專利名稱：利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工合成硅灰石的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的方法。
背景技術(shù)：
硅灰石是一種含鈣的偏硅酸鹽礦物粉體材料，分子式為CaSi03。硅灰石熱膨脹性小、助熔性能好、介電性能性能良好、白度較高，主要用作陶瓷原料、電焊條助熔劑、塑料和橡膠增強的材料、冶金保護渣、涂料原料、造紙?zhí)盍?、絕緣材料、粉末滅火劑、無石棉摩擦片、 環(huán)保吸附劑、粘合劑等。根據(jù)JC/T 535-2007《硅灰石》，硅灰石產(chǎn)品按粒徑分為塊粒、普通粉、細粉、超細粉和針狀粉5類，其中超細粉是指粒徑小于10 μ m的硅灰石粉體產(chǎn)品。硅灰石粉體經(jīng)表面改性后，對塑料和橡膠的熱、力學(xué)性能具有很好的改善和補強作用，完全可以替代石棉、玻璃纖維和碳纖維等傳統(tǒng)材料。目前，工業(yè)上使用的硅灰石主要為天然硅灰石。由于天然硅灰石存在化學(xué)成分和性能不穩(wěn)定、伴生雜質(zhì)礦物較多、白度低、資源儲量有限等問題，在使用前還需經(jīng)過選礦提純、超細粉碎、表面改性等復(fù)雜的工藝處理，應(yīng)用受到了極大的限制。為了滿足需方對硅灰石性能和產(chǎn)量的要求，近年來人工合成硅灰石的研究倍受關(guān)注。張夢顯等(ZL 99127560. 8和ZL 01141396. 4)以方解石、石英和低品位的天然硅灰石為主要原料，添加少量的螢石作為助熔劑，在1000 1600°C下燒制，經(jīng)冷卻、粉碎和篩分后制成硅灰石，可用作冶金爐外精煉脫硫脫磷劑、冶金澆鑄保護渣、電焊條涂料等。馬春旭等(ZL 00136023. X)將石英和石灰石按比例配制成混合料，然后送入豎爐中在1160 1260°C下焙燒3 5h，冷卻后粉磨至200 325目，得到白度為80 98%的硅灰石粉，可用作塑料和橡膠生產(chǎn)中的增白劑和增塑劑，以替代鈦白粉和銻白粉使用。該類方法生產(chǎn)的產(chǎn)品白度高、化學(xué)成份和性能穩(wěn)定可控，但存在燒制能耗高、產(chǎn)品粉碎電耗高等缺點。余麗秀等(ZL 200410000859. 9)以純堿生產(chǎn)過程中排放的蒸氨廢液為鈣源、硅酸鈉水玻璃為硅源，經(jīng)沉淀反應(yīng)、陳化、過濾或離心分離、干燥、煅燒、粉碎、篩分等制成高純、 高白度的硅灰石粉。該工藝采用工業(yè)廢棄物為原料有利于降低原料成本，且生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較好，但存在工藝流程長、生產(chǎn)線建設(shè)投入大、能耗高、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)差等問題。曹林等采用微乳液法制備硅灰石，通過控制草酸和檸檬酸納的加入分別得到硅灰石納米顆粒(ZL 200310122471. 1)和硅灰石納米線(ZL 200310122472.6)。常江等(ZL 200410067214. 7)以正硅酸乙酯、硝酸鈣和氫氧化鈉為原料，在水熱條件下先合成硬硅鈣石納米纖維，然后將其在600 900°C下煅燒1 5h，制成硅灰石納米纖維，該產(chǎn)品適用于制備高強度的生物陶瓷材料和復(fù)合材料。這兩種工藝方法生產(chǎn)的產(chǎn)品純度很高、性能優(yōu)良、附加值高，但高昂的生產(chǎn)成本決定了其有限的應(yīng)用領(lǐng)域。申請人:于2010年12月22日申請了名為“一種處理含鋁原料的改良堿石灰燒結(jié)的方法”(申請?zhí)?01010617405. 1)的發(fā)明專利。該發(fā)明公開了一種燒結(jié)法處理含鋁原料的新生料配方和燒成制度。其技術(shù)方案是一種處理含鋁原料的改良堿石灰燒結(jié)的方法，將含鋁原料、石灰石和純堿按改良堿石灰燒結(jié)法的生料配方的比例球磨混合均勻，制得合格的生料；生料在高溫(1000 1200°C)下燒結(jié)，制得燒結(jié)熟料；燒結(jié)熟料經(jīng)溶出、脫硅、分解和焙燒，最終制得氧化鋁產(chǎn)品，所述的含鋁原料為A/S大于0. 5的各種鋁硅酸鹽原料，所述的A/S為氧化鋁和氧化硅的質(zhì)量比，改良堿石灰燒結(jié)法的生料配方
^[Na2Q]+[K2°]^ = 1.0±0.1(摩爾比)；[CaQ] =1.0±0.1(摩爾比)。 [AbOs] + [Fe2O3] + [SiO2][S1O2] + [TiO2]由于在生料磨制過程中降低了鈣質(zhì)原料的添加量，熟料中主要固硅物相的[CaO]/ [SiO2](摩爾比)接近1。因此，熟料溶出氧化鋁后留下的赤泥，該赤泥脫堿及過濾后得到硅鈣質(zhì)濾渣，該硅鈣質(zhì)濾渣可以考慮綜合利用問題，完全可以作為合成硅灰石的原料使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決改良堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁剩余硅鈣質(zhì)濾渣一脫堿赤泥的綜合利用問題，同時彌補天然硅灰石資源和產(chǎn)品性能的不足，本發(fā)明提出一種利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的方法。該工藝原料來源廣泛、工藝流程簡潔、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品化學(xué)成分和性能穩(wěn)定可控，易于工業(yè)化實施和推廣。本發(fā)明是通過下述方式實現(xiàn)的利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，包括如下步驟1、利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)除雜步驟將水合硅酸鈣加入至除雜溶液中，在50 90°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)得到的料漿經(jīng)過濾和洗滌后，得到水合硅酸鈣除雜濾餅，其中，水合硅酸鈣與除雜溶液的比例為Ig 2 8mL，除雜溶液中的硫代硫酸鈉和草酸的質(zhì)量百分濃度分別為0. 2 3%和 0. 1 2% ；(2)干燥步驟將水合硅酸鈣除雜濾餅在100 600°C下干燥，得到水合硅酸鈣除雜粉料；(3)煅燒步驟將水合硅酸鈣除雜粉料在800 1000°C下煅燒30 120min，即得到產(chǎn)品硅灰石超細粉體。在本發(fā)明的方法中，所述的水合硅酸鈣是改良堿石灰燒結(jié)熟料溶出氧化鋁后剩余的赤泥，經(jīng)脫堿后得到的硅鈣質(zhì)濾渣。其中，改良堿石灰燒結(jié)熟料來自于發(fā)明專利申請“一種處理含鋁原料的改良堿石灰燒結(jié)的方法”(申請?zhí)?01010617405. 1)。該改良堿石灰燒結(jié)熟料的具體的生產(chǎn)過程是，將含鋁原料、石灰石和純堿按改良堿石灰燒結(jié)法的生料配方的比例球磨混合均勻，制得合格的生料；生料在高溫下(1000 1200 0C )燒結(jié)，制得燒結(jié)熟料，其中，所述的含鋁原料為A/S大于0.5的各種鋁硅酸鹽原料，所述的A/S為氧化鋁和氧化硅的質(zhì)量比，改良堿石灰燒結(jié)法的生料配方
^[Na2Q]+[K2°]^ = 1.0±0.1(摩爾比)；^^^ = 1.0±0.1(摩爾比)。將制得 [Al2O3]+ [Fe2O3]+ [SiCh][SiCh] +[TiCh]^ 巾J w
燒結(jié)熟料溶出氧化鋁后留下的赤泥，經(jīng)脫堿及過濾后得到硅鈣質(zhì)濾渣，也即本發(fā)明所使用的水合硅酸鈣。在處理含鋁原料的改良堿石灰燒結(jié)的方法中，所述的含鋁原料為A/S大于0. 5的各種鋁硅酸鹽原料，具體是指富鉀巖石提鉀濾渣、鉀長石脫硅濾餅、粉煤灰、脫硅3/4頁
粉煤灰、煤矸石、脫硅煤矸石和鋁土礦中的一種或幾種。其中，所述的A/S為氧化鋁和氧化硅的質(zhì)量比。在處理含鋁原料的改良堿石灰燒結(jié)的方法中，所述的改良堿石灰燒結(jié)法的生料配方是指，合格生料的化學(xué)成分中的Si02、TiO2, A1203、Fe203> CaO, Na2O和K2O滿足
^[Na2Q]+[K2°]^ = ι.0±0.ι(摩爾比)；[CaQ] = 1.0 ± 0.1(摩爾比)。 [Al2O3] + [Fe2O3] + [SiO2][S1O2] + [TiO2]在本發(fā)明的方法中，在所述除雜步驟中，攪拌反應(yīng)的時間為40 120min。在本發(fā)明的方法中，在所述干燥步驟中，水合硅酸鈣除雜濾餅干燥的時間為30 120mino在本發(fā)明的方法中，在所述干燥步驟中，水合硅酸鈣除雜濾餅的干燥溫度優(yōu)選為 110 400°C。在本發(fā)明的方法中，在所述煅燒步驟中，水合硅酸鈣除雜粉料的煅燒溫度優(yōu)選為 850 950O。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的利用水合硅酸鈣制備制備硅灰石超細粉體的方法，采用的原料為改良堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝過程產(chǎn)出的硅鈣質(zhì)濾渣，其化學(xué)成分基本滿足合成硅灰石的要求，經(jīng)除雜處理后可進一步提高產(chǎn)品的白度等性能，經(jīng)煅燒后無需超細粉碎處理即可得到產(chǎn)品硅灰石超細粉體。本發(fā)明的原料來源廣泛，成本低廉；煅燒溫度較低，工藝過程能耗低； 產(chǎn)品無需超細粉碎，加工成本降低；工藝過程簡單，設(shè)備投資省；產(chǎn)品性能優(yōu)良，用途廣泛且附加值較高。


附圖1為硅灰石超細粉體(GHS-I)的SEM照片。附圖2為硅灰石超細粉體(GHS-Ol)的XRD圖譜。附圖3為硅灰石超細粉體(GHS-幻的SEM照片。附圖4為硅灰石超細粉體(GHS-02)的XRD圖譜。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1水合硅酸鈣(CSH-I)的化學(xué)成分分析結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)除雜步驟將水合硅酸鈣加入至除雜溶液中，在50 90°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)得到的料漿經(jīng)過濾和洗滌后，得到水合硅酸鈣除雜濾餅，其中，水合硅酸鈣與除雜溶液的比例為 Ig 2 8mL，除雜溶液中的硫代硫酸鈉和草酸的質(zhì)量百分濃度分別為0. 2 3%和0. 1 2% ；(2)干燥步驟將水合硅酸鈣除雜濾餅在100 600°C下干燥，得到水合硅酸鈣除雜粉料；(3)煅燒步驟將水合硅酸鈣除雜粉料在800 1000°C下煅燒30 120min，即得到產(chǎn)品硅灰石粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于 所述的水合硅酸鈣是改良堿石灰燒結(jié)熟料溶出氧化鋁后剩余的赤泥，經(jīng)脫堿后得到的硅鈣質(zhì)濾渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于 在所述除雜步驟中，攪拌反應(yīng)的時間為40 120min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于 在所述干燥步驟中，水合硅酸鈣除雜濾餅干燥的時間為30 120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于 在所述干燥步驟中，水合硅酸鈣除雜濾餅的干燥溫度為110 400°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝，其特征在于 在所述煅燒步驟中，水合硅酸鈣除雜粉料的煅燒溫度為850 950°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用水合硅酸鈣制備硅灰石超細粉體的工藝。該工藝以改良堿石灰燒結(jié)法處理含鋁原料的工藝過程中產(chǎn)出的脫堿赤泥——水合硅酸鈣為原料，首先是將水合硅酸鈣置于由硫代硫酸鈉和草酸配制成的除雜液中，在50～90℃下攪拌反應(yīng)40～120min，過濾反應(yīng)料漿得到水合硅酸鈣除雜濾餅；然后將水合硅酸鈣除雜濾餅在110～400℃下干燥30～120min，得到水合硅酸鈣除雜粉料；最后將水合硅酸鈣除雜粉料在850～950℃下煅燒30～120min，即得到產(chǎn)品硅灰石超細粉體。本發(fā)明的原料來源廣泛、生產(chǎn)能耗低、工藝過程簡單、產(chǎn)品性能優(yōu)良且附加值較高。
文檔編號C01B33/24GK102173430SQ20111002705
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者彭輝, 王曉艷, 馬世林 申請人:昊青薪材(北京)技術(shù)有限公司