9，然后陈化14h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与500mL乙醇混合后搅拌1h（乙醇与粉碎料的液固比为10mL/g），然后静置3h，接着过滤，将得到的滤渣在80℃下烘干，得到白炭黑A2。
实施例3
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤400目，得到粉碎料；
（2）取50g步骤（1）得到的粉碎料与35g焙烧剂（碳酸氢钠）混合均匀后置于马弗炉中，在900℃下焙烧8h（粉碎料与焙烧剂的重量比为1:0.7），得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤400目；
（3）将步骤（2）得到的物料与1000mL浓度为2重量%的氢氧化钠溶液混合后反应60min（氢氧化钠溶液与粉碎料的液固比为20mL/g），然后过滤得到滤渣和滤液，用水对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用0.05mol/L的盐酸溶液缓慢将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至9，然后陈化20h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与350mL乙醇混合后搅拌1.2h（乙醇与粉碎料的液固比为7mL/g），然后静置2h，接着过滤，将得到的滤渣在70℃下烘干，得到白炭黑A3。
实施例4
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤200目，得到粉碎料；
（2）取50g步骤（1）得到的粉碎料与40g焙烧剂（20g碳酸氢钠和20g氢氧化钠）混合均匀后置于马弗炉中，在900℃下焙烧8h（粉碎料与焙烧剂的重量比为1:0.8），得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤400目；
（3）将步骤（2）得到的物料与750mL浓度为2重量%的氢氧化钠溶液混合后反应70min（氢氧化钠溶液与粉碎料的液固比为15mL/g），然后过滤得到滤渣和滤液，用水对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用0.05mol/L的盐酸溶液缓慢将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至9，然后陈化20h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与300mL乙醇混合后搅拌1.5h（乙醇与粉碎料的液固比为6mL/g），然后静置5h，接着过滤，将得到的滤渣在60℃下烘干，得到白炭黑A4。
对比例1
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度为20-70目，得到粉碎料；
（2）取50g步骤（1）得到的粉碎料与30g焙烧剂（氢氧化钠）混合均匀后置于马弗炉中，在750℃下焙烧6h（粉碎料与焙烧剂的重量比为1:0.6），得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度为20-90目；
（3）将步骤（2）得到的物料与850mL浓度为5重量%的氢氧化钠溶液混合后反应60min（氢氧化钠溶液与粉碎料的液固比为17mL/g），然后过滤得到滤渣和滤液，用水对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用2mol/L的盐酸溶液缓慢将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至8.5，然后陈化12h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与250mL乙醇混合后搅拌0.5h（乙醇与粉碎料的液固比为5mL/g），然后静置1h，接着过滤，将得到的滤渣在80℃下烘干，得到白炭黑D1。
对比例2
按照实施例1的方法实施，与之不同的是，在步骤（4）中，将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至10，得到白炭黑D2。
对比例3
按照实施例2的方法实施，与之不同的是，在步骤（4）中，将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至5，得到白炭黑D3。
对比例4
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤200目，得到粉碎料；
（2）取50g步骤（1）得到的粉碎料与60g焙烧剂（碳酸钠）混合均匀后置于马弗炉中，在700℃下焙烧10h（粉碎料与焙烧剂的重量比为1:1.2），得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤400目；
（3）将步骤（2）得到的物料与850mL浓度为5重量%的氢氧化钠溶液混合后反应60min（氢氧化钠溶液与粉碎料的液固比为17mL/g），然后过滤得到滤渣和滤液，用水对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用0.05mol/L的盐酸溶液缓慢将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至9，然后陈化14h，接着过滤；得到白炭黑D4。
测试例1
分别对A1-A4、D1-D4进行XRD检测，样品的XRD如图1所示，可以看出A1-A4样品XRD图均与市售白炭黑（采购于山东某化工厂）一致，呈现无定形状态，表明采用本方法可以制备得到白炭黑样品，杂质较少，而D1-D4存在杂峰，表明对比例中制备得到的样品杂质含量较多，为不合格产品。
测试例2
分别检测废弃风电叶片、A1-A4、D1-D4的纯度（干品中二氧化硅的含量）、白度（与市售白炭黑样品对比）、比表面积以及DBP吸收值；
纯度的检测方法为：称量一定量的样品，重量记为m1，600℃焙烧3h后重量记为m2，对焙烧后的样品中二氧化硅含量进行检测，测定二氧化硅含量为k1，则纯度k2为：k2=k1*m2/m1；
白度的检测方法为：以市售白炭黑为参照样品，PN-PWT粉体白度仪进行测试；
比表面积的检测方法为：比表面积分析仪SSA-6000进行测定；
邻苯二甲酸氢钾（DBP）吸收值的检测方法为：HG/ T 3072-2008 中的手工法。
结果如表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明的方法，废弃风电叶片经过处理可以得到白炭黑产品，且白炭黑产品具有较好的白度、DBP吸收值以及比表面积，采用本方法较好处置了退役的风电叶片，达到废物资源化的目的。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种焙烧废弃风电叶片制备白炭黑的方法，其特征在于，所述方法将废弃风电叶片中的玻璃纤维制备成为白炭黑，具体包括以下步骤：
（1）将废弃风电叶片粉碎至粒度≤80目，得到粉碎料；
（2）将步骤（1）得到的粉碎料与焙烧剂混合，然后在650-950℃下焙烧2-12h，得到焙烧渣，将所述焙烧渣粉碎至粒度≤100目；其中，所述焙烧剂为钠源和/或钾源；
（3）将步骤（2）得到的物料与碱性溶液混合后进行反应，然后过滤得到滤渣和滤液，对所述滤渣进行洗涤，得到洗涤滤液，将所述滤液与所述洗涤滤液混合，得到混合液；
（4）采用酸性溶液将步骤（3）得到的混合液的pH值调节至7-9.5，然后陈化4-84h，接着过滤；
（5）将步骤（4）得到的滤渣与乙醇混合后进行搅拌，然后静置1-10h，接着过滤，将得到的滤渣在50-105℃下烘干，得到白炭黑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述粉碎料与所述焙烧剂的重量比为1:0.5-4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述焙烧的温度为700-900℃，所述焙烧的时间为4-10h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述碱性溶液的浓度为1-30重量%。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述碱性溶液与所述粉碎料的液固比为5-30mL/g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述反应的时间为30-90min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述酸性溶液的浓度为0.02-4mol/l。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述乙醇与所述粉碎料的液固比为3-15mL/g。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述搅拌的时间为0.5-5h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述静置的时间为2-5h。
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2022
- 2022-11-14 CN CN202211417676.1A patent/CN115709998B/zh active Active
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|---|
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Also Published As
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