一種利用微硅粉和電石渣制備橡塑填料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于材料、化工領(lǐng)域，具體涉及一種利用工業(yè)固棄物微硅粉和電石渣制備硅酸鈣微粉的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]微硅粉是硅金屬和硅鐵合金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，在礦熱電爐內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性S1和Si氣體與空氣迅速氧化并冷凝，經(jīng)捕集得到的工業(yè)粉塵。微硅粉的主要成分是非晶態(tài)的Si〇2，其含量一般為80%?95%;同時(shí)還夾雜C、Fe203、Ca0、K20、Na20等雜質(zhì)。微硅粉的平均粒徑一般在ΙΟμπι以下，比表面積為20?32m2/g。近年來(lái)，隨著我國(guó)環(huán)保法規(guī)力度的加強(qiáng)，作為硅鐵企業(yè)副產(chǎn)物的微硅粉的回收量逐年增加。但是由于微硅粉的市場(chǎng)容量小，大部分收集的微硅粉被企業(yè)隨意堆放，既占用大量土地，增加成本負(fù)擔(dān)；同時(shí)還會(huì)揚(yáng)塵造成二次污染，嚴(yán)重危害環(huán)境和人身健康。因此，如何實(shí)現(xiàn)微硅粉的資源化、高值化利用成為迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]硅酸鈣是一種呈白色粉末狀的硅酸鹽產(chǎn)品，其化學(xué)式為CaSi03。純度較高的硅酸鈣微粉具有良好的介電性能和較高的耐熱性能，在橡膠、陶瓷、化工、冶金、建筑、機(jī)械、電子、造紙、農(nóng)業(yè)等部門(mén)具有廣泛的應(yīng)用。
[0004]目前，在現(xiàn)有針對(duì)硅酸鈣合成制備的技術(shù)中，主要是利用濕化學(xué)法水熱合成硅酸鈣產(chǎn)品。中國(guó)發(fā)明專利CN156973報(bào)道一種可降解多孔硅酸鈣陶瓷生物活性材料的制備方法，該發(fā)明主要是分析純的Ca(NO3)2.4H20,Na2S13.9Η20、氨水和去離子水為原料，將ImoVL的Na2S13溶液和Ca(NO3)2溶液以等摩爾比物料反應(yīng)，攪拌8?24h，過(guò)濾洗滌，烘干過(guò)篩后于800?1000°C煅燒I?3消失制得β-硅酸鈣微粉，但是該方法的原料成本和能耗較高，工藝過(guò)程反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，難以進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)發(fā)明專利CN102583480A和CN101591023A分別報(bào)道了利用(高鋁)粉煤灰脫硅液制備硅酸鈣微粉的方法，該發(fā)明是利用粉煤灰與氫氧化鈉溶液發(fā)生脫硅反應(yīng)，然后脫硅液經(jīng)苛化、水洗、脫堿水洗、干燥等步驟得到硅酸鈣產(chǎn)品，但是粉煤灰中活性S12的含量較低，一般不超過(guò)60 %，硅酸鈣產(chǎn)品的有效產(chǎn)率較低。中國(guó)發(fā)明專利CN1095732報(bào)道了一種硅灰石的改性方法，該發(fā)明是利用鄰苯二甲酸二丁酯對(duì)硅灰石進(jìn)行改性處理，在硅灰石表面形成一包覆層，該發(fā)明的原料成本較低，但是改性過(guò)程中要消耗昂貴的有機(jī)物，不利于該技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)專利CN102923725A報(bào)道了一種超高比表面積的硅酸鈣納米薄片制備方法，但是該發(fā)明的制備過(guò)程比較復(fù)雜，同樣不利于大規(guī)模的生產(chǎn)。中國(guó)專利CN1301677報(bào)道了一種人造硅灰石及其制法，該方法是將天然的硅石、方解石、長(zhǎng)石螢石等原料粉碎混合后在1000?1600°C煅燒，然后自然冷卻或水冷，經(jīng)研碎而成，該方法的原料成本較低，但是能耗比較高，原料中的雜質(zhì)對(duì)硅灰石微粉的性能影響較大。通過(guò)文獻(xiàn)檢索資料發(fā)現(xiàn)，目前，還沒(méi)有利用工業(yè)固棄物微硅粉和電石渣為原料制備橡膠和塑料填料填料的詳細(xì)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用工業(yè)固棄物微硅粉和電石渣制備橡塑填料的方法。該方法投資較少，原料來(lái)源廣泛，成本低廉，能耗較低;制得的硅酸鈣橡塑填料物理化學(xué)性能穩(wěn)定，白度高，比表面積較大，粒度均勻。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)固棄物的資源化、高值化利用。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種利用微硅粉和電石渣制備橡塑填料的方法，其步驟為:
[0008]I)將微硅粉和濃度為5?30% (摩爾)的氫氧化鈉溶液混合攪拌進(jìn)行堿浸脫硅反應(yīng)；
[0009]2)對(duì)反應(yīng)后的混合物進(jìn)行過(guò)濾分離，并對(duì)濾餅進(jìn)行多次洗滌，過(guò)篩除去溶液中懸浮雜質(zhì)，得到脫硅溶液和脫硅渣；
[0010]3)將電石渣直接煅燒或加入酸液進(jìn)行酸洗后煅燒，得到生石灰；
[0011]4)將步驟3)所得生石灰加水進(jìn)行消化得到活性石灰乳；
[0012]5)將步驟4)所得石灰乳和步驟2)所得脫硅液混合攪拌進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)完成后過(guò)濾洗滌得到含水硅酸鈣和氫氧化鈉溶液，含水硅酸鈣烘干制得硅酸鈣橡塑填料;氫氧化鈉溶液濃縮后可以返回步驟I)中循環(huán)使用。
[0013]上述步驟I)中的微硅粉為工業(yè)硅和硅鐵合金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中收集的固體廢棄物粉塵，屬于低品級(jí)微硅粉。
[0014]上述步驟I)中微硅粉中S12與氫氧化鈉的質(zhì)量比為0.64:1-0.76:1ο
[0015]上述步驟I)中微硅粉與氫氧化鈉溶液的脫硅反應(yīng)溫度為90?180°C，脫硅反應(yīng)時(shí)間為0.5?4小時(shí)。
[0016]上述步驟3)中的酸為稀硫酸或鹽酸，煅燒條件為溫度450?900°C，時(shí)間為0.5?4.5小時(shí)。
[0017]上述步驟4)中生石灰與水的質(zhì)量比為1:3?8，消化水的溫度為60?95°C。
[0018]上述步驟5)中石灰乳(以CaO計(jì)量)與脫硅溶液(以S12計(jì)量)的質(zhì)量比為0.75:1?1.12:1，反應(yīng)溫度為90?125°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5?3小時(shí)。
[0019]上述的含水硅酸鈣烘干溫度為150?400°C，烘干時(shí)間為0.5?8小時(shí)。
[0020]上述氫氧化鈉溶液的回收率為85?95%，回收濃縮后氫氧化鈉的濃度為10?15%。
[0021 ]上述方法中，所述的硅酸鈣橡塑填料的真密度為0.40g/m3，松散堆積密度為0.22?0.32g/m3，比表面積為150?200m2/g，白度達(dá)到85?90，平均粒度為2.5?4μπι。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明投資少，生產(chǎn)成本低，原料來(lái)源廣泛低廉，工藝操作簡(jiǎn)單，能耗低，制得的硅酸鈣橡塑填料化學(xué)性能穩(wěn)定，粒度均勻，白度高，雜質(zhì)含量低；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)固棄物的資源化、高值化循環(huán)利用。具體如下:
[0024](I)本發(fā)明的原料來(lái)源豐富廣泛，成本低廉，通過(guò)廉價(jià)的石灰石和工業(yè)固棄物微硅粉制備出硅酸鈣粉體;硅酸鈣粉體產(chǎn)品比表面積大，產(chǎn)品的化學(xué)成分和理化性質(zhì)穩(wěn)定，雜質(zhì)含量低。
[0025](2)氫氧化鈉的循環(huán)利用率較高，達(dá)到85%以上，可以降低多孔硅酸鈣生產(chǎn)制備的成本；
[0026](3)該方法的工藝過(guò)程和設(shè)備簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，能耗和物耗較低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)固棄物的高值化、資源化循環(huán)利用，符合國(guó)家的循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策。
【附圖說(shuō)明】
[0027]附圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029](I)稱取微硅粉10Kg(Si02含量為78wt%)作為原料，微硅粉與氫氧化鈉質(zhì)量比為1.5:1進(jìn)行物料配比。氫氧化鈉固體用水溶解配置成濃度為15%的氫氧化鈉溶液，不斷攪拌防止氫氧化鈉凝結(jié)沉淀。將微硅粉和氫氧化鈉溶液混合均勻后置于反應(yīng)釜中，機(jī)械攪拌?？刂泼摴璺磻?yīng)的溫度為120°C，脫硅反應(yīng)時(shí)間2.0h。在脫硅反應(yīng)過(guò)程中不斷機(jī)械攪拌，保持脫硅反應(yīng)的均勻，防止局部區(qū)域出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象。
[0030](2)脫硅反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)真空過(guò)濾機(jī)對(duì)脫硅反應(yīng)形成的懸浮料漿體系進(jìn)行過(guò)濾分離，并用熱水對(duì)濾餅進(jìn)行多次洗滌，除去脫硅液中的懸浮物，制得脫硅溶液。
[0031](3)將電石渣在500°C煅燒3小時(shí)，得到生石灰。
[0032](4)將生石灰和工藝水水如1:3的比例進(jìn)行消化處理，工藝水的溫度為65°C，得到石灰乳；
[0033](5)將配置好的石灰乳和脫硅精液混合，置于反應(yīng)釜中?；旌先芤涸?5°C的條件下機(jī)械攪拌反應(yīng)60min，攪拌速率為150r/min。反應(yīng)結(jié)束后在真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行過(guò)濾，并用熱水和稀堿溶液進(jìn)行洗滌。過(guò)濾后所得濾餅即為含水硅酸鈣。將硅酸鈣樣品在200°C條件下烘干Sh即得到硅酸鈣微粉。過(guò)濾后的洗滌濾液為氫氧化鈉溶液，其經(jīng)適度蒸發(fā)濃縮后補(bǔ)充少量氫氧化鈉返回步驟(I)中再次用于微硅粉的脫硅反應(yīng)。制得的硅酸鈣填料產(chǎn)品的理化性能為:白度為 82 ；粒度為 2.8μπι ；堆積密度為 0.32g/cm3 ； Fe2OK0.08%, Ca0+Si02>96 %。
[0034]實(shí)施例2
[0035](I)稱取微硅粉15Kg( S12含量為82.3 %wt)作為原料，微硅粉與氫氧化鈉質(zhì)量比為1.1:1進(jìn)行物料配比。氫氧化鈉固體用水溶解配置成濃度為20%的氫氧化鈉溶液，不斷攪拌防止氫氧化鈉凝結(jié)沉淀。將微硅粉和氫氧化鈉溶液混合均勻后置于反應(yīng)釜中，機(jī)械攪拌。控制脫硅反應(yīng)的溫度為160°C，脫硅反應(yīng)時(shí)間1.5h。在脫硅反應(yīng)過(guò)程中不斷機(jī)械攪拌，保持脫硅反應(yīng)的均勻，防止局部區(qū)域出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象。
[0036](2)脫硅反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)真空過(guò)濾機(jī)對(duì)脫硅反應(yīng)形成的懸浮料漿體系進(jìn)行過(guò)濾分離，并用工藝熱水對(duì)濾餅進(jìn)行多次洗滌。洗滌制得的濾液即為脫硅溶液;將脫硅溶液在立式葉濾機(jī)中進(jìn)行二次過(guò)濾，除去脫硅液中的懸浮物，得到脫硅精液。
[0037](3)用稀硫酸對(duì)電石渣進(jìn)行除雜處理，然后在550°C煅燒1.5小時(shí)，得到生石灰。
[0038](4)將生石灰和工藝水水如1:5的比例進(jìn)行消化處理，工藝水的溫度為75°C，得到石灰乳