專利名稱：制備可流動料漿的加工助劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備可流動料漿的方法，包括將選自制造氯硅的副產(chǎn)品、直接法殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿性材料，可選擇的粘土，大約25到70重量％的水與選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑相混合形成可流動料漿。該方法是一種使水泥生產(chǎn)的堿性原料再循環(huán)的經(jīng)濟的和合乎環(huán)境要求的特別有效的方法。
在本領(lǐng)域中大家熟知波特蘭水泥的制備方法。波特蘭水泥是一種水硬性水泥，其特征在于能夠在水中凝結(jié)和硬化。波特蘭水泥通常是這樣制造的將合適的原材料與水混合，在適當(dāng)?shù)臏囟认蚂褵纬墒炝?，然后將所得到的熟料粉磨到與水反應(yīng)硬化所需要的細(xì)度。該煅燒工序形成一種細(xì)小的堿性微粒副產(chǎn)品，叫做水泥窯灰塵，其難于再循環(huán)。水泥窯灰塵一般包括大約1-3重量％或以上的水泥生產(chǎn)作業(yè)中的上述產(chǎn)品。
由上述方法得到的波特蘭水泥主要由硅酸三鈣和硅酸二鈣組成。這兩種材料主要來源于下列兩種原材料一種是富鈣材料，例如石灰石、白堊、泥灰土、牡蠣或蛤殼；而另一種是富二氧化硅材料，例如粘土、頁巖、沙子或石英。
Bunce等人在US5,374,310中教導(dǎo)了使用由氯硅副產(chǎn)品水解得到的含硅產(chǎn)品作為水泥生產(chǎn)的材料。然而，當(dāng)將這種材料加入到粘土漿中用于水泥生產(chǎn)時，特別是當(dāng)使用少量的水時，將形成濃稠的不可流動料漿，這妨礙了進一步的下游處理。
使用其它的堿性材料例如其它的生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品和水泥生產(chǎn)中的水泥窯灰塵也是有用的。令人遺憾的是這些材料也具有下列缺點它們形成難于處理的稠漿，除非使用大量的水。
本發(fā)明人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過將這種堿性材料的料漿與選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的某些加工助劑混合可以保持該料漿的可流動性。
本發(fā)明涉及一種制備可流動料漿的方法，包括25-70重量％的水；選自制造氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿性材料的堿性材料；可選擇的粘土；以及選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑相混合形成可流動料漿。
本發(fā)明也涉及一種可流動料漿，包括25-70重量％的水；選自制造氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿性材料；以及選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑。
本發(fā)明涉及一種制備可流動料漿的方法，其中該料漿含有一種堿性材料、一種加工助劑、可選擇的粘土和水。當(dāng)該堿性材料和可選擇的粘土與水混合時，該加工助劑防止了形成稠漿。
此處有用的堿性材料包括生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物。
“生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品”來源于由制備氯硅的制造過程。典型的氯硅制造過程是硅金屬與氯代甲烷反應(yīng)形成甲基氯硅烷，以及硅金屬與氯化氫反應(yīng)形成氯硅烷。令人遺憾的是這些工序產(chǎn)生了許多需要處理的不受歡迎的副產(chǎn)品和廢液。
這些副產(chǎn)品和廢液常常呈酸性，因此在使用之前常常需要中和。在US5,000,934中描述了這種中和法的一個例子，其中源于鹵化物與硅金屬反應(yīng)的廢床(spent bed)需要用強堿在高溫下中和。該參考文獻引入本文以供參考。由例如這些或其它處理副產(chǎn)品的方法產(chǎn)生的金屬鹽，和由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的氯硅生產(chǎn)過程產(chǎn)生的其它附帶的金屬鹽，通常將這些金屬鹽收集，以避免排放到環(huán)境中，而且可以用于本發(fā)明的方法中。
用于本發(fā)明方法的副產(chǎn)品的一種具體例子包括在凈化來自生產(chǎn)氯硅的廢水的過程中，由金屬氫氧化物沉淀而產(chǎn)生的副產(chǎn)品。
由這些方法得到的副產(chǎn)品可以包括金屬氧化物，例如CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、SO3、TiO2、P2O5、SrO、BaO和Mn3O4。實際組成對本發(fā)明來說并不是至關(guān)重要的，前一段落的例子中的副產(chǎn)品的典型化學(xué)細(xì)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。
對本發(fā)明有用的另一種堿性材料是直接法的殘余凝膠。在US4,408,030和5,374,310中描述了這種材料的例子，此處引入作為參考。這些參考文獻描述了由硅金屬與氯代甲烷反應(yīng)制備氯硅烷(‘直接法’)的副產(chǎn)品形成凝膠。該凝膠由各種各樣的這些氯硅副產(chǎn)品的水解形成，例如，此副產(chǎn)品包括硅烷、乙硅烷、二硅氧烷、硅烷低聚物、硅氧烷低聚物、硅亞苯基樹脂和硅亞烷基樹脂。此水解發(fā)生在上述專利中描述的水介質(zhì)中，此水介質(zhì)可包括添加劑例如HCl和/或CaCl2。
此凝膠的典型組成含有水、CaCl2和水解作用的水解產(chǎn)物。
也可用作本發(fā)明堿性材料的是其它富鈣材料，例如水泥窯灰塵，如上所述，這是一種在波特蘭水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。波特蘭水泥通常是這樣制造的將合適的原料與水混合，在適當(dāng)?shù)臏囟认蚂褵纬墒炝?，然后將所得到的熟料粉磨到與水反應(yīng)硬化所需要的細(xì)度。煅燒工序產(chǎn)生細(xì)小的堿性微粒、水泥窯灰塵。而對于本發(fā)明來說，實際組成不是至關(guān)重要的，水泥窯粉塵的典型化學(xué)組成為大約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。
一般地加入到本發(fā)明料漿中的堿性材料的數(shù)量，如果料漿中存在粘土?xí)r最高可達大約40重量％(基于料漿的總重量)，而如果料漿中沒有粘土?xí)r最高可達大約65％。通常堿性材料的用量，當(dāng)料漿中存在粘土?xí)r不超過大約30重量％，或優(yōu)選為，大約為1到30重量％(基于料漿的總重量)，而當(dāng)料漿中沒有粘土?xí)r不超過大約60重量％，或優(yōu)選為，大約為0.1到60重量％。顯然，較小的含量也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
用于本發(fā)明的加工助劑選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物。這些材料在本領(lǐng)域中都是已知的，且市場上可容易買到的。該材料優(yōu)選選自蔗糖、木質(zhì)素、果糖及其混合物。應(yīng)該注意使用這些加工助劑的前體和含這些加工助劑的組合物也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
用于本發(fā)明中的加工助劑的含量取決于使用的其它組分(即使用的堿性材料、粘土和水)及其含量。然而，加工助劑通常的用量為大約0.02到大約10重量％，優(yōu)選為大約0.02到大約5重量％(基于料漿的重量)。優(yōu)選為，加工助劑的量是在大約0.05到1重量％的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的料漿也可以含有粘土。由于粘土料漿是水泥生產(chǎn)的一種原料，并且將堿性材料引入到粘土料漿中是一種將堿性材料引入水泥生產(chǎn)過程中的便利方法，所以其中常常包含粘土。而對于本發(fā)明來說，此處利用的粘土類型不是至關(guān)重要的，典型實例包括含有懸浮在水中的硅酸鎂鋁的蒙脫土，通常為大約25-65％蒙脫土懸浮在水中。這樣的粘土懸浮液是市場上可買到的。然而，在這里也可以使用其它的粘土。
如果使用粘土，通常加入到本發(fā)明料漿中的粘土量大約為1-65重量％的粘土固體，常常高于大約40重量％，優(yōu)選高于大約45重量％，這些都是基于料漿中粘土固體的總重量。
水也是料漿的一個組分。一般地，它在料漿中的含量為大約25到大約70重量％，優(yōu)選為大約30到大約55重量％(基于料漿的重量)。可以使用高于70％的含量，但是在煅燒過程中需要除去的水量將變得太大，以致于由于燃料成本原因，從經(jīng)濟上阻止了它的汽化。
應(yīng)該注意上述堿性材料可以補充波特蘭水泥的所有的或僅僅一部分鈣和二氧化硅的需要量。因而，其它的堿性的含鈣和/或二氧化硅的材料可以加入到本發(fā)明中。
對于本發(fā)明來說，組分的混合順序和方法不是至關(guān)重要的。例如，可以同時混合料漿的所有組分。換句話說，即使在形成稠漿之后，加工助劑也可以與水、堿性材料和可選擇的粘土的混合物混合。同樣地，堿性材料和可選擇的粘土可以與加工助劑的水溶液混合。
可以按常規(guī)的混合技術(shù)和用常規(guī)的混合設(shè)備，例如，棒磨機、碾磨機、碾泥機、其它單軸式混合器或多軸式混合器混合這些材料，但是不局限于此。
當(dāng)本發(fā)明的加工助劑加入到此處描述的材料的料漿中時，該料漿保持可流動性，因而具有在水泥制造過程中的可加工性。因此，不僅大大節(jié)約了水泥生產(chǎn)中的原材料成本，而且此方法消除了與處理水泥窯灰塵有關(guān)的成本，并且它提供了再循環(huán)與氯硅烷制造過程有關(guān)的廢物的方法。
本發(fā)明也涉及一種生產(chǎn)波特蘭水泥的方法，包括煅燒上述料漿形成熟料；
然后將所得到的熟料粉磨到與水反應(yīng)硬化所需要的細(xì)度。
提供下列實施例以舉例說明本發(fā)明。這些實施例不應(yīng)該認(rèn)為是對權(quán)利要求書范圍的限制。
實施例1.
將50克35重量％的蒙脫土在水中的懸浮液放入玻璃瓶中，并將此樣品與2.5克的CaO摻混。手動搖動瓶里面的物質(zhì)大約1-2分鐘，直到粘土料漿變濃成為不可流動的料漿。將蔗糖(上述混合物的0.06重量％)加入到該瓶中，并攪拌瓶里面的物質(zhì)，不可流動的料漿成為可流動的料漿。
實施例2.
除了改變加工助劑和加工助劑的含量外，按照實施例1的方法進行。被加到粘土料漿中的加工助劑、加工助劑的量以及在加工助劑加入之后粘土料漿的流動特性示于表1中。
使用下列方法進行表1中的流動性測量使用帶有夾鉗的鐵環(huán)架以三十度角固定用聚四氟乙烯紙覆蓋的大小為10英寸11英寸纖維切板(cutting board)。使用帶子標(biāo)記出離該板底部15厘米的距離。將收集盤置于該切板的底部。記錄室溫。為了一致性，室溫應(yīng)該在68-72°F之間。
將該樣品混合好并稱重。將樣品迅速地倒在用帶子標(biāo)記的15厘米處的聚四氟乙烯表面上，同時開始計時。1分鐘之后移去收集盤，并稱重回收的樣品數(shù)量。然后計算回收樣品的百分比。
表1
表中注解“可流動的，似水的”(非常稀)＝在開始測量前流出夾具“可流動的、似水的”＝在10秒或10秒以內(nèi)移動4英寸“可流動的，接近似水的”＝在10秒移動3.0-3.9英寸“稠漿，仍然流動”＝在10秒移動1.0-2.9英寸“稠漿，最小流動”＝在10秒移動0.1-0.9英寸“不可流動的料漿”＝在10秒鐘內(nèi)不流動實施例3．將50克35重量％的蒙脫土在水中的懸浮液放入玻璃瓶中，并將此樣品與10重量％氯硅生產(chǎn)的副產(chǎn)品摻混。手動搖動瓶里面的物質(zhì)大約1-2分鐘，直到粘土料漿變濃成為不可流動的料漿。將蔗糖(混合物的0.25重量％)加入到該瓶中，并攪拌瓶里的物質(zhì)。如表1限定的該不可流動的料漿恢復(fù)成可流動的似水粘土料漿。
實施例4.
將50克35重量％的蒙脫土在水中的懸浮液放入玻璃瓶中，并將此樣品與摻有蔗糖(最終混合物的0.25重量％)的氯硅生產(chǎn)的副產(chǎn)品(10重量％)混合。手動搖動瓶里面的物質(zhì)大約1-2分鐘，如表1中所限定的該粘土泥漿保持可流動的和似水的。
實施例5.
將生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品(10重量％)加入到裝有35重量％的蒙脫土在水中的懸浮液(其中摻有0.25重量％的蔗糖)的瓶中。手動搖動瓶里面的物質(zhì)大約1-2分鐘，并且如表1所限定的該粘土料漿保持可流動的和似水的。
實施例6.
用水和如表2所列的其他材料制備堿性材料料漿形式的各種各樣的混合物。制備63重量％粘土在37重量％水中的懸浮液以摹擬水泥窯原料。在表2中(和水泥工業(yè)上)此材料被命名為“粘土泥漿(clay slip)”。將組分與蔗糖加工助劑的含量(以混合物的重量百分?jǐn)?shù)表示)按照表2所示的比例混合。將這些組分混合在一起，并注入帶有孔口出口塞的福特粘度杯(Ford Viscosity Cup)中。打開出口，并將該材料從杯子中排出到下面的容器中。記錄杯子中的物質(zhì)排出所需要的時間。使用福特粘度杯所對的圖表使每個杯子的排放時間與混合物的粘度(厘沲，cSt)相互關(guān)聯(lián)。福特杯(商品目錄VG-7200系列，可以從BYK Gardner獲得)是一種具有錐形底體積大約為100ml的圓筒形容器?？卓谖挥趫A筒底部的中心。有三個底部孔口尺寸不同的福特粘度杯，并且每個杯子校準(zhǔn)至符合NIST-示蹤油(traceable oils)。(兩個不同的杯子，#2和#3，用于實施例6)，在堿性材料含量足夠低的每個混合物中，加工助劑能夠使混合物粘度從不可流動或高粘度降低到較低的粘度。
表2各種加工助劑濃度下粘度的測量
“粘土泥漿”是水基粘土料漿。它的含水量是37％。
“濾餅”是一種在壓濾下經(jīng)脫水的生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品。此材料含有大約47％的水。
“CKD”是水泥窯灰塵。
“福特粘度杯”是用于粘度測量的購買的設(shè)備(底部有孔的校準(zhǔn)杯)。
“cSt”是厘沲，粘度單位。
權(quán)利要求
1.一種制備可流動料漿的方法，包括將25-70重量％的水；一種選自生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿生材料，以及一種選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑相混合，從而形成可流動的料漿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該加工助劑選自蔗糖、木質(zhì)素、果糖及其混合物。
3.根據(jù)前面的權(quán)利要求任何一個的方法，其中將粘土也混合到料漿中。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求任何一個的方法，其中加工助劑的量為0.02到10重量％。
5.根據(jù)前面的權(quán)和要求任何一個的方法，其中加工助劑的量為0.05到1重量％。
6.根據(jù)前面的權(quán)利要求任何一個的方法，其中堿性材料的量不超過65重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中粘土的量為1到65重量％。
8.一種可流動的料漿，包括25-70重量％的水；一種選自制造氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿性材料；和一種選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑。
9.一種制備可流動料漿的方法，該料漿含有水和一種選自生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿性材料，其改進之處在于加入了一種選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑。
10.一種生產(chǎn)波特蘭水泥的方法，包括將權(quán)利要求8的料漿煅燒成熟料；然后將所得到的熟料粉磨到與水反應(yīng)硬化所需要的細(xì)度。
全文摘要
一種制備可流動料漿的方法，包括將25－70重量％的水；一種選自生產(chǎn)氯硅的副產(chǎn)品、直接法的殘余凝膠、水泥窯灰塵及其混合物的堿性材料；與一種選自蔗糖、蜜三糖、木質(zhì)素、甲基吡喃葡糖苷、乳糖、果糖、多磷酸鈉、海藻糖及其混合物的加工助劑相混合，從而形成可流動的料漿。此料漿特別適用于水泥的生產(chǎn)中。
文檔編號C04B7/06GK1398811SQ01140760
公開日2003年2月26日 申請日期2001年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者O·W·馬可 申請人:陶氏康寧公司