[发明专利]一种雪硅钙石的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产雪硅钙石的制备方法，特别涉及一种利用水热合成反应制备雪硅钙石的方法。

背景技术

雪硅钙石(Tobermorite)又称为托勃莫来石，是一种水化硅酸钙，主要作为硅酸钙绝热材料的主要成分之一。其组成为Ca₅(Si₆O₁₈H₂)·4H₂O，其中一个H₂O分子为两个与硅氧四面体中氧相连的两个羟基，其余4个水分子为层间水。雪硅钙石多用作建筑材料的胶结料，可用作水泥、陶瓷生产等。

目前工业上生产雪硅钙石制品都是由石英砂、硅藻土碱熔融生产的工业水玻璃作为硅质原料，以电石渣等作为钙质原料经动态水热合成反应得到。在这种原料和工艺条件下，水热温度要达到220℃以上，反应温度一般大于15小时，反应时间较长，且水热合成得到的雪硅钙石结晶度差，杂质较多。

粉煤灰是火力电厂的主要废弃物，其排放量逐年增大，因其侵占大量土地、影响储灰场周围的空气质量和农业生产，从而严重危害环境。以粉煤灰为原料生产类似九水偏硅酸钠等高附加值、环境友好型产品为导向的开发应用是粉煤灰未来发展的终极目标。现阶段利用粉煤灰生产白炭黑、氧化铝已逐渐走向工业化道路，而利用粉煤灰生产雪硅钙石工艺技术还处在工业的摸索阶段。

目前现有技术在生产雪硅钙石时，存在以下技术问题：

1、传统工艺使用硅藻土或石英砂和碱在熔融条件下生成工业水玻璃作为硅质原料，在原料的制备过程中，需要使用大量石英砂、硅藻土等矿石与纯碱(或土碱)在熔化窑炉中共熔，然后冷却粉碎溶解后制得，这样使得硅质原料的选择不仅具有局限性，而且生产过程能耗很大，同时需要开采石英和硅藻土等大量不可再生的矿产资源，破坏生态平衡。

2、雪硅钙石的常规生产过程中，硅质原料使用硅藻土或石英砂和碱在熔融条件下生成工业水玻璃，该方法大量使用氢氧化钠，能耗巨大，且硅酸钠溶液中残留碱浓度过高，影响雪硅钙石的合成，常规工艺则需要通过稀释或者水洗等方式控制碱浓度，这样不仅消耗大量水分和能量，同时提高了反应的水固比，降低了生产效率增加了反应能耗。

3、传统工艺生产得到的雪硅钙石为层状结构，4个水分子充填在层间。层间水是不太稳定的，尤其当雪硅钙石结晶不良时，层间水含量不定，甚至还会含有一部分凝胶吸附水，这些水分极易失去造成体积收缩变形，所以雪硅钙石为胶结材料时，在结晶不良时，体积稳定性是比较差的，一般以雪硅钙石为胶结材料的制品在650℃以上就不稳定了，体积开始收缩，所以这种制品使用温度应控制在650℃以下，不具备防火性和耐热性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种雪硅钙石的制备方法，解决了现有技术生产雪硅钙石存在的产品分子结构层间水不太稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了雪硅钙石的制备方法，包含：

步骤一、精制脱硅液的制备：将粉煤灰加入到质量百分数为12%～25%的氢氧化钠溶液中形成浆液，控制氢氧化钠和粉煤灰干基的质量比为0.45～0.7:1，温度为100～140℃，在此条件下脱硅1～3h，反应结束后对脱硅浆液进行固液分离，并将脱硅滤液经过叶滤机精滤，固体作为生产氧化铝的原料，液体即为精制脱硅液，其中SiO₂浓度为40—80g/L，经加水稀释后SiO₂浓度为3g/L左右。

步骤二、精制石灰乳的制备：将采石场得到的石灰石经过破碎、洗石、分级后，控制尺寸为70～150mm，在立窑中使用20～40mm无烟煤进行煅烧，得到的石灰过筛去掉煤渣和小粒石灰及石灰粉尘后，破碎为10～30mm后，与温度为55～65℃的温水按照石灰和水为1比4.8混合进行消化，消化完成后使用热水进行稀释，然后经过三级筛和旋液分离器后得到精制石灰乳液，其中CaO浓度为120—260g/L，经加水稀释后CaO浓度约为2.8g/L。

步骤三、雪硅钙石的水热合成：将上述得到的精制脱硅液和石灰乳液进行混合，并对混合溶液的浓度进行调整，控制混合溶液中钙硅摩尔比0.95～1.05，水固比为25～35:1，其中，水固比可以称为水固质量比，因为水的质量和体积数量绝对值一样，一般的水固比是指液体体积（ml）/固体的质量（g）比；