專利名稱：酸法提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉煤灰的綜合利用，尤其是高鋁粉煤灰酸法提取氧化鋁之后的棄渣制備橡膠填料的方法。
背景技術(shù)：
我國是以煤為主要能源的國家，電力的76%是由煤炭產(chǎn)生的，每年用煤超過4億多噸，占全國原煤產(chǎn)量的1/3，燃煤產(chǎn)生的粉煤灰總堆存量已超過10億噸，而且還在以每年上億噸的速度增加，成為世界上最大的排灰國。因此，粉煤灰綜合利用，不僅是關(guān)系到我國電力工業(yè)及相關(guān)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的亟待解決的大問題，而且對保護土地資源、減少和消除污染，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟具有重要意義。目前我國粉煤灰的利用方向是制造砌塊、磚、水泥、陶粒等建材產(chǎn)品為主。近些年，人們發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)區(qū)粉煤灰中氧化鋁含量較高，完全可以成為新的鋁礦資源加以利用，由此，關(guān)于從粉煤灰中提取氧化鋁的研究與生產(chǎn)已經(jīng)倍受關(guān) 注。目前從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，主要分為酸法和堿法兩大類，通過酸或堿等特定條件下活化分解粉煤灰，使硅鋁得以分離。酸法提鋁過程中，各種金屬陽離子與鋁一同進入酸液，分離后的渣是以非晶態(tài)二氧化硅為主的微細粉末，并含有部分未燃碳。以往對于渣的研究僅考慮了其中占主要成分的非晶態(tài)二氧化硅，將其作為白炭黑、建材、高硅質(zhì)原料等，沒有考慮其中約占20 %未燃碳的利用。以往未燃碳均采用燃燒方法去除，燃燒過程產(chǎn)生大量二氧化碳，污染環(huán)境并造成資源浪費。本發(fā)明提出一種對粉煤灰提鋁后的渣經(jīng)表面改性，直接作為橡膠填料的方法。該方法利用酸溶渣中非晶態(tài)二氧化硅以及伴生的未燃碳，獲得與高分子材料相容性好、成本低廉、生產(chǎn)方法簡單的新途徑，為實現(xiàn)粉煤灰資源高效利用拓展新空間。以往涉及采用固體廢棄物制備白炭黑的方法很多，而采用酸溶渣直接進行改性利用并保留其未燃碳的還未見報道。以往關(guān)于利用固體伴生有機物進行碳化處理，與非晶態(tài)二氧化硅共同作為橡膠填料的僅有CN101747541A公開了一種《娃藻土粉體表面碳化改性方法》。將含有有機質(zhì)的娃藻土粉碎至< 200目，放入高溫爐中焙燒，隔絕空氣保溫，隨爐冷卻制成碳化硅藻土 ；該發(fā)明采用直接碳化法制取硅藻土表面均勻包覆無定型碳或多孔碳的碳化改性硅藻土方法，該碳化改性硅藻土充分利用了硅藻土中殘余的有機物殘體，使其變廢為寶，并兼有硅藻土粉體表面的碳化均勻、包覆牢固、與有機物相容性好，性能穩(wěn)定，工藝簡單，成本低廉。CN102504368A公開了一種《用油頁巖灰洛改性橡膠及其方法》。將提油后的油頁巖灰渣粉碎至< 300目；放入高溫爐中焙燒，隔絕空氣保溫，隨爐冷卻制成碳化油頁巖灰渣；將碳化油頁巖灰渣、生膠、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、硫粉和硫化促進劑裝入混煉機中；在一定溫度條件下混煉；冷卻后在平板硫化儀中成型。該發(fā)明充分利用了油頁巖灰渣中殘余的有機物殘體，使其變廢為寶，消除了油頁巖灰渣露天堆放的環(huán)境污染，且碳化油頁巖灰渣粉體表面碳化均勻、包覆牢固、與有機物相容性好，性能穩(wěn)定，工藝簡單，成本低廉。上述方法均針對天然產(chǎn)出的含有機物的礦物經(jīng)碳化處理獲得無機礦物與無定形碳的復(fù)合體用于改性橡膠填料。CN101844770A公開了《一種利用粉煤灰提鋁殘渣制備白炭黑的方法》。該方法將粉煤灰提鋁后的渣與碳酸鈉混合燒結(jié)，酸溶陳化，過濾洗滌，干燥脫水，即得白炭黑。所得白炭黑中SiO2的含量大于90wt%，BET比表面積大于200m2/g，吸油值大于3. 0ml/g。CN101348578公開了一種《改性粉煤灰微珠橡塑填料的制備方法》。該方法以粉煤灰為原料，通過對其表面進行腐蝕和化學(xué)改性、處理，能夠取代輕質(zhì)碳酸鈣充填在橡膠和塑料制品中的改性粉煤灰微珠橡塑填料的制備方法。其技術(shù)要點是用氫氟酸作為腐蝕劑對粉煤灰表面進行腐蝕處理后，形成新的表面和活性點；再經(jīng)活化劑活化，納米改性，偶聯(lián)劑接枝疏水性處理等，獲得粉煤灰微珠橡塑填料。CN102532955A公開了一種《一種納米碳酸鈣包覆粉煤灰超細粉的制備方法》。該 發(fā)明以廢棄的粉煤灰為原料，通過超細粉碎、活化，再對其表面用納米碳酸鈣進行包覆和化學(xué)改性、偶聯(lián)處理，得到能夠替代輕質(zhì)碳酸鈣充填在橡膠和塑料制品中的納米碳酸鈣包覆粉煤灰超細粉產(chǎn)品。其各項指標(biāo)均優(yōu)于輕質(zhì)碳酸鈣補強性能好，耐老化，耐腐蝕，與聚合物基體的相容性好。上述方法是針對粉煤灰或提鋁酸渣經(jīng)過堿溶或酸溶進一步化學(xué)處理，再經(jīng)過表面包覆后獲得白炭黑或改性填料，工藝較復(fù)雜，上述的現(xiàn)有技術(shù)均沒有考慮到灰渣中未燃碳的利用?，F(xiàn)有技術(shù)都是將粉煤灰制成白炭黑用于橡膠填料，而本發(fā)明不僅有效的利用了粉煤灰棄渣中的非晶態(tài)SiO2,更重要的是充分利用了粉煤灰棄渣中含有的未燃碳，不僅節(jié)省了資源，還減少了二氧化碳的排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種酸法提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法。將固體廢棄物粉煤灰酸法提鋁后的殘渣和其中含有的未燃碳綜合利用，用酸法提鋁后的粉煤灰棄渣制備橡膠填料，不僅有效的利用了粉煤灰棄渣中的非晶態(tài)SiO2，更重要的是充分利用了粉煤灰棄渣中含有的未燃碳，可部分替代橡膠填料中的炭黑。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的酸法提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法，其特征在于，包括以下步驟a、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH達到6-7后干燥；b、將干燥后的粉煤灰棄渣粉碎至小于300目；C、將小于300目的粉煤灰棄渣按照質(zhì)量分數(shù)加入O. 5-3%有機改性劑；d、高速混合、研磨，混合均勻，陳化4小時以上，得活性改性灰渣；e、該活性改性灰渣即為橡膠填料。步驟c所述的有機改性劑為硅烷、十八烷酸或有機胺的任意一種。所述的有機胺是醇胺類中的任一種，如一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，3-丙醇胺，一異丙醇胺，二異丙醇胺，三異丙醇胺，N, N-二甲基乙醇胺，N, N-二乙基乙醇胺。有益效果現(xiàn)有技術(shù)都是將粉煤灰制成白炭黑用于橡膠填料，而本發(fā)明不僅有效的利用了粉煤灰棄渣中的非晶態(tài)SiO2，更重要的是充分利用了粉煤灰棄渣中含有的未燃碳，可部分替代橡膠填料中的炭黑，不僅節(jié)省了資源，還減少了二氧化碳的排放。未燃碳與非晶態(tài)二氧化硅均勻復(fù)合，經(jīng)過表面改性，使得其在橡膠基體中分散均勻，相容性好，性能穩(wěn)定，工藝簡單，成本低廉。測試樣品的機械性能，各項指標(biāo)均達到GB3778-94標(biāo)準(zhǔn)。實施例Ia、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH = 6后干燥；b、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣粉碎至< 300目；C、取干燥后灰渣質(zhì)量的1%硅烷進行混合、研磨，混合均勻，陳化4小時以上，得活性改性灰渣； d、取活性改性灰渣15份、三元乙丙橡膠100份、炭黑85份、硬脂酸4份、氧化鋅5份、硫粉I. 5份和硫化促進劑M,硫化促進劑D，硫化促進劑TT，硫化促進劑H，硫化促進劑ZDMC，硫化促進劑ZBX或硫化促進劑NA-22任一種I. 5份裝入混煉機中； e、在130°C條件下混煉20分鐘；f、冷卻后在平板硫化儀中成型。測試樣品的機械性能，各項指標(biāo)均達到GB/T528-1998標(biāo)準(zhǔn)。實施例2a、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH = 7后干燥；b、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣粉碎至〈300目；C、取干燥后灰渣質(zhì)量的2%十八烷酸進行混合、研磨，混合均勻，陳化4小時以上，得活性改性灰渣；d、取改性灰渣20份、三元乙丙橡膠100份、炭黑80份、硬脂酸4份、氧化鋅5份、硫粉I. 5份和硫化促進劑M，硫化促進劑D，硫化促進劑TT，硫化促進劑H，硫化促進劑ZDMC，硫化促進劑ZBX或硫化促進劑NA-22任一種I. 5份裝入混煉機中；e、在130°C條件下混煉20分鐘；f、冷卻后在平板硫化儀中成型。 測試樣品的機械性能，各項指標(biāo)均達到GB/T528-1998標(biāo)準(zhǔn)。實施例3a、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH = 6. 5后干燥；b、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣粉碎至〈300目；C、取干燥后灰渣質(zhì)量的3%三乙醇胺進行混合、研磨，混合均勻，陳化4小時以上，得活性改性灰渣；d、將改性碳化灰渣25份、三元乙丙橡膠100份、炭黑75份、硬脂酸4份、氧化鋅5份、硫粉I. 5份和硫化促進劑M,硫化促進劑D，硫化促進劑TT，硫化促進劑H，硫化促進劑ZDMC，硫化促進劑ZBX或硫化促進劑NA-22任一種I. 5份裝入混煉機中；e、在130°C條件下混煉20分鐘；f、冷卻后在平板硫化儀中成型。測試樣品的機械性能，各項指標(biāo)均達到GB/T528-1998標(biāo)準(zhǔn)。
實施例4a、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH = 6后干燥；b、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣粉碎至〈300目；C、取干燥灰渣15份、天然100份、炭黑85份、硬脂酸4份、氧化鋅5份、硫粉I. 5份和硫化促進劑M，硫化促進劑D，硫化促進劑TT，硫化促進劑H，硫化促進劑ZDMC，硫化促進劑ZBX或硫化促進劑NA-22任一種I. 5份裝入混煉機中；d、在120°C條件下混煉20分鐘； e、冷卻后在平板硫化儀中成型。測試樣品的機械性能，各項指標(biāo)均達到GB/T528-1998標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種酸法提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法，其特征在于，包括以下步驟 a、將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH達到6-7后干燥； b、將干燥后的粉煤灰棄渣粉碎至小于300目； C、將粉煤灰棄渣，按照質(zhì)量分數(shù)加入0. 5-3%有機改性劑； d、高速混合、研磨,混合均勻，陳化4小時以上,得活性改性灰渣； e、該活性改性灰渣即為橡膠填料。
2.按照權(quán)利要求I所述的提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法，其特征在于，步驟c所述的有機改性劑為硅烷、十八烷酸或有機胺的任意ー種。
3.按照權(quán)利要求2所述的提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法，其特征在于，所述的有機胺是醇胺類中的任ー種，如一こ醇胺，ニこ醇胺，三こ醇胺，3-丙醇胺，一異丙醇胺，ニ異丙醇胺，三異丙醇胺，N，N- ニ甲基こ醇胺，N，N- ニこ基こ醇胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種酸法提鋁后的粉煤灰棄渣改性制備橡膠填料的方法。將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至中性后干燥，粉碎至300目，加入有機改性劑，高速混合、研磨，陳化后即為橡膠填料。現(xiàn)有技術(shù)都是將粉煤灰制成白炭黑用于橡膠填料，而本發(fā)明不僅有效的利用了粉煤灰棄渣中的非晶態(tài)SiO2，更重要的是充分利用了粉煤灰棄渣中含有的未燃碳，可部分替代橡膠填料中的炭黑，不僅節(jié)省了資源，還減少了二氧化碳的排放。未燃碳與非晶態(tài)二氧化硅均勻復(fù)合，經(jīng)過表面改性，使得其在橡膠基體中分散均勻，相容性好，性能穩(wěn)定，工藝簡單，成本低廉。測試樣品的機械性能，各項指標(biāo)均達到GB3778-94標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C09C1/44GK102775816SQ201210288939
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者孫彥斌, 李芳菲, 蔣引珊, 薛兵, 雒鋒, 高錢, 魏存弟 申請人:吉林大學(xué)