CN1398811A - 制备可流动料浆的加工助剂 - Google Patents

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CN1398811A CN 01140760 CN01140760A CN1398811A CN 1398811 A CN1398811 A CN 1398811A CN 01140760 CN01140760 CN 01140760 CN 01140760 A CN01140760 A CN 01140760A CN 1398811 A CN1398811 A CN 1398811A
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Abstract

一种制备可流动料浆的方法,包括将25-70重量%的水;一种选自生产氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱性材料;与一种选自蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂相混合,从而形成可流动的料浆。此料浆特别适用于水泥的生产中。

Description

制备可流动料浆的加工助剂
本发明涉及一种制备可流动料浆的方法,包括将选自制造氯硅的副产品、直接法残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱性材料,可选择的粘土,大约25到70重量%的水与选自蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂相混合形成可流动料浆。该方法是一种使水泥生产的碱性原料再循环的经济的和合乎环境要求的特别有效的方法。
在本领域中大家熟知波特兰水泥的制备方法。波特兰水泥是一种水硬性水泥,其特征在于能够在水中凝结和硬化。波特兰水泥通常是这样制造的:将合适的原材料与水混合,在适当的温度下煅烧形成熟料,然后将所得到的熟料粉磨到与水反应硬化所需要的细度。该煅烧工序形成一种细小的碱性微粒副产品,叫做水泥窑灰尘,其难于再循环。水泥窑灰尘一般包括大约1-3重量%或以上的水泥生产作业中的上述产品。
由上述方法得到的波特兰水泥主要由硅酸三钙和硅酸二钙组成。这两种材料主要来源于下列两种原材料:一种是富钙材料,例如石灰石、白垩、泥灰土、牡蛎或蛤壳;而另一种是富二氧化硅材料,例如粘土、页岩、沙子或石英。
Bunce等人在US5,374,310中教导了使用由氯硅副产品水解得到的含硅产品作为水泥生产的材料。然而,当将这种材料加入到粘土浆中用于水泥生产时,特别是当使用少量的水时,将形成浓稠的不可流动料浆,这妨碍了进一步的下游处理。
使用其它的碱性材料例如其它的生产氯硅的副产品和水泥生产中的水泥窑灰尘也是有用的。令人遗憾的是这些材料也具有下列缺点:它们形成难于处理的稠浆,除非使用大量的水。
本发明人现在已经发现:通过将这种碱性材料的料浆与选自蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的某些加工助剂混合可以保持该料浆的可流动性。
本发明涉及一种制备可流动料浆的方法,包括:
25-70重量%的水;
选自制造氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱性材料的碱性材料;
可选择的粘土;以及
选自蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂相混合形成可流动料浆。
本发明也涉及一种可流动料浆,包括:
25-70重量%的水;
选自制造氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱性材料;以及
选自蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂。
本发明涉及一种制备可流动料浆的方法,其中该料浆含有一种碱性材料、一种加工助剂、可选择的粘土和水。当该碱性材料和可选择的粘土与水混合时,该加工助剂防止了形成稠浆。
此处有用的碱性材料包括生产氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物。
“生产氯硅的副产品”来源于由制备氯硅的制造过程。典型的氯硅制造过程是硅金属与氯代甲烷反应形成甲基氯硅烷,以及硅金属与氯化氢反应形成氯硅烷。令人遗憾的是这些工序产生了许多需要处理的不受欢迎的副产品和废液。
这些副产品和废液常常呈酸性,因此在使用之前常常需要中和。在US5,000,934中描述了这种中和法的一个例子,其中源于卤化物与硅金属反应的废床(spent bed)需要用强碱在高温下中和。该参考文献引入本文以供参考。由例如这些或其它处理副产品的方法产生的金属盐,和由本领域普通技术人员已知的氯硅生产过程产生的其它附带的金属盐,通常将这些金属盐收集,以避免排放到环境中,而且可以用于本发明的方法中。
用于本发明方法的副产品的一种具体例子包括在净化来自生产氯硅的废水的过程中,由金属氢氧化物沉淀而产生的副产品。
由这些方法得到的副产品可以包括:金属氧化物,例如CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、SO3、TiO2、P2O5、SrO、BaO和Mn3O4。实际组成对本发明来说并不是至关重要的,前一段落的例子中的副产品的典型化学细成可以包括:0-30重量%的CaO、0-35重量%的SiO2、0-5重量%的Al2O3、0-4重量%的Fe2O3、0-8重量%的MgO、0-1重量%的K2O、0-0.5重量%的Na2O、0-1重量%的SO3、0-1重量%的TiO2、0-0.1重量%的P2O5、0-0.1重量%的SrO、0-0.1重量%的BaO、0-0.5重量%的Mn3O4和0-30重量%的水。
对本发明有用的另一种碱性材料是直接法的残余凝胶。在US4,408,030和5,374,310中描述了这种材料的例子,此处引入作为参考。这些参考文献描述了由硅金属与氯代甲烷反应制备氯硅烷(‘直接法’)的副产品形成凝胶。该凝胶由各种各样的这些氯硅副产品的水解形成,例如,此副产品包括硅烷、乙硅烷、二硅氧烷、硅烷低聚物、硅氧烷低聚物、硅亚苯基树脂和硅亚烷基树脂。此水解发生在上述专利中描述的水介质中,此水介质可包括添加剂例如HCl和/或CaCl2
此凝胶的典型组成含有水、CaCl2和水解作用的水解产物。
也可用作本发明碱性材料的是其它富钙材料,例如水泥窑灰尘,如上所述,这是一种在波特兰水泥生产过程中产生的副产品。波特兰水泥通常是这样制造的:将合适的原料与水混合,在适当的温度下煅烧形成熟料,然后将所得到的熟料粉磨到与水反应硬化所需要的细度。煅烧工序产生细小的碱性微粒、水泥窑灰尘。而对于本发明来说,实际组成不是至关重要的,水泥窑粉尘的典型化学组成为大约15-55重量%的CaO、10-35重量%的SiO2、2-10重量%的Al2O3、1-6重量%的Fe2O3、1-11重量%的MgO、0.2-2重量%的K2O、0.05-1.0重量%的Na2O和0.1-2重量%的SO3
一般地加入到本发明料浆中的碱性材料的数量,如果料浆中存在粘土时最高可达大约40重量%(基于料浆的总重量),而如果料浆中没有粘土时最高可达大约65%。通常碱性材料的用量,当料浆中存在粘土时不超过大约30重量%,或优选为,大约为1到30重量%(基于料浆的总重量),而当料浆中没有粘土时不超过大约60重量%,或优选为,大约为0.1到60重量%。显然,较小的含量也在本发明的范围内。
用于本发明的加工助剂选自:蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物。这些材料在本领域中都是已知的,且市场上可容易买到的。该材料优选选自:蔗糖、木质素、果糖及其混合物。应该注意:使用这些加工助剂的前体和含这些加工助剂的组合物也在本发明的范围之内。
用于本发明中的加工助剂的含量取决于使用的其它组分(即使用的碱性材料、粘土和水)及其含量。然而,加工助剂通常的用量为大约0.02到大约10重量%,优选为大约0.02到大约5重量%(基于料浆的重量)。优选为,加工助剂的量是在大约0.05到1重量%的范围内。
本发明的料浆也可以含有粘土。由于粘土料浆是水泥生产的一种原料,并且将碱性材料引入到粘土料浆中是一种将碱性材料引入水泥生产过程中的便利方法,所以其中常常包含粘土。而对于本发明来说,此处利用的粘土类型不是至关重要的,典型实例包括:含有悬浮在水中的硅酸镁铝的蒙脱土,通常为大约25-65%蒙脱土悬浮在水中。这样的粘土悬浮液是市场上可买到的。然而,在这里也可以使用其它的粘土。
如果使用粘土,通常加入到本发明料浆中的粘土量大约为1-65重量%的粘土固体,常常高于大约40重量%,优选高于大约45重量%,这些都是基于料浆中粘土固体的总重量。
水也是料浆的一个组分。一般地,它在料浆中的含量为大约25到大约70重量%,优选为大约30到大约55重量%(基于料浆的重量)。可以使用高于70%的含量,但是在煅烧过程中需要除去的水量将变得太大,以致于由于燃料成本原因,从经济上阻止了它的汽化。
应该注意:上述碱性材料可以补充波特兰水泥的所有的或仅仅一部分钙和二氧化硅的需要量。因而,其它的碱性的含钙和/或二氧化硅的材料可以加入到本发明中。
对于本发明来说,组分的混合顺序和方法不是至关重要的。例如,可以同时混合料浆的所有组分。换句话说,即使在形成稠浆之后,加工助剂也可以与水、碱性材料和可选择的粘土的混合物混合。同样地,碱性材料和可选择的粘土可以与加工助剂的水溶液混合。
可以按常规的混合技术和用常规的混合设备,例如,棒磨机、碾磨机、碾泥机、其它单轴式混合器或多轴式混合器混合这些材料,但是不局限于此。
当本发明的加工助剂加入到此处描述的材料的料浆中时,该料浆保持可流动性,因而具有在水泥制造过程中的可加工性。因此,不仅大大节约了水泥生产中的原材料成本,而且此方法消除了与处理水泥窑灰尘有关的成本,并且它提供了再循环与氯硅烷制造过程有关的废物的方法。
本发明也涉及一种生产波特兰水泥的方法,包括:煅烧上述料浆形成熟料;
然后将所得到的熟料粉磨到与水反应硬化所需要的细度。
提供下列实施例以举例说明本发明。这些实施例不应该认为是对权利要求书范围的限制。
实施例1.
将50克35重量%的蒙脱土在水中的悬浮液放入玻璃瓶中,并将此样品与2.5克的CaO掺混。手动摇动瓶里面的物质大约1-2分钟,直到粘土料浆变浓成为不可流动的料浆。将蔗糖(上述混合物的0.06重量%)加入到该瓶中,并搅拌瓶里面的物质,不可流动的料浆成为可流动的料浆。
实施例2.
除了改变加工助剂和加工助剂的含量外,按照实施例1的方法进行。被加到粘土料浆中的加工助剂、加工助剂的量以及在加工助剂加入之后粘土料浆的流动特性示于表1中。
使用下列方法进行表1中的流动性测量:
使用带有夹钳的铁环架以三十度角固定用聚四氟乙烯纸覆盖的大小为10英寸11英寸纤维切板(cutting board)。使用带子标记出离该板底部15厘米的距离。将收集盘置于该切板的底部。记录室温。为了一致性,室温应该在68-72°F之间。
将该样品混合好并称重。将样品迅速地倒在用带子标记的15厘米处的聚四氟乙烯表面上,同时开始计时。1分钟之后移去收集盘,并称重回收的样品数量。然后计算回收样品的百分比。
表1
加工助剂 流动特性
重量% 1.0 0.5 0.25 0.13 0.06  0.03
蔗糖 可流动、似水的 可流动、似水的 可流动、似水的 可流动、接近似水的 稠浆、可流动 不可流动的料浆
D(+)-蜜三糖 可流动、似水的 可流动、似水的 可流动、似水的 可流动、接近似水的 稠浆、仍可流动 稠浆、最小流动
木质素 可流动、似水的 可流动、似水的 可流动、似水的 稠浆、仍可流动 稠浆、仍可流动 稠浆、仍可流动
(NaPO3)n 稠浆、仍可流动 可流动、似水的 可流动、似水的 稠浆、最小流动 不可流动的料浆 不可流动的料浆
甲基-α-D-吡喃葡糖苷 可流动、似水的 可流动、似水的 稠浆、最小流动 不可流动的料浆 —— ——
D(+)海藻糖 可流动、似水的 可流动、似水的 稠浆、最小流动 不可流动的料浆 —— ——
α-乳糖 可流动、似水的 可流动、似水的 稠浆、仍可流动 稠浆、最小流动 不可流动的料浆 ——
D(-)果糖 非常稀、可流动、似水的 非常稀、可流动、似水的 可流动、似水的 稠浆、仍可流动 稠浆、最小流动 不可流动的料浆
表中注解
“可流动的,似水的”(非常稀)=在开始测量前流出夹具
“可流动的、似水的”=在10秒或10秒以内移动4英寸
“可流动的,接近似水的”=在10秒移动3.0-3.9英寸
“稠浆,仍然流动”=在10秒移动1.0-2.9英寸
“稠浆,最小流动”=在10秒移动0.1-0.9英寸
“不可流动的料浆”=在10秒钟内不流动
实施例3.
将50克35重量%的蒙脱土在水中的悬浮液放入玻璃瓶中,并将此样品与10重量%氯硅生产的副产品掺混。手动摇动瓶里面的物质大约1-2分钟,直到粘土料浆变浓成为不可流动的料浆。将蔗糖(混合物的0.25重量%)加入到该瓶中,并搅拌瓶里的物质。如表1限定的该不可流动的料浆恢复成可流动的似水粘土料浆。
实施例4.
将50克35重量%的蒙脱土在水中的悬浮液放入玻璃瓶中,并将此样品与掺有蔗糖(最终混合物的0.25重量%)的氯硅生产的副产品(10重量%)混合。手动摇动瓶里面的物质大约1-2分钟,如表1中所限定的该粘土泥浆保持可流动的和似水的。
实施例5.
将生产氯硅的副产品(10重量%)加入到装有35重量%的蒙脱土在水中的悬浮液(其中掺有0.25重量%的蔗糖)的瓶中。手动摇动瓶里面的物质大约1-2分钟,并且如表1所限定的该粘土料浆保持可流动的和似水的。
实施例6.
用水和如表2所列的其他材料制备碱性材料料浆形式的各种各样的混合物。制备63重量%粘土在37重量%水中的悬浮液以摹拟水泥窑原料。在表2中(和水泥工业上)此材料被命名为“粘土泥浆(clay slip)”。将组分与蔗糖加工助剂的含量(以混合物的重量百分数表示)按照表2所示的比例混合。将这些组分混合在一起,并注入带有孔口出口塞的福特粘度杯(Ford Viscosity Cup)中。打开出口,并将该材料从杯子中排出到下面的容器中。记录杯子中的物质排出所需要的时间。使用福特粘度杯所对的图表使每个杯子的排放时间与混合物的粘度(厘沲,cSt)相互关联。福特杯(商品目录VG-7200系列,可以从BYK Gardner获得)是一种具有锥形底体积大约为100ml的圆筒形容器。孔口位于圆筒底部的中心。有三个底部孔口尺寸不同的福特粘度杯,并且每个杯子校准至符合NIST-示踪油(traceable oils)。(两个不同的杯子,#2和#3,用于实施例6),在碱性材料含量足够低的每个混合物中,加工助剂能够使混合物粘度从不可流动或高粘度降低到较低的粘度。
表2
各种加工助剂浓度下粘度的测量
混合物中的组份 比例 加工助剂的含量(重量%) 福特粘度杯数 粘度(cSt)
粘土泥浆 0.00% 3 <27
粘土泥浆/滤饼 80/20 0.00% 3 77
粘土泥浆/滤饼 70/30 0.00% 3 不流动
0.10% 3 不流动
0.25% 3 59
0.50% 3 47
0.75% 3 <47
1.00% 3 <47
粘土泥浆/滤饼 60/40 0.00% 3 不流动
0.10% 3 不流动
0.25% 3 不流动
0.50% 3 100
0.75% 3 77
1.00% 3 68
CKD/水 70/30 0.00% 3 不流动
0.10% 3 不流动
0.50% 3 不流动
0.75% 3 不流动
1.00% 3 不流动
CKD/水 60/40 0.00% 3 不流动
0.03% 3 124
0.10% 3 102
0.30% 3 84
0.50% 3 77
0.75% 3 73
1.00% 3 77
粘土泥浆/CKD 70/30 0.00% 3 不流动
0.03% 3 61
0.10% 3 47
0.50% 2 27
0.75% 2 <26
1.00% 2 <26
粘土泥浆/CKD 60/40 0.00% 3 不流动
0.10% 3 >220
0.50% 3 >220
0.75% 3 >220
1.00% 3 >220
“粘土泥浆”是水基粘土料浆。它的含水量是37%。
“滤饼”是一种在压滤下经脱水的生产氯硅的副产品。此材料含有大约47%的水。
“CKD”是水泥窑灰尘。
“福特粘度杯”是用于粘度测量的购买的设备(底部有孔的校准杯)。
“cSt”是厘沲,粘度单位。

Claims (10)

1.一种制备可流动料浆的方法,包括:
将25-70重量%的水;
一种选自生产氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱生材料,以及
一种选自:蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂相混合,从而形成可流动的料浆。
2.根据权利要求1的方法,其中该加工助剂选自:蔗糖、木质素、果糖及其混合物。
3.根据前面的权利要求任何一个的方法,其中将粘土也混合到料浆中。
4.根据前面的权利要求任何一个的方法,其中加工助剂的量为0.02到10重量%。
5.根据前面的权和要求任何一个的方法,其中加工助剂的量为0.05到1重量%。
6.根据前面的权利要求任何一个的方法,其中碱性材料的量不超过65重量%。
7.根据权利要求3的方法,其中粘土的量为1到65重量%。
8.一种可流动的料浆,包括:
25-70重量%的水;
一种选自制造氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱性材料;和
一种选自:蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂。
9.一种制备可流动料浆的方法,该料浆含有水和一种选自生产氯硅的副产品、直接法的残余凝胶、水泥窑灰尘及其混合物的碱性材料,其改进之处在于:加入了一种选自蔗糖、蜜三糖、木质素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸钠、海藻糖及其混合物的加工助剂。
10.一种生产波特兰水泥的方法,包括:
将权利要求8的料浆煅烧成熟料;
然后将所得到的熟料粉磨到与水反应硬化所需要的细度。
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