一种雪硅钙石的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雪硅钙石的制备技术领域，尤其涉及一种利用高硅粉煤灰和氧化钙为原料，在较低温度和压力下制备雪硅钙石的方法。
【背景技术】
[0002]雪硅钙石(Tobermorite)又称为托勃莫来石，是一种水化硅酸钙，主要作为硅酸妈绝热材料的主要成分之一。其分子式为5Ca0.6Si02.6H20。雪娃妈石多用作建筑材料的胶结料，可用作水泥、陶瓷生产等。
[0003]目前工业上生产雪硅钙石制品都是由石英砂、硅藻土碱熔融生产的工业水玻璃作为硅质原料，以电石渣等作为钙质原料合成反应得到。反应过程中，温度要达到220°C以上，反应时间一般大于15小时，反应时间较长。
[0004]上述生产雪硅钙石的工艺中，使用石英砂等不可再生的资源，对于生态平衡具有一定的破坏作用；同时，由于使用结晶态的工业水玻璃作为硅质原料，在生成雪硅钙石的反应中，需要破坏硅质原料的结晶状态，所以，反应温度高，反应时间长，能耗高。因此，现有技术中，雪硅钙石的制备工艺不具有节能环保的特点，不利于社会的发展。
[0005]粉煤灰是火力电厂的主要废弃物，其排放量逐年增大，因其侵占大量土地、影响储灰场周围的空气质量和农业生产，从而严重危害环境。因此，以粉煤灰为原料生产高附加值、环境友好型产品为导向的开发应用，能够较好的解决粉煤灰对环境危害的影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种雪硅钙石的制备方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种雪硅钙石的制备方法，包括如下步骤:
[0009]SI，将粉煤灰、氧化钙、水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液混合均匀，得到固液混合物，控制粉煤灰和氧化钙的钙硅克分子比为0.8-0.82，粉煤灰和氧化钙组成的硅钙源混合物与水的质量比为1:5-1:3，硅钙源混合物与氢氧化钠溶液的质量比为1000:1 ；
[0010]S2，固液混合物升温升压至压力为0.5-0.6Mpa、温度为120-130°C的条件后，凝胶化反应1.5-2h，制得雪硅钙石。
[0011]优选地，所述粉煤灰中S12的质量百分含量为60-80%。
[0012]优选地，SI中，将所述将粉煤灰、氧化钙、水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液混合均匀，包括如下步骤:
[0013]SlOla，称取粉煤灰和氧化钙，混合均匀，得到硅钙源混合物；
[0014]S102a，向硅钙源混合物中加入水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液，混合均匀，得到固液混合物。
[0015]优选地，SI中，将所述将粉煤灰、氧化钙、水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液混合均匀，包括如下步骤:
[0016]SlOlb，称取粉煤灰和氧化钙，混合均匀，得到硅钙源混合物；
[0017]S102b，向硅钙源混合物中加入水，混合均匀；
[0018]S103b，在S102b得到的混合物中加入质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液，混合均匀，得到固液混合物。
[0019]优选地，S2中，采用压力为0.5-0.6Mpa、温度为120_130°C的水蒸气对固液混合物进行升温升压。
[0020]优选地，S2中，固液混合物在升温升压过程中还包括搅拌，搅拌的速率为:100-300rpmo
[0021]优选地，S2中，固液混合物升温升压的时间控制在15-18min。
[0022]优选地，S2中，凝胶化反应还包括搅拌，搅拌的速率为:100-200rpm。
[0023]优选地，S2中，固液混合物升温升压至压力为0.5Mpa、温度为120°C的条件后，凝胶化反应1.5h，制得雪硅钙石。
[0024]优选地，S2中，雪娃妈石为长度为0.5-0.6mm的针状物。
[0025]本发明的有益效果是:本发明实施例提供的雪硅钙石的制备方法，采用粉煤灰为硅源，氧化钙为钙源，氢氧化钠溶液为添加剂，在较低温度和较低压力下进行凝胶化反应较短时间，制备雪硅钙石，不仅解决了粉煤灰对环境造成危害的问题，具有环保的特点；同时，也无需使用不可再生资源石英砂，避免了对生态平衡的破坏；而且，由于粉煤灰为非结晶态，所以，在凝胶化反应过程中，无需破坏结晶态的高能键，只需在较低温度和较低压力下反应较短时间，因此，极大的降低了能耗，提高了生产效率，具有节能的特点。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]实施例一
[0028]本发明实施例提供了一种雪硅钙石的制备方法，包括如下步骤:
[0029]步骤一，将粉煤灰、氧化钙、水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液混合均匀，得到固液混合物，控制粉煤灰和氧化钙的钙硅克分子比为0.8-0.82，粉煤灰和氧化钙组成的硅钙源混合物与水的质量比为1:5-1:3，硅钙源混合物与氢氧化钠溶液的质量比为
1000:1ο
[0030]其中，粉煤灰和氧化钙的质量比可以根据雪硅钙石分子式中硅钙克分子比进行推算，计算出使用的粉煤灰和氧化钙的质量，然后称取相应质量的硅源和钙源，并将两者混合均匀。
[0031]根据雪硅钙石分子式可知，粉煤灰和氧化钙的钙硅克分子比的理论值为0.833。
[0032]本实施例中，在使用该理论值推算实际生产中使用的粉煤灰和氧化钙的质量时，考虑到在实际的反应过程中，氧化钙不能完全反应，所以使用过量的氧化钙，来保证粉煤灰中的硅源完全反应，提高雪硅钙石的制备效率。因此，本实施例中，将粉煤灰和氧化钙的钙硅克分子比设置为0.8-0.82，使计算出的氧化钙过量。
[0033]本实施例中，所述粉煤灰中S12的质量百分含量为60-80%。
[0034]本实施例中以粉煤灰为硅源，粉煤灰为火力电厂的主要废弃物，采用高硅粉煤灰可以实现对硅源的有效的利用。本实施例中，高硅粉煤灰是指S12的质量百分含量在60%以上。目前，最常见的高硅粉煤灰中的S12的质量百分含量在60% -80%，所以，本实施例中，优选采用S12的质量百分含量为60-80%的粉煤灰，从而保证硅原料来源广泛，容易取得，成本低廉。
[0035]本实施例的SI中，将所述将粉煤灰、氧化钙、水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液混合均匀，可以包括如下步骤:
[0036]SlOla，称取粉煤灰和氧化钙，混合均匀，得到硅钙源混合物；
[0037]S102a，向硅钙源混合物中加入水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液，混合均匀，得到固液混合物。
[0038]在实际操作中，可以根据粉煤灰和氧化钙的硅钙克分子比，计算使用的硅源和钙源的质量，再进行称取和混合。可以将硅源和钙源分别加入反应釜后，再混合均匀，也可以将硅源和钙源先混合均匀后，再将硅钙源混合物加入反应釜内，然后按照比例向反应釜内加入水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液，混合均匀，得到固液混合物。
[0039]本实施例的SI中，将所述将粉煤灰、氧化钙、水和质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液混合均匀，还可以包括如下步骤:
[0040]SlOlb，称取粉煤灰和氧化钙，混合均匀，得到硅钙源混合物；
[0041]S102b，向硅钙源混合物中加入水，混合均匀；
[0042]S103b，在S102b得到的混合物中加入质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液，混合均匀，得到固液混合物。
[0043]在实际操作中，先加入水，再加入质量百分含量为20%的氢氧化钠溶液，将二者分别加入。
[0044]本实施例的凝胶化反应中，氢氧化钠溶液为添加剂，为了使其能够更好的发挥作用，可以在硅钙源混合物和水形成浆料后，再加入氢氧化钠溶液，有利于提高产品得率，提高硅源和钙源的转化率。
[0045]步骤二，固液混合物升温升压至压力为0.5-0.6Mpa、温度为120-130°C的条件后，凝胶化反应1.5-2h，制得雪硅钙石。
[0046]其中，可以采用压力为0.5-0.6Mpa、温度为120_130°C的水蒸气对固液混合物进行升温升压。
[0047]固液混合物在升温升压过程中还包括搅拌，搅拌的速率为:100-300rpm。
[0048]在升温过程中，对物料进行搅拌，可以保证物料与热量充分的接触，加快升温速率，也会使所有的物料均得到升温，而不会造成局部升温，影响后续的凝胶化反应，降低雪硅钙石的生成效率。
[0049]本实施例中，固液混合物升温升压的时间可以控制在15_18min。
[0050]在实际操作过程中，可以通过调节热量的流量，控制物料升温升压的时间。
[0051]但是需要注意的是，物料升温升压的速度不能太快，也不能太慢，以避免影响原料的性质，进而影响雪硅钙石制品的质量以及生产效率。
[0052]本实施例中，凝胶化反应中还可以进行搅拌，搅拌的速率为:100-200rpm。
[0053]通入水蒸气使反应釜内的压力达到0.5-0.6Mpa、温度达到120-130°C的条件后，则在100-200rpm的搅拌速率条件下，保持上述温度和压力1.5_2h，使硅源和钙源之间发生凝胶化反应，生成雪硅钙石。
[0054]本发明实施例中，由于硅源粉煤灰为非结晶态，所以，与结晶态的工业水玻璃不同，本实施例提供的制备方法中，在凝胶化反应过程中，无需破坏结晶态的高能键，只需在较低温度(与现有技术中220°C的反应温度相比)和较低压力下反应较短时间(与现有技术中15个小时的反应时间相比)，即可得到雪硅钙石。因此，极大的降低了能耗，提高了生产效率，具有节能的特点。
[0055]为了使硅源和钙源能够充分的接触，完全反应，以及得到的雪硅钙石不会发生粘结，本实施例中，在反应过程中，开启搅拌，在100-200rpm的搅拌速率下，发生反应。其中，搅拌速率不能太大，如果过大，则容易将生成的雪硅钙石制品机械破碎，使制品的得率下降，搅拌速率也不能太小，如果过小，则可能导致硅源和钙源不能充分接触，发生凝