一種硬硅鈣石型保溫材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于保溫材料及工業(yè)固體廢棄物回收利用領(lǐng)域，特別涉及一種制備硬硅鈣石型保溫材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硬硅鈣石分子式為Ca6[Si6017] (OH)2，純品為無色或白色，因含雜質(zhì)呈淺玫瑰色、淺灰色及灰色，產(chǎn)于蛇紋巖中，可以用于制備水泥、陶瓷等，具有極好的耐溫性能。硬硅鈣石型保溫材料作為一種新型無機材料，不僅在保溫性能上有其優(yōu)勢，同時其容重低、高阻燃也是其他產(chǎn)品無可比擬的。
[0003]目前，硬硅鈣石型保溫材料的制備多以石英粉、石英砂、非晶硅微粉、硅灰石等硅質(zhì)原料和石灰乳、石灰粉、消石灰粉、活性氫氧化鈣等鈣質(zhì)原料按一定比例和水混合后，力口入玻璃纖維、棉纖維、無機合成纖維、天然纖維、陶瓷纖維等增強纖維以增強產(chǎn)品抗折性，制備而成的。主要流程分為靜態(tài)水熱法和動態(tài)水熱法兩種。靜態(tài)水熱法是先將混合的原料鑄模成型再進行水熱蒸養(yǎng)反應(yīng)，此過程因產(chǎn)品已成型故不需攪拌，例如CN1146441A公開的原位制備微孔硬硅鈣石絕熱保溫材料。動態(tài)水熱法是先將混合的原料在一定轉(zhuǎn)速的高壓釜中進行動態(tài)水熱反應(yīng)再壓濾成型，例如CN101880150A公開的制造硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料的工藝方法、CN1307083A公開的硅酸鈣隔熱防火材料的制造方法、CN1636917A公開的一種硅酸鈣復(fù)合納米孔超級絕熱材料的制備方法和CN1559954A公開的一種膨脹珍珠巖-硬硅鈣石復(fù)合保溫材料及其制備方法。
[0004]但是，以上方法所用原料均未涉及工業(yè)固廢，而且所需的鈣源和硅源都需要經(jīng)過高能耗的預(yù)處理工藝使之粒度細(xì)小，活性增高。此外，CN102557559A公開的一種無機建筑外墻保溫隔熱材料及制作工藝和CN1958499A公開的一種硬硅鈣石保溫隔熱材料及其制備方法分別利用了粉煤灰和電石渣兩種工業(yè)固廢，但是其摻入量并不高而且在硬硅鈣石的制備過程中依然還需要大量原生的硅、鈣等一次資源；電石渣雖然取代了原生鈣源，但是較其他大宗工業(yè)固廢來說，年排放量少，僅500萬噸，而且使用前的煅燒活化處理也會造成能源的消耗。
[0005]例如，赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，中國作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國，每年排放的赤泥高達數(shù)千萬噸。由于赤泥結(jié)合的化學(xué)堿難以脫除且含量大，又含有鈦、鋁及其他多種雜質(zhì)等原因，對于赤泥的無害化利用一直難以進行。國外多是排入海中，中國相關(guān)行業(yè)過去一般只能堆存，既占用了大量土地，又造成土地堿化、地下水污染。除此以外，唯一工業(yè)化回收赤泥中Al2O3的燒結(jié)法由于反應(yīng)溫度在1200°C以上，因此耗能較高，而前蘇聯(lián)開發(fā)的高壓水化法雖然溫度280-300°C即可，但其壓力達到3-5MPa，對設(shè)備材質(zhì)要求高，一直未實現(xiàn)工業(yè)化。為此，CN101607725A、CN1565974A及CN101538058A進行了利用亞熔鹽介質(zhì)處理拜耳法赤泥回收有價值鋁鹽的研究。通過上述方法處理后得到的終渣，即為亞熔鹽脫鋁赤泥，其主要成分為氧化鈣、二氧化硅、氧化鈉和三氧化二鐵，主要物相成分為附堿水化硅酸鈣和少量鈣石榴石，雖然終渣可以用于制備水泥，但其附加值很低。
[0006]粉煤灰是電廠及鍋爐燃煤后由煙氣帶出后經(jīng)除塵后的粉塵，與赤泥一樣也是一種工業(yè)固廢，預(yù)計到2015年，我國粉煤灰的排放量可達5.8億噸。因粉煤灰中的氧化鋁含量高達50%，相當(dāng)于中等品位的鋁土礦，所以我國對粉煤灰提取氧化鋁有諸多研究，其中堿法高溫焙燒需1300°C以上的溫度，能耗高；而酸法雖然溫度較低200°C可實現(xiàn)，但是酸對設(shè)備的腐蝕大，廢酸難以回收的問題不易解決。為此，CN102476820A公開了一種濕法從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，有效地解決了上述問題，但是提鋁后的亞熔鹽脫鋁粉煤灰又成為一種新的固廢，因此必須開發(fā)其綜合利用產(chǎn)品。
[0007]而同時利用兩種經(jīng)亞熔鹽法提鋁后的工業(yè)固廢即亞熔鹽脫鋁赤泥和脫鋁粉煤灰作為主要原料同時加入微量硅質(zhì)原料用以調(diào)節(jié)合理鈣硅比來制備硬硅鈣石及其用作保溫材料的方法，至今尚未見報道。
[0008]本發(fā)明以亞熔鹽脫鋁赤泥和脫鋁粉煤灰為原料制備硬硅鈣石的方法，原料種類簡單，反應(yīng)過程易操作，產(chǎn)品性能優(yōu)異。不僅解決了兩大工業(yè)固廢對環(huán)境造成的污染，更能將二者綜合利用制備附加值高，社會需求廣泛的保溫材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明在于提供一種以亞熔鹽脫鋁赤泥和脫鋁粉煤灰為原料制備硬硅鈣石的方法，本發(fā)明的方法可同時取代了生石灰、石灰乳等鈣質(zhì)原料和石英粉、石英砂等硅質(zhì)原料，該方法獲得的濕料以硬硅鈣石為主，可以用于制備自保溫材料。本發(fā)明能有效地處理解決亞熔鹽法提鋁后的赤泥和粉煤灰兩種工業(yè)固廢，實現(xiàn)大宗工業(yè)固廢再利用的同時以低成本的投入得到了高附加值的保溫材料。
[0010]為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種硬硅鈣石型保溫材料的制備方法，包括如下步驟:
[0012](I)將亞熔鹽脫鋁赤泥、亞熔鹽脫鋁粉煤灰和硅質(zhì)原料與水混合得混合漿料；
[0013](2)將步驟(I)得到的混合漿料進行動態(tài)水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后將料漿過濾、洗滌得含硬硅鈣石纖維為主要成分的濕渣；
[0014](3)將步驟⑵中的濕渣干燥即得硬硅鈣石型保溫材料。
[0015]本發(fā)明所用的兩種原料中，亞熔鹽脫鋁赤泥主要物相成分為含堿水化硅酸鈣類無定型物質(zhì)、部分鈣鐵榴石及少量鈦酸鈣；亞熔鹽脫鋁粉煤灰的主要物相成分是硅酸鈉鈣。以上兩種物質(zhì)無需活化預(yù)處理，僅需加入少量硅源以調(diào)節(jié)鈣硅比后，即可作為鈣質(zhì)、硅質(zhì)兩種原料，通過在一定轉(zhuǎn)速下的動態(tài)水熱法可制備出硬硅鈣石型保溫材料。
[0016]本發(fā)明將赤泥制備為硬硅鈣石型保溫材料，實現(xiàn)了工業(yè)固體廢棄物再利用的同時大大地提高了產(chǎn)品的附加值，另一方面亞熔鹽脫鋁赤泥為最終產(chǎn)品提供了良好的強度性倉泛。
[0017]本發(fā)明將粉煤灰摻入亞熔鹽脫鋁赤泥中用以制備硬硅鈣石保溫材料，不僅具有環(huán)境保護和經(jīng)濟意義，同時還能夠使產(chǎn)品降低容重，從而提高其附加值。
[0018]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的方法，步驟(I)中所述亞熔鹽脫鋁粉煤灰與所述亞熔鹽脫鋁赤泥的質(zhì)量比為0.1-5:1，例如為0.2:1,0.5:1,0.8:1,1.3:1,1.7:1,2.5:1、
3.3:1,4.5:1等，若該比例過低即亞熔鹽赤泥含量過高，其中鈣石溜石相作為一種雜質(zhì)相會抑制硬硅鈣石的生成；相反則會使得產(chǎn)品抗壓強度降低，優(yōu)選為0.3-3:1。
[0019]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的方法，步驟(I)中所述亞熔鹽脫鋁赤泥和亞熔鹽脫鋁粉煤灰中的CaO與硅質(zhì)原料中的S12的摩爾比為0.5-2.0:1，例如為0.7: 1、1.0: 1、
1.4:1、1.8:1等，該范圍符合硬硅鈣石中鈣和硅的摩爾比，有利于硬硅鈣石的生成，優(yōu)選為
0.8-1.2:1ο
[0020]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的方法，步驟(I)中的液固比為10-50:lmL/g，例如為 12:1mL/g、17:1mL/g、22:1mL/g、26:1mL/g、30:1mL/g、35:1mL/g、42:1mL/g、49:1mL/g等，選擇該范圍可以為硬硅鈣石的晶須成長提供適宜的飽和度，易于得到長徑比大的硬硅?丐石晶須，優(yōu)選為20-40: lmL/g。
[0021]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的方法，步驟(I)中所述的硅質(zhì)原料為石英粉、石英砂或九水合硅酸鈉中的I種或2種以上的混合物。
[0022]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的方法，步驟(2)中反應(yīng)在密閉容器中進行。
[0023]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的方法，步驟⑵中反應(yīng)的溫度為110_280°C，例如為130°C、160°C、1