一种利用脱硅渣制备硬硅钙石的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于保温材料领用，涉及一种利用脱硅渣制备硬硅钙石的方法。
【背景技术】
[0002]硅酸钙绝热材料是一种以硬硅钙石为主晶相(6Ca0.6S1O2.H2O)的一种保温绝热材料，其已被得到广泛的应用。脱硅后洗涤得到的硅酸钙通过SEM分析其呈现颗粒球状，其容重为524kg/m3，超过了我国常规的娃酸I丐板的220kg/m3的容重要求，不适合直接做高温娃酸钙保温板。
[0003]传统的硅酸钙绝热材料是以二氧化硅(如石英砂粉和硅藻土)，石灰(也有用消石灰和电石渣等)和增强纤维(如石棉和玻璃纤维等)为主要原料，按Ca/Si(摩尔比)为0.9?1.1配制原料，经搅拌制成液固比(质量比)为30左右的浆体，在高温高压反应釜中进行水热合成硬硅钙石，最后经过压制成型、干燥等工序制成的一种耐高温保温材料。目前这种材料已经在窑炉和特殊要求的建筑外墙隔热保温方面得到了广泛的应用。
[0004]超轻硬硅钙石型硅酸钙保温材料由于其具有低的导热系数，良好的高温热稳定性及较小的容重被广泛应用于各行各业。硬硅钙石是超轻硅酸钙保温隔热材料的主要矿物成分，晶体呈纤维状或针状，在一定水热合成条件下，它们能相互缠绕形成毛栗状的球形粒子，其制备方法是将钙质原料、硅质原料和水按一定比例混合直接放入带有搅拌器的高压釜中，使之形成由具有毛栗状二次粒子组成的活性料浆。目前国内普遍采用来源广价格低的石英细粉作为生产高温硅酸钙的硅质原料，因此硬硅钙石的水热合成是S12和Ca(OH)2两种固体粒子间的不均一分散系的反应。硬硅钙石属单斜晶系，其化学式为6Ca0.6S1O2.H2O，密度为2.79g/cm3。因此如用硬硅钙石制成完全致密的固体，其体积密度将达到2700kg/m3ο如要将材料的体积密度下降到150kg/m3，必须在材料中引入大量气孔。
[0005]目前，硬硅钙石的制备方法主要是水热合成法，CN1958499A公开了一种硬硅钙石保温隔热材料及其制备方法，所述方法分别利用了粉煤灰和电石渣两种工业固废，但是其掺入量并不高而且在硬硅钙石的制备过程中依然还需要大量原生的硅、钙等一次资源，生产成本较高。CN 10 1880 I 50A公开了制造硬硅钙石型硅酸钙保温材料的工艺方法，CN1307083A公开了硅酸钙隔热防火材料的制造方法，CN1636917A公了的一种硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料的制备方法，CN1559954A公开了一种膨胀珍珠岩-硬硅钙石复合保温材料及其制备方法，但是，以上方法所用原料均未涉及工业固废，而且所需的钙源和硅源都需要经过高能耗的预处理工艺使之粒度细小，活性增高，且生产成本高，生产耗时长。因此，如何寻找一种成本低廉，又兼顾材料热稳定性的方法，一直是人们亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的不足，以及解决脱硅渣高值化资源利用技术的匮乏，本发明提供了一种利用脱硅渣制备硬硅钙石的方法，所述方法以脱硅渣为原料，通过对脱硅渣进行X-ray衍射分析和组成分析，控制水热合成体系中Ca/Si摩尔比为0.5?2的条件下，研究出了在碱性溶液条件下水热合成硬硅钙石的方法。所述方法为制备硬硅钙石找到一种廉价原料，从而大大降低了硬硅钙石的生产成本，提高了保温材料的热稳定性能，同时也实现脱硅渣的资源化高值利用，避免了危险化工固废的排放对环境造成污染。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]本发明提供了一种利用脱硅渣制备硬硅钙石的方法，所述方法包括以下步骤:
[0009](I)将脱硅渣与碱性溶液置于反应器中，在搅拌条件下进行水热合成反应，得到硬硅钙石料浆；
[0010](2)将硬硅钙石料浆进行固液分离，得到的固体进行固体成型和干燥脱水后得到硬硅钙石产品。
[0011]其中，本发明所述的脱硅渣为含钒工业中产生的固废脱硅渣，其主要成分及含量为:二氧化娃20?25wt%，氧化|丐30?35wt%，五氧化二fji0.4?0.6wt%，三氧化二络0.1?0.3wt%，五氧化二磷0.1?0.3wt%，三氧化二铁1.5?2wt%，氢氧化钠2.5?3wt%。
[0012]以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
[0013]作为本发明优选的技术方案，步骤(I)中对脱硅渣进行除杂后，与碱性溶液置于反应器中。
[0014]本发明中，对脱硅渣进行除杂是为了将脱硅渣中夹带的V043—、Cr042—离子和游离的NaOH等杂质除掉。
[0015]作为本发明优选的技术方案，所述除杂为洗涤除杂。
[0016]优选地，用碱性溶液对脱硅渣进行洗涤除杂。
[0017]优选地，所述碱性溶液为Na2CO3和/或K2CO3溶液。
[0018]优选地，所述碱性溶液的浓度为0.5?10wt%，例如0.5wt%、Iwt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9￥1:%或1(^1:%等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0019 ] 优选地，所述碱性溶液与脱硅渣的液固比为2?1，例如2、3、4、5、6、7、8、9或1等，
但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0020]优选地，所述洗涤除杂的温度为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，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0021 ]作为本发明优选的技术方案，步骤(I)所述碱性溶液为Na2CO3和/或K2CO3溶液。
[0022]优选地，步骤(I)所述碱性溶液的浓度为4?12wt%，例如4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11^1:%或12￥1:%等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行，进一步优选为5?10wt%。
[0023]作为本发明优选的技术方案，步骤(I)所述碱性溶液与脱硅渣的液固比为10?35，例如10、15、20、25、30或35等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0024]作为本发明优选的技术方案，步骤(I)中水热合成反应体系中控制Ca元素与Si元素的摩尔比0.5?2，例如0.5、1、1.5或2等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。当Ca元素与Si元素的摩尔比〈0.5时，会有碳酸钙相生成，且纤维状硬硅钙石合成不充分，但合成产品中已经开始出现硬硅钙石6Ca0.6S1O2.H2O相；当Ca元素与Si元素的摩尔比>2时，脱硅渣经过在Na2CO3溶液水热养晶，可以生成纤维球状的纤维状团聚球，并且生成大部分块状CaCO3颗粒，虽其压缩强度达到远大于轻质硅酸钙板强度要求>0.2MPa，但其直接成型硅酸钙板的容重相对较大，都不符合制作轻质保温材料硬硅钙石的要求
[0025]作为本发明优选的技术方案，步骤(I)中水热合成反应的反应温度为150?250°C，例如150°C、170°C、200°C、230°C或250°C等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0026]优选地，步骤(I)中水热合成反应的反应时间为4?7h，例如4h、5h、6h或7h等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0027]优选地，步骤(I丨中搅拌速度为]^。?]^。!./!!^]!^!^!]]^。!./!!^]!、]^。!./!!^]!、]^。!./min、150r/min、160r/min、170r/min或180r/min等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0028]作为本发明优选的技术方案，步骤(I)所述水热合成反应在密闭条件下进行。
[0029]优选地，步骤(I)所述水热合成反应中，反应体系的压力为0.4?3MPa，例如0.4MPa、IMPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa或3MPa等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0030]作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述固体成型过程中成型压力为0.1?2MPa，例如0.1MPa,0.5MPa、IMPa、1.5MPa或2MPa等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0031]优选地，步骤(2)中干燥温度为70?105°(3，例如70°(3、75°(3、80°(3、85°(3、90°(3、95°C、100°C或105°C等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0032]优选地，步骤(2)中干燥时间为I?10h，例如lh、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或1h等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
[0033]作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤:
[0034](I)用浓度为0.5?1wt %的碱性溶液按液固比2?10对脱硅渣在50?90°C下进行洗涤除杂，将经过洗涤除杂后的脱硅渣与浓度为4?12wt %的Na2CO3和/或K2CO3溶液按液固比10?35置于密闭反应器中，在搅拌速度为120?180r/min的搅拌条件下于150?250°C下进行水热合成反应4?7h，反应体系中控制Ca元素与Si元素的摩尔比0.5?2，控制反应体系的压力为0.4?3MPa，得到硬硅钙石料浆；
[0035](2)将硬硅钙石料浆进行固液分离，得到的固体在0.1?2MPa下进行固体成型和在70?105°C下干燥脱水I?I Oh后得到硬硅钙石产品。
[0036]与现有技术相比，本发明具