硬硅鈣石材料和硬硅鈣石保溫材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種硬硅鈣石材料的制備方法及由該方法制得的硬硅鈣石材料，以及 含有該鈣硬硅鈣石材料的硬硅鈣石型保溫材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 脫鋁殘?jiān)卜Q為硅鈣渣，是從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁后剩余的殘?jiān)?。從高鋁粉 煤灰中提取氧化鋁源于上世紀(jì)50年代，國外率先從粉煤灰(氧化鋁含量大于30%)中成功提 取氧化鋁。隨著我們環(huán)保政策日益嚴(yán)格以及高品位鋁土礦資源短缺危機(jī)加劇，近年各地開 始采用從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁技術(shù)，該技術(shù)能一定程度上利用粉煤灰并緩解我國鋁土 礦資源短缺危機(jī)，對減輕粉煤灰環(huán)境污染、擴(kuò)大粉煤灰資源化利用途徑和拓展我國氧化鋁 工業(yè)原料來源具有積極意義，但與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的提鋁殘?jiān)?br>[0003]目前對粉煤灰提鋁殘?jiān)睦弥饕Ａ粼冢?)用作復(fù)合路基材料和（2)作為水泥 原料用于生產(chǎn)水泥。對于第（1)種用途，顯然存在利用途徑過于低端，造成硅、鈣資源的嚴(yán)重 浪費(fèi)。對于第（2)種用途，由于硅鈣渣的鈉含量高，無法滿足水泥生產(chǎn)要求，因此只能用于 生產(chǎn)硅鈣渣復(fù)合水泥混合材料。例如CN103145357A公開了一種利用硅鈣渣生產(chǎn)復(fù)合水泥 混合材料的方法，該方法包括將硅鈣渣、沸石粉和粉煤灰混合后粉磨，冷卻至低于20°C后， 再與木質(zhì)素磺酸鈣混合。該方法盡管能夠制得活性指數(shù)高的硅鈣渣復(fù)合水泥混合材料，但 水消耗量巨大，成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。
[0004] 硬硅鈣石保溫隔熱材料在世界上已有40余年的發(fā)展歷史。硬硅鈣石的使用溫度 可以達(dá)到1000°C，不但具有低的導(dǎo)熱系數(shù)(小于等于0. 045W/m. K)，而且具有吸音、防火等 功能，無論是在建筑物建設(shè)、使用還是拆除過程中均不產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)，是一種全 綠色的保溫隔熱材料。CN1958499A公開了一種硬硅鈣石保溫隔熱材料的制備方法，該方 法首先利用電石渣制得氧化鈣粉，然后利用動(dòng)態(tài)水熱合成，制備硬硅鈣石活性料漿，成型干 燥，制得初產(chǎn)品，然后涂憎水劑，烘干即得產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供另一種制備硬硅鈣石材料的方法，該方法既能實(shí)現(xiàn)粉煤灰 的綜合利用，又能降低硬硅鈣石型保溫隔熱材料的生產(chǎn)成本。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種制備硬硅鈣石材料的方法，該方法包括 以下步驟：
[0007] (a)在含硅粉狀工業(yè)廢料中加入含鈣原料和堿金屬含氧化合物，進(jìn)行混合燒結(jié)，得 到燒結(jié)熟料；
[0008] (b)將所述燒結(jié)熟料用調(diào)整液進(jìn)行溶出、脫堿，得到硅酸鈣；
[0009] (c)將所述硅酸鈣在200~350°C下加熱1~20小時(shí)，得到硬硅鈣石漿料。
[0010] 本發(fā)明的第二方面提供了由上述方法獲得的硬硅鈣石材料。
[0011] 本發(fā)明的第三方面提供了一種硬硅鈣石型保溫材料，該硬硅鈣石型保溫材料由含 有硬硅鈣石材料和粘結(jié)劑的物料經(jīng)入模成型得到，其特征在于，所述硬硅鈣石材料為本發(fā) 明提供的硬硅鈣石材料。
[0012] 本發(fā)明的第四方面提供了一種硬硅鈣石型保溫材料的制備方法，其特征在于，該 方法包括由本發(fā)明提供的制備硬硅鈣石材料的方法制備硬硅鈣石材料，然后將鈣硬硅鈣石 材料與粘結(jié)劑在溶劑中混合，得到固體混合漿料；然后將鈣固體混合漿料經(jīng)入模成型、干 燥。
[0013]本發(fā)明的第五方面還提供了由上述方法制得的硬硅鈣石保溫材料。
[0014]本發(fā)明提供的硬硅鈣石材料具有輕質(zhì)、抗壓、抗折強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠用作保溫隔 熱材料。
[0015]本發(fā)明的制備硬硅鈣石材料和硬硅鈣石型保溫材料的方法以含硅粉狀工業(yè)廢料 為原料，通過與含鈣原料和堿金屬含氧化合物混合燒結(jié)，并依次通過溶出、脫堿和在200~ 350°C下加熱1~20小時(shí)得到。由此可以看出本發(fā)明的方法具有工藝簡單、原料易得且制 得的產(chǎn)品性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，以粉煤灰提鋁殘?jiān)?主要物相組成：硅酸鈣）為 原料，同時(shí)作為硅源和鈣源，一方面可以避免因開采大量石灰石而造成植被破壞和水土流 失等問題；另一方面由于提鋁殘?jiān)芏鹊?，無需發(fā)泡便可制得低密度輕質(zhì)保溫材料，解決了 發(fā)泡難度大、均勻性差的問題。
[0017]本發(fā)明的方法能夠制得鳥巢狀的硬硅鈣石材料，因此有效提高了制品的抗壓、抗 折強(qiáng)度；該方法無需添加增強(qiáng)劑，即可制得達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對抗壓抗折強(qiáng)度要求的硬硅鈣石 保溫材料，提鋁殘?jiān)鼰o需經(jīng)煅燒、粉磨活化便可用于水熱合成，而且預(yù)脫硅步驟得到的硅酸 鈉溶液可作為粘結(jié)劑循環(huán)利用，由此大大降低了生產(chǎn)成本。
[0018]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0019] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0020] 圖1是實(shí)施例1中燒結(jié)熟料的X射線粉末衍射圖譜；
[0021] 圖2是實(shí)施例1中堿式硅酸鈣的X射線粉末衍射圖譜；
[0022] 圖3是實(shí)施例1得到硬硅鈣石材料的X射線粉末衍射圖譜；
[0023] 圖4是實(shí)施例1得到硬硅鈣石材料的SEM圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種制備硬硅鈣石材料的方法，該方法包 括以下步驟：（a)在含硅粉狀工業(yè)廢料中加入含鈣原料和堿金屬含氧化合物，進(jìn)行混合燒 結(jié)，得到燒結(jié)熟料；
[0026] (b)將所述燒結(jié)熟料用調(diào)整液進(jìn)行溶出、脫堿，得到硅酸鈣；
[0027] (c)將所述硅酸鈣在200~350°C下加熱1~20小時(shí)，得到硬硅鈣石漿料。
[0028] 通過將上述硬硅鈣石漿料進(jìn)行固液分離，即可獲得固體硬硅鈣石材料。
[0029] 本發(fā)明的方法可以適用于各種含硅粉狀工業(yè)廢料，優(yōu)選所述含硅粉狀工業(yè)廢料中 硅含量為30~60重量％更優(yōu)選為30~55重量％。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，含硅粉狀工業(yè)廢料 為粉煤灰、偏高嶺土、粘土、爐灰、赤泥、高嶺土和礦渣中的一種或多種。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，所述含鈣原料用于提供硬硅鈣石材料的鈣，因此可以是各種含鈣物 質(zhì)，優(yōu)選為氧化鈣、碳酸鈣和氫氧化鈣中的一種或多種。
[0031] 所述堿金屬含氧化合物可以是各種同時(shí)含有堿金屬元素和氧元素的物質(zhì)，優(yōu)選為 堿金屬的強(qiáng)堿弱酸鹽，進(jìn)一步優(yōu)選為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的一種或多 種。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，本發(fā)明的方法還包括在步驟（a )之前將含硅粉狀工業(yè)廢 料進(jìn)行預(yù)脫硅，得到硅酸鹽溶液和脫硅物料，所述脫硅物料與含鈣原料和堿金屬含氧化合 物進(jìn)行所述混合燒結(jié)。預(yù)脫硅的方式優(yōu)選包括將所述含硅粉狀工業(yè)廢料與濃度為5~30 重量％的氫氧化鈉和/或氫氧化鉀水溶液在80~140°C下反應(yīng)0. 5~5小時(shí)。所述氫氧化 鈉和/或氫氧化鉀水溶液的濃度優(yōu)選為10~20重量％。反應(yīng)溫度優(yōu)選為90~130°C，時(shí) 間優(yōu)選為1~1. 5小時(shí)。含硅粉狀工業(yè)廢料與所述氫氧化鈉和/或氫氧化鉀水溶液的重量 比優(yōu)選為1: 3~6,進(jìn)一步優(yōu)選為1 :3~5。其中，同時(shí)使用氫氧化鈉和氫氧化鉀時(shí)，上述 重量比以氫氧化鈉和氫氧化鉀的總量計(jì)。
[0033] 優(yōu)選情況下，本發(fā)明的方法還包括將預(yù)脫硅后的物料進(jìn)行固液分離，得到硅酸鹽 (硅酸鈉和/或硅酸鉀)溶液以及脫硅物料。其中硅酸鹽溶液可以作為粘結(jié)劑用于制備后述 的硅鈣石型保溫材料及其制品。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，脫硅物料與含鈣原料和堿金屬含氧化物的配料鈣比
[Ca0]/[Si02+Ti02](摩爾比）為 0.8 ~1.2,配料堿比[Na20+K- 20]/[Si02+Al203+Fe20 3](摩 爾比）為0. 8~1. 2,進(jìn)一步優(yōu)選為鈣比0. 9~1. 1，堿比0. 9~1. 1。
[0035] 步驟（a)中得到的燒結(jié)熟料的X射線粉末衍射圖譜如圖2所示。從圖2可以看出， 該燒結(jié)熟料的主要成分為硅鈣酸鈉（Na 2CaSi04)和鋁酸鈉（NaA102)。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，所述燒結(jié)熟料的粒度為50~100目，所述溶出的溫度為 70~90°C，優(yōu)選為75~85°C，時(shí)間為10~60分鐘，優(yōu)選為20~50分鐘?？梢酝ㄟ^破碎 步驟（a)得到的燒結(jié)熟料來獲得上述粒度的燒結(jié)熟料。
[0037] 步驟（b)溶出后得到的固體物料的X射線粉末衍射圖譜如圖3所示。從圖3可以 看出，該固體物料的主要成分是硅鈣酸鈉（Na 2CaSi04)，并含有少量方解石CaC03。
[0038] 將圖3與圖2對比可以看出，與燒結(jié)熟料相比，溶出后得到的固體物料中幾乎不存 在鋁酸鈉（NaA10 2)。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟（b)中進(jìn)行溶出后，優(yōu)選對得到的堿式硅酸鈣進(jìn)行脫堿，優(yōu)選 獲得以Na+計(jì)堿含量不超過1重量％的娃酸鈣。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，所述調(diào)整液為碳酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種的水 溶液，且所述燒結(jié)熟料與調(diào)整液的重量比為1 :3~6,進(jìn)一步優(yōu)選為1 :3. 5~5. 5。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，步驟（b)中，所述脫堿的方式包括將步驟（b)溶出得到的堿 式硅酸鈣與氫氧化鈉和/或氫氧化鉀接觸，堿式硅酸鈣與氫氧化鈉和/或氫氧化鉀溶液的 重量比為1 :2~6,進(jìn)一步優(yōu)選為1 :3~6。進(jìn)一步優(yōu)選所述氫氧化鈉和/或氫氧化鉀以濃 度為50~lOOg/L的水溶液形式使用。脫堿的溫度優(yōu)選為100~180°C，更優(yōu)選為110~ 170°C，脫堿的時(shí)間優(yōu)選為0.