CN106587694B - 一种固体激发剂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明现提供一种固体激发剂，各原料及重量份数分别为：碱金属氢氧化物5‑50份；水玻璃溶液50‑95份；添加剂0.01‑3份；碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的一种或多种；所述添加剂为晶种、铝酸钠的一种或者两种；本发明利用铝酸盐能与水玻璃中的硅酸根形成硅氧铝(‑Si‑O‑Al‑)相连的短链态，有利于地质聚合物的形成，提高激发剂的激发效率，改善固体激发剂的稳定性。

Description

一种固体激发剂及其制备工艺

技术领域

本发明属于固体废弃物利用领域，具体涉及一种固体激发剂及其制备工艺。

背景技术

1、地质聚合物是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，化学式为Mn{-(SiO2)zAlO2}n·wH2O。地质聚合物一般是采用激发剂与富含硅铝酸盐的无机矿物进行反应，经过混合、成型、固化等工序制备而成，最常用的激发剂体系为碱激发体系。碱性激发剂的作用原理是在碱激发剂的作用下，无机矿物中的铝硅玻璃相发生Al-O和Si-O键解聚断裂，形成低聚态的硅氧四面体和铝氧四面体，然后低聚态的硅氧四面体和铝氧四面体相互连接聚合形成碱铝硅胶体(-Si-O-Al-的链接形式)，随着胶体量的增多，产生凝胶体，最后凝胶体沉淀把未反应矿物颗粒黏结起来，形成地质聚合物。目前地质聚合物技术在粉煤灰、尾矿、建筑垃圾等大宗固体废弃物处理及资源化利用的应用上有着极大的发展空间，并且地质聚合物产品在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料、和耐高温材料等方面均有应用；

2、地质聚合物制备的碱激发剂分为液态激发剂和固态激发剂两种，最常用的是液态激发剂，一般是单一的水玻璃溶液或者碱金属氢氧化物和水玻璃的复合体系。固体激发剂的使用较少，一般是单一的碱金属氢氧化物类，此类激发剂在空气中稳定性差，容易吸潮。目前最常见的使用方式是将液态激发剂与其他的粉体原料混合，形成半干状粉体或者加水形成浆体，通过压制、挤出、浇注、制粒等方式加工成型，然后固化，制备出地质聚合物。制备的地质聚合物具有质地轻、强度高、防火保温而且耐酸碱腐蚀等优点，形成的产品功能性强，使用寿命长。

3、碱激发剂一般是指苛性碱、碱金属的硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、碳酸盐等物质，目前地质聚合物的研究及制备所采用的激发剂大部分以苛性碱和水玻璃为主。除了单一种类的碱或碱金属的盐作为激发剂，还可以通过两种类型的激发剂复合，形成更具效率和经济效益的复合激发剂。通过查阅中国专利资料《一种粉煤灰地质聚合物多孔材料及其制造工艺》(申请号201610126820.4)、《一种碱激发胶凝材料及其制备工艺》(申请号201410618006.5)、《地质聚合物与有机高分子复合胶凝材料的制备工艺》(申请号200910022112.6)、《矿渣-粉煤灰复合固体激发剂及其生产方法》(申请号201210091991.X)等相关专利，地质聚合物的激发剂以液体为主，其组分为水玻璃或者氢氧化钠与水玻璃的复合使用，而固体激发剂的组分一般为氢氧化钠固体、氢氧化钠与钠盐复合以及固态硅酸钠为主。由此发现，现有激发剂存在的问题如下：

1.溶液激发剂需要特定的容器，不方便储存与运输；

2.激发剂需现配现用；

3.碱金属硅酸盐类固体激发剂，常温下溶解困难，使用不方便，此类激发剂制备的地质聚合物产品性能较低；

4.碱金属氢氧化物类固体激发剂以NaOH、KOH为主，碱性较强，在空气中极易吸收水分潮解；

5.固体激发剂的制备的条件要求较高(如真空条件、陈化消解24h以上等)，制备时间长，工艺的难度大，造成能耗较高。

发发明内容

针对目前制备激发剂技术中存在的问题，本发明的目的是制备一种不需现配现用的固体激发剂，可直接与粉料混合使用，需要时也能溶解于水中使用，溶解性好，方便快捷；另外，本发明还提供一种固体激发剂的制备工艺。

为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种固体激发剂，各原料及重量份数分别为：

碱金属氢氧化物 5-50份；

水玻璃溶液 50-95份；

添加剂 0.01-3份；

碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的一种或多种；

所述添加剂为晶种、铝酸钠的一种或者两种；

所述水玻璃溶液的质量百分含量为50-90％。

固体激发剂的制备工艺，包括步骤如下：a、混合：将碱金属氢氧化物及添加剂加入到装有水玻璃溶液的容器中，搅拌混合5-30min，形成温度超过100℃的透明混合溶液；

b、冷却：在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

c、固化：加入添加剂，持续搅拌5-25min，混合溶液出现剧烈升温，温度上升到70-100℃时，混合液出现白色晶体而浑浊，把混合溶液倒进托盘，待其结晶固化，固化时间1-10min；

c、成品：将固化的激发剂进行破碎、筛分，封装得到固体激发剂，常温下储存。

筛分采用的100目筛。

所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃等中的一种或多种。

本发明的优点在于：

1、产品无需现配现用；

2、产品可进行长时间的储存，方便长距离的转移输送；

3、产品可直接作用原料添加使用，亦可溶于水后使用；

4、产品可与其他原料直接混合(形成地质聚合物预混料)后储存，半年内不失效；

5、加入晶种，可缩短固化时的搅拌时间，缩短激发剂结晶的时间；

6、铝酸钠能与水玻璃中的硅酸根形成硅氧铝(-Si-O-Al-)相连的短链态，有利于地质聚合物的形成，提高激发剂的激发效率，改善固体激发剂的稳定性；

7、工艺简单，时间短，耗能低。

具体实施方式

为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。

实施例1：

原料：氢氧化钠、钠水玻璃(模数3.2，波美度37)、晶种、铝酸钠

实施方法：

(1)将100g氢氧化钠、10g铝酸钠溶于890g钠水玻璃溶液中，经过20min的搅拌混合，得到混合溶液；

(2)在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

(3)加入2g晶种，继续续搅拌8min，出现剧烈升温，至出现少量白色浑浊，把混合溶液倒进干净的塑料平面托盘，固化3min，得到块状固体激发剂；

(4)将块状激发剂进行破碎、筛分，取100目筛下的粉体为1号固体激发剂，储存待用；

(5)1号固体激发剂存放3个月后，分别称取150g固体激发剂、1500g粉煤灰和150g水到混合搅拌机中，充分混合30min后得到半干状的混合料；

(6)压制成型得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度80℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例2：

原料：存放3个月的1号固体激发剂

实施方法：

(1)分别称取150g固体激发剂、1500g粉煤灰和450g水到混合搅拌机中，充分混合30min后得到混合浆体；

(2)把浆体浇注到指定模具中，在振动台上振动10min排掉气泡得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度60℃下固化24h，得到浇注成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例3：

原料：存放3个月的1号固体激发剂

实施方法：

(1)分别称取180g固体激发剂和1000g粉煤灰到混合搅拌机中，加入300g水充分混合28min后得到混合湿料；

(2)湿料经过真空挤出机挤出成型得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度80℃下固化24h，得到挤出成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例4：

原料：1号固体激发剂

实施方法：

(1)分别取150g 1号固体激发剂和1500g粉煤灰进行预混合，得到地质聚合物预混料；

(2)预混料放置了6个月后，转移到混合搅拌机中，加入150g水充分混合28min后得到半干状的混合料；

(1)混合料通过压制成型将得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度80℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例5：

原料：存放6个月的1号固体激发剂

实施方法：

(2)分别称取150g固体激发剂和1500g粉煤灰到混合搅拌机中，加入150g水充分混合28min后得到半干状的混合料；

(3)混合料通过压制成型将得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度80℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例6：

原料：存放12个月的1号固体激发剂

实施方法：

(1)分别称取150g固体激发剂、1500g粉煤灰和150g水到混合搅拌机中，充分混合30min后得到半干状的混合粉料；

(2)混合料通过压制成型将得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度80℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例7：

原料：氢氧化钠、钾水玻璃(模数3.2，波美度40)

实施方法：

(1)将350g氢氧化钠溶于650g钾水玻璃溶液中，经过14min的搅拌混合，得到混合溶液；

(2)在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

(3)继续搅拌20min，混合溶液出现剧烈升温，至出现少量白色浑浊，此时，把混合溶液倒进干净的塑料平面托盘，固化5min，得到块状固体激发剂；

(4)将块状激发剂进行破碎、筛分，取100目筛下的粉体为2号固体激发剂，储存待用；

(5)2号固体激发剂存放6个月后，分别称取150g固体激发剂、1000g粉煤灰和500g矿粉到混合搅拌机中，加入170g水充分混合30min后得到半干状的混合料；

(6)混合料经过压制成型将得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度80℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例8：

原料：氢氧化钾、钠水玻璃(模数3.2，波美度37)、铝酸钠

实施方法：

(1)将150g氢氧化钾和20g铝酸钠溶于830g钠水玻璃溶液中，经过20min的搅拌混合，得到混合溶液；

(2)在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

(3)继续搅拌约25min，混合溶液出现剧烈升温，至出现少量白色浑浊，把混合溶液倒进干净的塑料平面托盘，固化8min，得到块状固体激发剂；

(4)将块状激发剂进行破碎、筛分，取100目筛下的粉体为3号固体激发剂，储存待用；

(5)3号固体激发剂存放6个月后，分别称取200g固体激发剂和1000g高岭土,到混合搅拌机中，加入140g水充分混合28min后得到半干状混合料；

(6)混合料经过压制成型得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度70℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例9：

原料：氢氧化锂、钠水玻璃(模数3.2，波美度37)、晶种实施方法：

(1)将80g氢氧化锂溶于920g钠水玻璃溶液中，经过20min的搅拌混合，得到混合溶液；

(2)在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

(3)加入0.5g晶种，继续搅拌13min，混合溶液出现剧烈升温，至出现少量白色浑浊，把混合溶液倒进干净的塑料平面托盘，固化10min，得到块状固体激发剂；

(4)将块状激发剂进行破碎、筛分，取100目筛下的粉体为4号固体激发剂，储存待用；

(5)固体激发剂存放6个月后，分别称取200g 4号固体激发剂、800g粉煤灰和350g高岭土到混合搅拌机中，加入180g水充分混合30min后得到半干状的混合料；

(6)混合料经过压制成型得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度60℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

实施例10：

原料：氢氧化钠、钠水玻璃(模数2.6，波美度30)、晶种、铝酸钠

实施方法：

(1)将350g氢氧化钠和25g铝酸钠溶于615g钾水玻璃溶液中，经过20min的搅拌混合，得到混合溶液；

(2)在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

(3)加入1.5g晶种，继续搅拌约8min，出现剧烈升温，至出现少量白色浑浊，把混合溶液倒进干净的塑料平面托盘，固化7min，得到块状固体激发剂；

(4)将块状激发剂进行破碎、筛分，取100目筛下的粉体为5号固体激发剂，储存待用；

(5)5号固体激发剂存放6个月后，分别称取200g 4号固体激发剂、800g粉煤灰和350g矿粉到混合搅拌机中，加入110g水充分混合30min后得到半干状混合料；

(6)混合料经过压制成型得到半成品，然后把半成品转移到养护箱中，在湿度90％以上，温度70℃下固化24h，得到压制成型的地质聚合物样品，测试性能；

表1实施例样品的性能

通过以上数据可以看出，本发明的实施例1-10固体激发剂粉末贮存时间无论是3个月还是12个月，性能都表现良好，但和粉煤灰、矿粉制备地质聚合物样品的过程中，压制成型后的地质聚合物样品比浇注成型和挤出成型的抗压强度明显提高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种固体激发剂，其特征在于：各原料及重量份数分别为：

碱金属氢氧化物 5-50份；

水玻璃溶液 50-95份；

添加剂 0.01-3份；

碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的一种或多种；

所述添加剂为晶种和铝酸钠；

所述水玻璃溶液的质量百分含量为50-90%；

其制备工艺步骤如下：a、混合：将碱金属氢氧化物及铝酸钠加入到装有水玻璃溶液的容器中，搅拌混合5-30min，形成温度超过100℃的透明混合溶液；

b、冷却：在水浴的条件下搅拌溶液使体系温度降低到室温；

c、固化：加入晶种，持续搅拌5-25min，混合溶液出现剧烈升温，温度上升到70-100℃时，混合液出现白色晶体而浑浊，把混合溶液倒进托盘，待其结晶固化，固化时间1-10min；

d、成品：将固化的激发剂进行破碎、筛分，封装得到固体激发剂，常温下储存。

2.根据权利要求1所述的一种固体激发剂，其特征在于：筛分采用的100目筛。

3.根据权利要求1所述的一种固体激发剂，其特征在于：所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃中的一种或多种。