CN117069392A - 一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法。该方法包括以下步骤：将单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰和活化剂混合均匀，得到混合料；将混合料在600～900℃下进行煅烧，得到生石灰。本发明以单氰胺渣为主要原料，协同其他固废材料，并掺加活化剂混合，再经特定的煅烧工艺制备出符合建材行业标准JC/T 621‑2021《硅酸盐建筑制品用生石灰》Ⅱ级性能要求的生石灰；同时，本发明显著的提高了产品合格率及产率，改善了产品性能稳定性。采用本发明的方法可以高附加值利用单氰胺渣，将其变废为宝，为单氰胺废渣的再利用及生石灰的制备提供一种经济有效的途径，解决固体废渣堆积及过度开采自然资源带来的环保问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业固废再利用技术领域，尤其是涉及一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法。
背景技术
单氰胺渣是生产单氰胺产品时产生的废渣，经真空抽滤获得。因目前还没有更高价值利用途径，基本处置措施为填埋、焚烧等，但以上方式均对土壤及环境带来一定的污染。据统计，单氰胺渣每年产生量约16万吨左右，如不及时处理，将严重影响生态环境。目前关于单氰胺渣的再利用研究集中在作为原材料用于制备陶瓷方面。
生石灰，又称烧石灰，主要成分为氧化钙(CaO)，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。生石灰大量用做建筑材料，也是许多工业的重要原料，可制造电石、纯碱、漂白粉等，还可用作填充剂、分析试剂、冶金助熔剂、水泥速凝剂、荧光粉的助熔剂、耐火材料、干燥剂等，用途极其广泛。通常生石灰的制备方法为将主要成分为碳酸钙的天然岩石在高温下煅烧，即可分解生成二氧化碳以及氧化钙。但这种方式会导致对自然资源(天然岩石)过度开采的问题。
目前也有针对固废材料制备氧化钙的方法的相关研究，但对固废材料制备硅酸盐制品专用生石灰及其在加气混凝土中的应用分析方面均未有相关深入研究。例如，中国专利CN 102795651 A公开一种利用双氰胺废渣直接生产粉末氧化钙的方法，该方法生成的氧化钙为含量86％，但其仅为工业用氧化钙指标中的其中一项指标，且氧化钙含量与消化指标、吸水性等其他指标并无一定的关系，该专利中也未对消化指标、吸水性等指标进行检测，无法确定制备的产品是否达到硅酸盐建筑制品用Ⅱ级石灰性能要求。硅酸盐建筑制品生产过程中，需要石灰粉消化过程提供大量的热量，纯度越高，产生的热量越高，故对生石灰的纯度有一定的要求；且在满足生产需求及产品质量的前提下，纯度越高，原材料有效成分越高，掺加量越少，在一定程度上可降低配比成本。在蒸压加气混凝土制品生产中，要求发气速度与稠化硬化速度相一致，形成的气孔结构会更饱满更均匀，从而使产品的导热系数更低，干密度越低，故对生石灰的消化速度及消化温度指标有一定的要求，若消化速率太慢，稠化速度跟不上发气速度，气孔结构破坏，产品出现塌模现象；生石灰中氧化镁含量高，容易出现产品后期膨胀，使产品出现膨胀裂纹；生石灰的吸水性直接影响稠化速度，影响产品内部气孔结构，未消化残渣高，代表生石灰吸水性差，直接影响产品各项性能；生石灰中二氧化硅含量的高低直接影响产品中最终产物水化硅酸钙的生成，影响产品抗压强度指标，故需控制二氧化硅含量。
从以上指标要求及作用看，现有技术得到的生石灰仅对氧化钙指标进行检测，对于下游硅酸盐建筑产品应用需求是远远不够的，而本专利一方面制备出转化率高、性能稳定的生石灰，另一方面保证硅酸盐建筑制品用Ⅱ级石灰性能要求，满足下游产品指标需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，解决现有技术中由固废材料制备出的氧化钙消化指标低、放热慢且少、吸水性差，达不到硅酸盐建筑制品用Ⅱ级石灰性能要求的技术问题。
本发明提供一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，包括以下步骤：
将单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰和活化剂混合均匀，得到混合料；
将上述混合料在600～900℃下进行煅烧，得到生石灰。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明以单氰胺渣为主要原料，协同其他固废材料，并掺加活化剂混合，再经特定的煅烧工艺制备出符合建材行业标准JC/T 621-2021《硅酸盐建筑制品用生石灰》Ⅱ级性能要求的生石灰；同时，本发明通过对单氰胺渣共混改性制备生石灰，显著的提高了产品合格率及产率，改善了产品性能稳定性。采用本发明的方法可以高附加值利用单氰胺渣，将其变废为宝，为单氰胺废渣的再利用及生石灰的制备(减少天然岩石开采)提供一种经济有效的途径，解决固体废渣堆积及过度开采自然资源带来的环保问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，包括以下步骤：
S1、将单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰和活化剂混合均匀，得到混合料；
S2、将上述混合料在600～900℃下进行煅烧，得到生石灰。
生石灰是由碳酸钙经煅烧制备而来，但单氰胺渣中的碳酸钙含量仅为60％以下，单独以其为原料制备的生石灰难以达到硅酸盐建筑制品用生石灰标准要求中氧化钙含量、消化速率、吸水性等指标。为稳定生石灰质量，提高合格率、产率，本发明将单氰胺渣与建材破碎料、粉煤灰进行混合，并掺加活化剂，经过600～900℃的煅烧工艺，提高分解转化率，调节消化速率，降低未消化残渣占比，提高氧化钙成品率，降低单氰胺渣低钙对最终产品质量稳定性的影响，解决了因原材料有效氧化钙成分低而导致的成品产率低、品质差的技术问题，且有效稳定产品品质及满足下游应用需求。
本实施方式中，单氰胺渣占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的30％～85％，包括但不限于为30％、40％、45％、50％、60％、70％、80％、85％等；建材破碎料占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的10％～50％，包括但不限于为10％、20％、30％、40％、50％等；粉煤灰占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的5％～20％，包括但不限于为5％、10％、15％、20％等；活化剂占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的0.2％～1％，包括但不限于为0.2％、0.3％、0.5％、0.8％、1％等。
本发明通过将建材破碎料与单氰胺渣以一定比例互掺，再经过特定的煅烧工艺，使氢氧化钙脱水生成氧化钙，硅酸钙分解成氧化钙和二氧化硅，碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳，可大大提高产物中氧化钙含量，提高产率，相关反应如下：
CaSiO3＝＝＝CaO+SiO2；
CaCO3＝＝＝CaO+CO2。
同时，因硅酸盐建筑制品用生石灰性能指标要求了二氧化硅含量，故此处为满足产品标准中二氧化硅含量要求，对原材料组分占比及配比进行了大量的深入研究及数据调控，最终达到控制指标要求。
此外，本发明通过掺加一定比例的粉煤灰，提高了混合物在煅烧过程中的分散效果，因粉煤灰微观结构由无数个玻璃微珠球体组成，其流动性及分散效果极好，掺加粉煤灰后的混合物煅烧分解更加充分，使原材料转化率更高，产品氧化钙含量更高、更稳定，进而提高产品合格率及产率。粉煤灰最佳掺加比例5％～20％，若掺量过低，达不到粉煤灰分散效果；若掺量过高，则会降低整体原材料中总钙量，影响煅烧后产品品质。
本实施方式中，建材破碎料的主要成分包含水泥水化产物硅酸钙、氢氧化钙、碳酸钙小颗粒等。例如，建材破碎料可以为建筑破碎废料、石子破碎废料、人工石材破碎料中的一种或多种混合物，本发明对此不作限制。
本实施方式中，单氰胺渣的主要化学成分质量百分比为：碳酸钙50％～60％、碳5％～10％、氮1％以下；建材破碎料的主要化学成分质量百分比为：钙50％～90％、硅20％～30％、铝10％～20％、铁2％～5％；粉煤灰的主要化学成分质量百分比为：钙40％～50％、硅10％～20％、铝30％～40％、铁2％～5％。
在本发明的一些具体实施方式中，单氰胺渣的主要化学成分质量百分比为：碳酸钙55％～60％、碳8％～10％、氮0.5％以下；建材破碎料的主要化学成分质量百分比为：钙50％～70％、硅20％～25％、铝10％～15％、铁2％～3％；粉煤灰的主要化学成分质量百分比为：钙45％～50％、硅15％～20％、铝35％～40％、铁2％～3％。
本实施方式中，活化剂为硬脂酸、木质素中的一种或多种混合物。单氰胺渣自身含水率高，故对煅烧工艺要求高、能耗高，经活化改性后，提高碳酸钙自身疏水能力，可有效降低能耗，提高碳酸钙煅烧转化率。
本实施方式中，煅烧的条件为：常压状态下煅烧，平均升温速率5～10℃/min，包括但不限于为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min等；最高煅烧温度为600℃～900℃，包括但不限于为600℃、700℃、800℃、900℃等；保温时间0～10min，包括但不限于为0min、2min、4min、6min、8min、10min等。
为避免赘述，本发明以下各实施例和对比例中，部分原料总结如下：
单氰胺渣的主要化学成分质量百分比为：碳酸钙57％、碳9％、氮0.4％；建材破碎料的主要化学成分质量百分比为：钙60％、硅25％、铝10％、铁2.0％；粉煤灰的主要化学成分质量百分比为：钙47％、硅15％、铝35％、铁2.1％。
实施例1～4和对比例1～3
一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，包括以下步骤：
(1)将单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰和活化剂按比例在混料机中混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料输送至回转窑中，在常压状态下进行煅烧，得到生石灰；其中，不同实施例和对比例的原料比例和煅烧条件见表1。
表1不同实施例和对比例的原料比例和煅烧条件
试验组1
对上述实施例和对比例所得不同生石灰进行性能测试，测试结果见表2。其中，消化速度、消化温度按JC/T 621-2021标准中附录A测试；A(CaO+MgO)、MgO、SiO2按GB/T 5762标准测试；未消化残渣按JC/T478.1-2013第8章进行测试。
表2不同生石灰的性能测试结果
通过表2可以看出，本发明通过调整单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰的配比成功制备出转化率高、性能稳定的生石灰，同时能够保证硅酸盐建筑制品用Ⅱ级石灰性能要求，满足下游产品指标需求。
试验组2
按照以下蒸压加气混凝土砌块的制备工艺和表3的配比采用上述不同实施例和对比例的石灰粉制备蒸压加气混凝土砌块，并对上述不同蒸压加气混凝土砌块注按照GB/T11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》标准进行性能测试，测试结果见表4。
其中，蒸压加气混凝土砌块的制备工艺为：
(1)原材料制备：粉煤灰制浆备用，石灰块磨细备用，水泥入罐备用，铝粉膏制备水溶液备用，石膏制浆备用；
(2)配料浇注：各原材料按表3配比比例称量后加入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间1.5～2min，浇注温度控制40±2℃，经气泡整理机整理后进预养室；
(3)静停预养：控制预养室内温度50℃，预养时间150min，完成坯体的发气稠化硬化过程；
(4)切割静停：预养护结束(即坯体达到一定的强度)后经脱模、切割去皮后得到具有一定规格的坯体，再将坯体经摆渡车编组进入釜前静养室；切割后的坯体进入釜前静养室等候入釜，室内温度50℃，定期洒水，进行150min的釜前养护；
(5)蒸压养护：
A、抽真空阶段：由静养室进入蒸养釜，关闭釜门及各阀门后启动真空泵，30min抽真空至-0.050MPa以下，关闭真空泵开始通蒸汽升温；
B、升温升压阶段：以20～25℃/h的速度均匀使蒸压釜内温度匀速升至185～190℃；此时压力随着温度逐渐由负压升至1.10～1.20MPa；
C、恒温恒压阶段：保持步骤B中温度、压力，保温保压6小时；
D、降温降压阶段：保压时间结束后关闭蒸汽阀门，以30～40℃/h的速度使温度降到100℃以下，且釜内压力为0MPa后开启釜门，将产品从釜内拖出，此时高温高压蒸汽养护过程完成。
(6)掰板检测：经高温高压蒸汽养护后出釜取样检测，掰板打包入库，分级堆放，自然养护10天后即得成品。
表3蒸压加气混凝土砌块B05 A3.5等级制备配比及工艺
表4不同蒸压加气混凝土砌块B05 A3.5等级测试结果
通过表4可以看出，本发明实施例1～4制备的生石灰均能够满足蒸汽加压混凝土制品专用生石灰的需求。
综上，本发明通过对各物料组分进行深入研究，同时利用各物料的优势特点，以单氰胺渣为主要原材料协同其他固废材料，经过表面活化、高温煅烧制备高品质氧化钙，使产品性能指标更加稳定，显著提高了生石灰合格率，使其产率提高了一倍以上，同时减少能源消耗；本发明所制备的生石灰符合建材行业标准JC/T 621-2021《硅酸盐建筑制品用生石灰》Ⅱ级性能要求，且性能指标稳定，可以满足下游制品需求，已经应用实验得到验证。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰和活化剂混合均匀，得到混合料；
将所述混合料在600～900℃下进行煅烧，得到生石灰。
2.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述单氰胺渣占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的30％～85％。
3.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述建材破碎料占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的10％～50％。
4.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述粉煤灰占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的5％～20％。
5.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述建材破碎料为建筑破碎废料、石子破碎废料、人工石材破碎料中的一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述单氰胺渣的主要化学成分质量百分比为：碳酸钙50％～60％、碳5％～10％、氮1％以下；所述建材破碎料的主要化学成分质量百分比为：钙50％～90％、硅20％～30％、铝10％～20％、铁2％～5％；所述粉煤灰的主要化学成分质量百分比为：钙40％～50％、硅10％～20％、铝30％～40％、铁2％～5％。
7.根据权利要求6所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述单氰胺渣的主要化学成分质量百分比为：碳酸钙55％～60％、碳8％～10％、氮0.5％以下；建材破碎料的主要化学成分质量百分比为：钙50％～70％、硅20％～25％、铝10％～15％、铁2％～3％；粉煤灰的主要化学成分质量百分比为：钙45％～50％、硅15％～20％、铝35％～40％、铁2％～3％。
8.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述活化剂为硬脂酸、木质素中的一种或多种混合物。
9.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述活化剂占单氰胺渣、建材破碎料、粉煤灰总质量的0.2％～1％。
10.根据权利要求1所述利用单氰胺渣为主要原料制备生石灰的方法，其特征在于，所述煅烧的条件为：常压状态下煅烧，平均升温速率5～10℃/min，最高煅烧温度为600℃～900℃，保温时间0～10min。
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