CN1517321A - 利用钾长石生产矿物聚合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用钾长石生产矿物聚合材料的方法。该方法是将富钾岩石经破碎、选矿，得到以钾长石为主要物相的粉体。用该粉体与碳酸钠或碳酸钾混合后，在700℃－850℃下煅烧，将熟料粉体与水按1∶4－12的重量比搅拌混合成胶体溶液，再通入CO2进行酸化中和反应，形成偏铝硅酸盐沉淀，经过滤后与高浓度氢氧化钠或氢氧化钾溶液均匀混合，形成偏铝硅酸盐溶胶，再与粉煤灰、高炉炉渣、煤矸石、矿山尾矿等工业废渣和少量高岭土配料混合，经搅拌、成型、固化，即制得矿物聚合材料。过滤得到的澄清含钾溶液可用于制备优等纯碳酸钠和电子级碳酸钾。本发明工艺设计合理，工艺流程简单，生产成本低廉，生产过程符合“清洁生产”的环保要求，原料来源广泛，便于实施推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用钾长石生产矿物聚合材料的方法。
背景技术
矿物聚合材料是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料。这类材料多以工业固体废物或天然铝硅酸盐矿物为主要原料，与高岭土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在室温至120℃的低温条件下成型硬化，是一类由铝硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料。由于国外制备矿物聚合材料，除以工业固体废物或铝硅酸盐矿产品为主要原料外，配料还需高岭土(约1/3)、工业硅酸钠(钾)水玻璃和氢氧化钠(钾)。因而成本较高，不易实施推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用钾长石生产矿物聚合材料的方法。本发明工艺设计合理，工艺流程简单，无“三废”排放，成本低廉，原料来源广泛，便于推广实施。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，该方法包括下述步骤：
(1)原料煅烧步骤：将钾长石粉体与碳酸钠或碳酸钾按1∶0.8-1.6的重量份数均匀混合后粉磨，在煅烧炉中于700℃-850℃条件下进行煅烧，煅烧时间至少0.5h；
(2)制备溶胶步骤：将煅烧后的熟料粉体与水按1∶4-12的重量份数置于反应釜中充分搅拌混合，并通入CO2进行酸化中和，至溶液的pH值为8-9时为止，然后过滤得到硅铝质滤渣，向该滤渣中加入氢氧化钠或氢氧化钾溶液，并进行充分搅拌，即制得一种偏铝硅酸盐溶胶；
(3)配料混合步骤：将高岭土与工业废渣粉磨、搅拌后，加入上述的偏铝硅酸盐溶胶中，搅拌均匀，即制得混合砂浆，固化后而成矿物聚合材料。
本发明是采用钾长石粉与Na2CO3混合，经中温焙烧，反应产物为NaAlO2、KAlO2、Na2SiO3，正是制备矿物聚合材料的必需成分，可用以取代大部分高岭土、硅酸钠(钾)水玻璃和氢氧化钠(钾)。采用本发明的方法制备的矿物聚合材料。与国外制备同类材料的工艺相比，其主要改进之处是，以钾长石粉或富钾岩石提钾后的硅铝质废渣来代替工业硅酸钠和大部分高岭土、氢氧化钠，从而使材料的生产成本进一步降低约25～35％。
在本发明中的原料煅烧步骤中，所述的煅烧时间优选为0.5-1.5h。
在本发明中的原料煅烧步骤中，所述的钾长石粉体是从富钾岩石中制得的，富钾岩石为富含钾长石的各种岩石，包括钾长石岩、富钾火山岩、霞石正长岩、伟晶岩、富钾页岩和富钾板岩中的一种或几种。富钾岩石经破碎，采用常规方法如重选等方法选矿，得到钾长石含量＞80％的粉体，要求粉体粒度为-200目。
在本发明中的原料煅烧步骤中，碳酸钠或碳酸钾为工业级碳酸钠或碳酸钾。使用的水为普通自来水。
在本发明中的原料煅烧步骤中，钾长石粉体与碳酸钠或碳酸钾粉磨的粒度为-200目。
在本发明中的配料混合步骤中，所述的高岭土与工业废渣粉磨是按照固/液比为3-5的重量比加入上述的偏铝硅酸盐溶胶中。
在本发明中的配料混合步骤中，高岭土与工业废渣的重量份数之比为1∶3-6。
在本发明中的配料混合步骤中，工业废渣为粉煤灰、高炉炉渣、煤矸石和矿山尾矿中的一种或几种。
在本发明中的配料混合步骤中，高岭土与工业废渣的颗粒粒径为50-200μm。
在本发明中的制备溶胶步骤中，氢氧化钠或氢氧化钾溶液浓度一般为9-11M，氢氧化钠或氢氧化钾与过滤所得硅铝质滤渣的重量比为1∶4-8，二者混合后所制得的胶体溶液的pH值≥14。在上述制备溶胶的步骤中，制备偏铝硅酸盐溶胶时，向硅铝质滤渣中加入高浓度氢氧化钠或氢氧化钾溶液；相应地可制得偏铝硅酸钠或偏铝硅酸钾溶胶。该二种溶胶分别用于生产具有不同理化性能的矿物聚合材料制品。
在本发明中的配料混合步骤的固化过程中，可在模具中装模成型、静置固化。其装模成型工序：将混合砂浆搅和物置于所需不同规格的模具中，并加以震捣或轻度加压成型，以改善试样的密实度。其静置固化工序：将上述试样置于室温至60℃条件下养护72h。试样脱模后再置于室温、大气环境中自然固化数天，即制得矿物聚合材料成品。在上述的装模成型工序中，可以根据实际使用的需要，将所述的矿物聚合材料制成无定型材料，在实际施工现场浇筑、震捣成型。
在本发明中的制备溶胶步骤中，熟料粉体加水浸取、酸化中和后，过滤得到硅铝质滤渣，而过滤得到的澄清溶液(含钾母液)是一种碳酸氢钠和碳酸氢钾的混合溶液，可采用常规化学方法和设备，经蒸发、结晶、分离、干燥，制取优等纯碳酸钠和电子级碳酸钾。碳酸钠可返回原料煅烧阶段，循环使用。
本发明的方法制备的矿物聚合材料，主要原料采用富钾岩石提取碳酸钾后的硅铝质废渣和包括有粉煤灰、高炉炉渣、煤矸石、矿山尾矿等的工业废渣，以及少量的氢氧化钠或氢氧化钾(≤6％)和高岭土(≤15％)。由富钾岩石制得钾长石粉，经中温焙烧得到焙烧熟料。
本发明的优点是：本发明是利用钾长石粉体与碳酸钠或碳酸钾为配料进行煅烧后的熟料，作为制备矿物聚合材料的主要原料，并通过煅烧熟料的浸取液酸化步骤得到富含Na2O或K2O的母液。本发明工艺设计合理、工艺流程简单、无“三废”排放，符合高效节能和“清洁生产”的环保要求。本发明的产品——矿物聚合材料可用作建筑结构材料，代替普通粘土砖和水泥制品；或用作有毒化合物或放射性废料的固封材料；也可用作结构部件和模具材料、各种防腐蚀材料等。副产品——含Na2O或K2O的母液可经蒸发、结晶、分离、干燥，制取碳酸钠和碳酸钾产品，作为煅烧原料循环使用。本发明原料来源广泛，工艺流程短，产品成本低，经济效益高，投资回收期短，便于实施推广。
附图说明
图1为本发明的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，原料为富钾岩石，经破碎、选矿后，得到富含钾长石的粉体。配料为碳酸钠或碳酸钾。钾长石粉体与配料充分混合后进入煅烧炉中进行煅烧。煅烧后的熟料粉体加入适量水，并进行充分搅拌，同时通入CO2进行酸化中和。过滤得到的硅铝质滤渣，再与氢氧化钠或氢氧化钾溶液相混合，经充分搅拌，即制得一种偏铝硅酸盐溶胶。将此溶胶与一定配比的粉煤灰、高炉炉渣、煤矸石、矿山尾矿等工业废渣相混合，充分搅拌后得到混合砂浆，成型后置于室温至60℃的环境下静置3-7天，即制得新型无机非金属材料——矿物聚合材料。过滤得到的母液经蒸发、结晶、分离、干燥，可制成碳酸钠和碳酸钾产品。原料煅烧过程和碳酸盐干燥过程中所产生的含有CO2的尾气可进行回收利用，用于对熟料浸取液的酸化。副产品碳酸钠和碳酸钾可作为煅烧配料，循环使用。
实施例1
如图1所示，将含钾长石＞80％粉体，要求粉磨至-200目，与碳酸钠或碳酸钾按1∶1.2的重量比混合，在煅烧炉中进行煅烧，煅烧的温度为800℃，煅烧时间为1h，得到灰白色至浅绿色半烧结熟料。与此同时，设在煅烧炉上方的气体回收装置，将煅烧过程中产生的含CO2的尾气回收，并通过洗涤塔除尘净化后回收利用。
上述熟料经粉磨后，再按照1∶10的重量比在反应釜中与水混合，并充分搅拌，同时通入CO2进行酸化，至溶液的pH值为8时为止，然后进行过滤。再将10M的氢氧化钠或氢氧化钾溶液与过滤得到的硅铝质滤渣按照1∶6的重量比相混合，充分搅拌后即得到一种偏铝硅酸盐溶胶。
将高岭土与含有粉煤灰、高炉炉渣、煤矸石的矿山尾矿工业废渣按照1∶4的重量比配料后置于球磨机中，粉磨至颗粒粒径为50-100μm；然后将该颗粒料置于搅拌机中，按照固/液比为4∶1的重量比加入上述的偏铝硅酸盐溶胶，并充分搅拌均匀，即制得混合砂浆。
将此混合砂浆搅和物置于模具中，并加以震捣或轻度加压成型，以改善试样的密实度。将制备得到的试样置于室温至60℃条件下养护72h。试样脱模后再置于室温、大气环境中自然固化数天，即制得矿物聚合材料成品。
实施例2
在实施例2中，焙烧工艺中采用了碳酸钠作为备烧配料来制备硅铝质滤渣；在制备溶胶的步骤中，制备偏铝硅酸盐溶胶时，向硅铝质滤渣中加入高浓度氢氧化钠溶液；在配料混合步骤中，将高岭土与粉煤灰按照1∶4的重量比配料。除上述的条件外，其余的工艺参数和实施例1相同。采用上述硅铝质胶体废渣和粉煤灰为主要原料，制备的矿物聚合材料的理化性能如下：
抗压强度：40～56MPa(烧结普通砖特级品：19.62MPa；GB5101-85)
耐酸性：94.31～99.997％(耐酸砖的质量标准：≥99.80wB％；GB8488-87)
耐碱性：99.92～99.994％(玻璃马赛克的质量标准：≥99.88wB％；GB7697-89)
体积密度：1.6～1.8g/cm3(建筑用承重砖密度：1.8～2.0g/cm3)
导热系数：约0.08～0.8W/m·℃
吸水率：6.0～16.0％(优等烧结砖的吸水率：不大于25％；GB/T2542-92)
摩氏硬度：约为4.5～6.0
本发明的矿物聚合材料是一种新型无机非金属材料，目前我国对其质量要求尚无相应的国家标准。按照其功能和用途，只能大致与烧结普通砖进行对比。矿物聚合材料是大量利用工业固体废物制备的一种低能耗的新型建筑结构材料，具有优异的性能，且制备工艺相对简单，因而具有良好的实际应用前景。
本发明的矿物聚合材料具有如下主要优点：
1、抗压强度高。由矿山固体废物制备的矿物聚合材料，抗压强度达40-56MPa，完全可满足建筑结构材料的要求。采用改进的工艺技术制备的矿物聚合材料，抗压强度可达60MPa以上，因而具有更为广泛的应用范围。
2、具有防火性。制备原料均为天然矿物原料，或各种工业废渣或矿山尾矿，因而材料具有良好的防火性能。
3、原料来源广，成本低廉。原料可采用各种硅铝质天然矿物原料或工业废渣、矿山尾矿，来源广泛，成本低廉。
4、可固化有毒废物。各种工业废渣或矿山尾矿制成矿物聚合材料以后，其中含有的有毒元素或化合物即被固化于材料内部。由于此类材料本身具有很强的耐酸碱侵蚀和耐气候变化的能力，因而不会对周围环境造成新的污染。
5、生产工艺简单，能耗极低。生产工艺流程一般为：原料粉体制备→配料→注模或半干压成型→静置固化→材料制品。材料固化温度一般维持在室温至60℃即可，因而其生产过程的能耗极低。
本发明的工艺方法可以大量消耗粉煤灰，配料中粉煤灰的用量高达55～70％。因此，本发明的工艺方法是一种大量、低成本消耗粉煤灰的生产工艺方法。
Claims (10)
1、一种利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(1)原料煅烧步骤：将钾长石粉体与碳酸钠或碳酸钾按1∶0.8-1.6的重量份数均匀混合后粉磨，在煅烧炉中于700℃-850℃条件下进行煅烧，煅烧时间至少0.5h；
(2)制备溶胶步骤：将煅烧后的熟料粉体与水按1∶4-12的重量份数置于反应釜中充分搅拌混合，并通入CO2进行酸化中和，至溶液的pH值为8-9时为止，然后过滤得到硅铝质滤渣，向该滤渣中加入氢氧化钠或氢氧化钾溶液，并进行充分搅拌，即制得一种偏铝硅酸盐溶胶；
(3)配料混合步骤：将高岭土与工业废渣粉磨、搅拌后，加入上述的偏铝硅酸盐溶胶中，搅拌均匀，即制得混合砂浆，固化后而成矿物聚合材料。
2、根据权利要求1所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：所述的原料煅烧步骤中，煅烧时间为0.5-1.5h。
3、根据权利要求1或2所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的原料煅烧步骤中，所述的钾长石粉体是从富钾岩石中制得的，富钾岩石为富含钾长石的各种岩石，包括钾长石岩、富钾火山岩、霞石正长岩、伟晶岩、富钾页岩和富钾板岩中的一种或几种。
4、根据权利要求3所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的原料煅烧步骤中，碳酸钠或碳酸钾为工业级碳酸钠或碳酸钾。
5、根据权利要求4所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的原料煅烧步骤中，钾长石粉体与碳酸钠或碳酸钾粉磨的粒度为-200目。
6、根据权利要求1所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的配料混合步骤中，所述的高岭土与工业废渣粉磨是按照固/液比为3-5的重量比加入上述的偏铝硅酸盐溶胶中。
7、根据权利要求1或2所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的配料混合步骤中，高岭土与工业废渣的重量份数之比为1∶3-6。
8、根据权利要求3所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的配料混合步骤中，工业废渣为粉煤灰、高炉炉渣、煤矸石和矿山尾矿中的一种或几种。
9、根据权利要求1所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的配料混合步骤中，高岭土与工业废渣的颗粒粒径为50-200μm。
10、根据权利要求1所述的利用钾长石生产矿物聚合材料的工艺方法，其特征在于：在所述的原料煅烧步骤中，氢氧化钠或氢氧化钾溶液浓度为9-11M，氢氧化钠或氢氧化钾与过滤所得硅铝质滤渣的重量比为1∶4-8，二者混合后所制得的胶体溶液的pH值≥14。
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