一種利用脫硅渣制備硬硅鈣石的方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于保溫材料領用，涉及一種利用脫硅渣制備硬硅鈣石的方法。
【背景技術】
[0002]硅酸鈣絕熱材料是一種以硬硅鈣石為主晶相(6Ca0.6S1O2.H2O)的一種保溫絕熱材料，其已被得到廣泛的應用。脫硅后洗滌得到的硅酸鈣通過SEM分析其呈現(xiàn)顆粒球狀，其容重為524kg/m3，超過了我國常規(guī)的娃酸I丐板的220kg/m3的容重要求，不適合直接做高溫娃酸鈣保溫板。
[0003]傳統(tǒng)的硅酸鈣絕熱材料是以二氧化硅(如石英砂粉和硅藻土)，石灰(也有用消石灰和電石渣等)和增強纖維(如石棉和玻璃纖維等)為主要原料，按Ca/Si(摩爾比)為0.9?1.1配制原料，經(jīng)攪拌制成液固比(質量比)為30左右的漿體，在高溫高壓反應釜中進行水熱合成硬硅鈣石，最后經(jīng)過壓制成型、干燥等工序制成的一種耐高溫保溫材料。目前這種材料已經(jīng)在窯爐和特殊要求的建筑外墻隔熱保溫方面得到了廣泛的應用。
[0004]超輕硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料由于其具有低的導熱系數(shù)，良好的高溫熱穩(wěn)定性及較小的容重被廣泛應用于各行各業(yè)。硬硅鈣石是超輕硅酸鈣保溫隔熱材料的主要礦物成分，晶體呈纖維狀或針狀，在一定水熱合成條件下，它們能相互纏繞形成毛栗狀的球形粒子，其制備方法是將鈣質原料、硅質原料和水按一定比例混合直接放入帶有攪拌器的高壓釜中，使之形成由具有毛栗狀二次粒子組成的活性料漿。目前國內(nèi)普遍采用來源廣價格低的石英細粉作為生產(chǎn)高溫硅酸鈣的硅質原料，因此硬硅鈣石的水熱合成是S12和Ca(OH)2兩種固體粒子間的不均一分散系的反應。硬硅鈣石屬單斜晶系，其化學式為6Ca0.6S1O2.H2O，密度為2.79g/cm3。因此如用硬硅鈣石制成完全致密的固體，其體積密度將達到2700kg/m3ο如要將材料的體積密度下降到150kg/m3，必須在材料中引入大量氣孔。
[0005]目前，硬硅鈣石的制備方法主要是水熱合成法，CN1958499A公開了一種硬硅鈣石保溫隔熱材料及其制備方法，所述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，生產(chǎn)成本較高。CN 10 1880 I 50A公開了制造硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料的工藝方法，CN1307083A公開了硅酸鈣隔熱防火材料的制造方法，CN1636917A公了的一種硅酸鈣復合納米孔超級絕熱材料的制備方法，CN1559954A公開了一種膨脹珍珠巖-硬硅鈣石復合保溫材料及其制備方法，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)過高能耗的預處理工藝使之粒度細小，活性增高，且生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)耗時長。因此，如何尋找一種成本低廉，又兼顧材料熱穩(wěn)定性的方法，一直是人們亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術中的不足，以及解決脫硅渣高值化資源利用技術的匱乏，本發(fā)明提供了一種利用脫硅渣制備硬硅鈣石的方法，所述方法以脫硅渣為原料，通過對脫硅渣進行X-ray衍射分析和組成分析，控制水熱合成體系中Ca/Si摩爾比為0.5?2的條件下，研究出了在堿性溶液條件下水熱合成硬硅鈣石的方法。所述方法為制備硬硅鈣石找到一種廉價原料，從而大大降低了硬硅鈣石的生產(chǎn)成本，提高了保溫材料的熱穩(wěn)定性能，同時也實現(xiàn)脫硅渣的資源化高值利用，避免了危險化工固廢的排放對環(huán)境造成污染。
[0007]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]本發(fā)明提供了一種利用脫硅渣制備硬硅鈣石的方法，所述方法包括以下步驟:
[0009](I)將脫硅渣與堿性溶液置于反應器中，在攪拌條件下進行水熱合成反應，得到硬硅鈣石料漿；
[0010](2)將硬硅鈣石料漿進行固液分離，得到的固體進行固體成型和干燥脫水后得到硬硅鈣石產(chǎn)品。
[0011]其中，本發(fā)明所述的脫硅渣為含釩工業(yè)中產(chǎn)生的固廢脫硅渣，其主要成分及含量為:二氧化娃20?25wt%，氧化|丐30?35wt%，五氧化二fji0.4?0.6wt%，三氧化二絡0.1?0.3wt%，五氧化二磷0.1?0.3wt%，三氧化二鐵1.5?2wt%，氫氧化鈉2.5?3wt%。
[0012]以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，但不作為本發(fā)明提供的技術方案的限制，通過以下技術方案，可以更好的達到和實現(xiàn)本發(fā)明的技術目的和有益效果。
[0013]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(I)中對脫硅渣進行除雜后，與堿性溶液置于反應器中。
[0014]本發(fā)明中，對脫硅渣進行除雜是為了將脫硅渣中夾帶的V043—、Cr042—離子和游離的NaOH等雜質除掉。
[0015]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述除雜為洗滌除雜。
[0016]優(yōu)選地，用堿性溶液對脫硅渣進行洗滌除雜。
[0017]優(yōu)選地，所述堿性溶液為Na2CO3和/或K2CO3溶液。
[0018]優(yōu)選地，所述堿性溶液的濃度為0.5?10wt%，例如0.5wt%、Iwt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9￥1:%或1(^1:%等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0019 ] 優(yōu)選地，所述堿性溶液與脫硅渣的液固比為2?1，例如2、3、4、5、6、7、8、9或1等，
但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0020]優(yōu)選地，所述洗滌除雜的溫度為50?90°C，例如50°C、55°C、60°C、65°C、70°C、75°C、80°C、85°C或90°C等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0021 ]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(I)所述堿性溶液為Na2CO3和/或K2CO3溶液。
[0022]優(yōu)選地，步驟(I)所述堿性溶液的濃度為4?12wt%，例如4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11^1:%或12￥1:%等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行，進一步優(yōu)選為5?10wt%。
[0023]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(I)所述堿性溶液與脫硅渣的液固比為10?35，例如10、15、20、25、30或35等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0024]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(I)中水熱合成反應體系中控制Ca元素與Si元素的摩爾比0.5?2，例如0.5、1、1.5或2等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。當Ca元素與Si元素的摩爾比〈0.5時，會有碳酸鈣相生成，且纖維狀硬硅鈣石合成不充分，但合成產(chǎn)品中已經(jīng)開始出現(xiàn)硬硅鈣石6Ca0.6S1O2.H2O相；當Ca元素與Si元素的摩爾比>2時，脫硅渣經(jīng)過在Na2CO3溶液水熱養(yǎng)晶，可以生成纖維球狀的纖維狀團聚球，并且生成大部分塊狀CaCO3顆粒，雖其壓縮強度達到遠大于輕質硅酸鈣板強度要求>0.2MPa，但其直接成型硅酸鈣板的容重相對較大，都不符合制作輕質保溫材料硬硅鈣石的要求
[0025]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(I)中水熱合成反應的反應溫度為150?250°C，例如150°C、170°C、200°C、230°C或250°C等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0026]優(yōu)選地，步驟(I)中水熱合成反應的反應時間為4?7h，例如4h、5h、6h或7h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0027]優(yōu)選地，步驟(I丨中攪拌速度為]^。?]^。!./!!^]!^!^!]]^。!./!!^]!、]^。!./!!^]!、]^。!./min、150r/min、160r/min、170r/min或180r/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0028]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(I)所述水熱合成反應在密閉條件下進行。
[0029]優(yōu)選地，步驟(I)所述水熱合成反應中，反應體系的壓力為0.4?3MPa，例如0.4MPa、IMPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa或3MPa等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0030]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(2)所述固體成型過程中成型壓力為0.1?2MPa，例如0.1MPa,0.5MPa、IMPa、1.5MPa或2MPa等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0031]優(yōu)選地，步驟(2)中干燥溫度為70?105°(3，例如70°(3、75°(3、80°(3、85°(3、90°(3、95°C、100°C或105°C等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0032]優(yōu)選地，步驟(2)中干燥時間為I?10h，例如lh、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或1h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，所列范圍內(nèi)其他數(shù)值均可行。
[0033]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述方法包括以下步驟:
[0034](I)用濃度為0.5?1wt %的堿性溶液按液固比2?10對脫硅渣在50?90°C下進行洗滌除雜，將經(jīng)過洗滌除雜后的脫硅渣與濃度為4?12wt %的Na2CO3和/或K2CO3溶液按液固比10?35置于密閉反應器中，在攪拌速度為120?180r/min的攪拌條件下于150?250°C下進行水熱合成反應4?7h，反應體系中控制Ca元素與Si元素的摩爾比0.5?2，控制反應體系的壓力為0.4?3MPa，得到硬硅鈣石料漿；
[0035](2)將硬硅鈣石料漿進行固液分離，得到的固體在0.1?2MPa下進行固體成型和在70?105°C下干燥脫水I?I Oh后得到硬硅鈣石產(chǎn)品。
[0036]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具