CN111423214B - 一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐酸砖用材料技术领域，具体涉及一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料及其制备方法。本发明将固体硅酸钠经液化过滤后剩下的滤渣研磨至5μm后，在70～80℃下与稀硫酸反应，控制反应终点pH值为4～6，在80～90℃下陈化15min，经压滤洗涤、闪蒸干燥、气流破碎后制得具有珍珠岩和二氧化硅的复合耐酸砖用材料。本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料的制备方法减少了污染物的排放，变废为宝，资源最大化利用，节约成本；可以应用于砖块制备中，既能提高砖块的耐酸腐蚀能力，又能提高砖块的保温效果，具有良好的社会效益。

Description

一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐酸砖用材料技术领域，具体涉及一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料及其制备方法。
背景技术
二氧化硅由于其稳定的化学性质，较高的分散性，较高的纯度等优良的物化性能而广泛应用于玻璃、陶瓷釉、耐火材料、食品添加剂的领域。沉淀法制备的二氧化硅具有分散性好、悬浮能力强、物化性能稳定、无毒无污染等优点，但是生产沉淀二氧化硅过程中，固体硅酸钠液化过滤后压滤机上拦截下大量废弃滤渣，其中滤渣中主要成分为珍珠岩和硅酸钠。以往这些滤渣是委托第三方进行危废处理，危废处理费用极高且不环保，为了实现废物利用，节能环保，需要我们迫切地找到适合这些废弃滤渣二次利用的方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料及其制备方法。本发明提供的耐酸砖用材料的制备方法不仅实现了硅酸钠滤渣的废物利用，减少了污染物的排放，实现了资源最大化利用，还提高了砖块的保温抗压性能及耐酸腐性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种利用废弃物制备耐酸砖用材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配置物质的量浓度为2～3mol/L的硫酸溶液；
S2、将固体硅酸钠液化过滤后的滤渣加入到球磨机中，粉碎至5μm，加入搅拌罐中，加入去离子水，在转速为500转/分的条件下搅拌5min，配置成物质的量浓度为0.9～1.5mol/L的碱溶液；
S3、将步骤S2制得的碱溶液加入反应罐中，蒸汽加热至70～80℃，然后滴加步骤S1制得的硫酸溶液，当反应罐中pH值为4～6时停止滴加硫酸溶液，再次蒸汽加热至80～90℃，陈化15min，制得复合材料颗粒；
S4、将步骤S3制得的复合材料颗粒压滤、洗涤、闪蒸干燥、粉碎，制得复合材料粉末；
S5、将步骤S4制得的复合材料粉末用装有磁力棒的除尘装置处理，除去复合材料粉末中的磁性杂质，制得珍珠岩和二氧化硅的复合材料，即得。
进一步的，所述步骤S3中硫酸溶液的滴加速度为3～4m3/h。
本发明还提供了由上述方法制得的一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料。该耐酸砖用材料的主要成分为珍珠岩和二氧化硅。由于珍珠岩疏松多孔，孔隙率极高，在反应过程中，因珍珠岩不参与反应，硅酸钠和硫酸在珍珠岩的空隙中反应生成二氧化硅，二氧化硅吸附在珍珠岩空隙中形成复合材料。
由于二氧化硅具有优良的化学稳定性，具有耐酸耐碱性能，把二氧化硅用于砖块制备中，既能提高砖块的耐酸抗腐性能，又可以提高砖块的表面光滑度。珍珠岩用于砖块制备中既能起到保温作用，又能提高抗压能力。二氧化硅和珍珠岩同时用于砖块制备中，因珍珠岩和二氧化硅化学稳定性高，不产生相互反应，既能起到耐酸抗腐作用，又能起到保温抗压作用。
本发明采用硅酸钠过滤后的滤渣与硫酸为原料，采用水热沉淀法进一步加工后制备出耐酸砖用材料(主要成分为二氧化硅和珍珠岩)，充分利用资源，变废为保、减少污染排放、降低废物处理费用，对环境保护、节约成本具有一定的促进作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料的制备方法，减少了污染物的排放，变废为宝，资源最大化利用，节约成本；
(2)本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料中的珍珠岩能增加砖块的保温抗压性能；
(3)本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料中的二氧化硅能增加砖块的耐酸抗腐作用；
(4)本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料的制备方法，通过硅酸钠滤渣加酸反应，得到的产品用于砖块制备中既能耐酸腐蚀，又能保温，具有良好的社会效益。
具体实施方式
以下通过具体实施方式进一步描述本发明，但本发明不仅限于以下实施例。本领域技术人员根据本发明的基本思路，可以做出各种修改，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
其中，本发明所用试剂均为常用试剂，均可在常规试剂生产销售公司购买。
实施例1、一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料
所述利用废弃物制备耐酸砖用材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配置物质的量浓度为2mol/L的硫酸溶液；
S2、将固体硅酸钠液化过滤后的滤渣加入到球磨机中，粉碎至5μm，加入搅拌罐中，加入去离子水，在转速为500转/分的条件下搅拌5min，配置成物质的量浓度为0.9mol/L的碱溶液；
S3、将步骤S2制得的碱溶液加入反应罐中，蒸汽加热至70℃，然后以3m3/h的速度滴加步骤S1制得的硫酸溶液，当反应罐中pH值为4时停止滴加硫酸溶液。再次蒸汽加热至80℃，陈化15min，制得复合材料颗粒；
S4、将步骤S3制得的复合材料颗粒压滤、洗涤、闪蒸干燥、粉碎，制得复合材料粉末；
S5、将步骤S4制得的复合材料粉末用装有磁力棒的除尘装置处理，除去复合材料粉末中的磁性杂质，制得珍珠岩和二氧化硅的复合材料，即得。
实施例2、一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料
所述利用废弃物制备耐酸砖用材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配置物质的量浓度为2.5mol/L的硫酸溶液；
S2、将固体硅酸钠液化过滤后的滤渣加入到球磨机中，粉碎至5μm，加入搅拌罐中，加入去离子水，在转速为500转/分的条件下搅拌5min，配置成物质的量浓度为1.2mol/L的碱溶液；
S3、将步骤S2制得的碱溶液加入反应罐中，蒸汽加热至75℃，然后以3.5m3/h的速度滴加步骤S1制得的硫酸溶液，当反应罐中pH值为5时停止滴加硫酸溶液。再次蒸汽加热至85℃，陈化15min，制得复合材料颗粒；
S4、将步骤S3制得的复合材料颗粒压滤、洗涤、闪蒸干燥、粉碎，制得复合材料粉末；
S5、将步骤S4制得的复合材料粉末用装有磁力棒的除尘装置处理，除去复合材料粉末中的磁性杂质，制得珍珠岩和二氧化硅的复合材料，即得。
实施例3、一种利用废弃物制备的耐酸砖用材料
所述利用废弃物制备耐酸砖用材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配置物质的量浓度为3mol/L的硫酸溶液；
S2、将固体硅酸钠液化过滤后的滤渣加入到球磨机中，粉碎至5μm，加入搅拌罐中，加入去离子水，在转速为500转/分的条件下搅拌5min，配置成物质的量浓度为1.5mol/L的碱溶液；
S3、将步骤S2制得的碱溶液加入反应罐中，蒸汽加热至80℃，然后以4m3/h的速度滴加步骤S1制得的硫酸溶液，当反应罐中pH值为6时停止滴加硫酸溶液。再次蒸汽加热至90℃，陈化15min，制得复合材料颗粒；
S4、将步骤S3制得的复合材料颗粒压滤、洗涤、闪蒸干燥、粉碎，制得复合材料粉末；
S5、将步骤S4制得的复合材料粉末用装有磁力棒的除尘装置处理，除去复合材料粉末中的磁性杂质，制得珍珠岩和二氧化硅的复合材料，即得。
对比例1、一种耐酸砖用材料
本对比例中耐酸砖用材料的制备方法与实施例2类似。
本对比例与实施例2的区别为：本对比例中采用相同质量的固体硅酸钠替代硅酸钠滤渣。
对比例2、一种耐酸砖用材料
本对比例中耐酸砖用材料的制备方法与实施例2类似。
本对比例与实施例2的区别为：本对比例中采用相同质量的珍珠岩替代硅酸钠滤渣。
对比例3、一种耐酸砖
本对比例采用中国专利CN108675814A公开的一种耐酸砖的生产工艺制备耐酸砖。
试验例一、耐酸砖用材料技术指标检测
试验样品：实施例1～3制得的耐酸砖用材料；
试验方法：按照QB/T 2346-2015《口腔清洁护理用品牙膏用二氧化硅》中的第5.9部分二氧化硅含量方法测定耐酸砖用材料中的二氧化硅含量；按照QB/T2346-2015《口腔清洁护理用品牙膏用二氧化硅》中的第5.4部分105℃挥发物方法测定耐酸砖用材料在105℃下挥发物的含量；按照GB/T16913.3-1997《粉末物性试验方法》中第3部分：堆积密度的测定测试耐酸砖用材料的堆积密度；
试验结果：试验结果见表1。
表1耐酸砖用材料技术指标检测结果
组别 二氧化硅含量(％) 挥发物含量(％) 堆积密度(g/mL)
实施例1 85.47 6.13 29.87
实施例2 85.63 5.76 30.20
实施例3 85.54 6.04 29.96
由表1可知，本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料的二氧化硅含量较高，挥发物含量较低，堆积密度较高，因此应用于耐酸砖用材料中可以提高耐酸砖的耐酸抗腐蚀性能、保温抗压性能。其中实施例2制得的利用废弃物制备的耐酸砖用材料的二氧化硅含量最高，挥发物含量最低，堆积密度最低，为本发明最佳实施例。
试验例二、耐酸砖性能测试
试验材料：实施例1～3、对比例1～2制得的耐酸砖用材料按以下配方制备成的耐酸砖以及对比例3制得的耐酸砖，并分别编号1～6；
耐酸砖配方：高岭土37份、石英砂19份、钾长石24份、碳酸钡31份、耐酸砖用材料28份；
耐酸砖制备方法：采用本领域耐酸砖常规制备方法制备；
试验方法：采用DRL-II型导热系数测试仪测定试验样品的导热系数；按照GB/T8488-2001《耐酸砖》测定试验样品的弯曲强度和耐酸度；
试验结果：试验结果见表2。
表2耐酸砖性能测试结果
编号 导热系数(W/(m·k)) 弯曲强度(MPa) 耐酸度(％)
1 0.08 58.91 99.82
2 0.06 60.38 99.91
3 0.09 59.34 99.85
4 0.15 58.87 95.79
5 0.05 30.26 83.67
6 0.23 49.61 92.36
由表2可知，利用本发明提供的利用废弃物制备的耐酸砖用材料制得的耐酸砖用材料的导热系数为0.06～0.09W/(m·k)，抗压强度为58.91～60.38MPa，耐酸度≥99.8％，因此具有良好的保温抗压性能和耐酸抗腐性能。其中使用本发明实施例2制得的耐酸砖用材料制得的2号耐酸砖的性能最佳。
与2号耐酸砖相比，4号耐酸砖的导热系数明显增大，这是由于耐酸砖用材料中采用固体硅酸钠替代了硅酸钠滤渣，导致耐酸砖用材料的主要成分变成二氧化硅，而没有珍珠岩成分，因此造成了保温性能降低的不良后果。
与2号耐酸砖相比，5号耐酸砖的弯曲强度降低，耐酸度降低，这是由于耐酸砖用材料中采用珍珠岩替代了硅酸钠滤液，导致耐酸砖用材料的主要成分为珍珠岩，而没有二氧化硅，因此弯曲强度降低，耐酸性变差。
6号耐酸砖为现有技术中的一种，由表2可知，6号耐酸砖无论是从保温性能，弯曲强度，还是耐酸腐蚀方面，均不如利用本发明提供的耐酸砖用材料制得的耐酸砖。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及功效，而并非限制本发明。本领域任何熟悉此技术的认识皆不可在违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所提供的技术思想下完成的一切等效修饰或改变，仍由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种利用废弃物制备耐酸砖用材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配置物质的量浓度为2～3mol/L的硫酸溶液；
S2、将固体硅酸钠液化过滤后的滤渣加入到球磨机中，粉碎至5μm，加入搅拌罐中，加入去离子水，在转速为500转/分的条件下搅拌5min，配置成物质的量浓度为0.9～1.5mol/L的碱溶液；
S3、将步骤S2制得的碱溶液加入反应罐中，蒸汽加热至70～80℃，然后滴加步骤S1制得的硫酸溶液，当反应罐中pH值为4～6时停止滴加硫酸溶液，再次蒸汽加热至80～90℃，陈化15min，制得复合材料颗粒；
S4、将步骤S3制得的复合材料颗粒压滤、洗涤、闪蒸干燥、粉碎，制得复合材料粉末；
S5、将步骤S4制得的复合材料粉末用装有磁力棒的除尘装置处理，除去复合材料粉末中的磁性杂质，即得珍珠岩和二氧化硅的复合材料；
所述步骤S3中硫酸溶液的滴加速度为3～4m3/h。
2.一种根据权利要求1所述的利用废弃物制备耐酸砖用材料的制备方法制得的利用废弃物制备的耐酸砖用材料。
3.根据权利要求2所述的利用废弃物制备的耐酸砖用材料，其特征在于，所述耐酸砖用材料的主要成分为珍珠岩和二氧化硅。
4.根据权利要求2所述的利用废弃物制备的耐酸砖用材料，其特征在于，所述耐酸砖用材料为二氧化硅吸附在珍珠岩空隙中的复合材料。
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