一种制备微孔硅酸钙粉体的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用高纯度石英粉和高品质石灰石作为原料，利用水热合成反应生产微孔水化硅酸钙粉体材料的方法。与现有硅酸钙合成工艺相比，本方法具有原料来源广泛、低价易得，通过调整反应条件可控制C‑S‑H胶凝物的微观结构和结晶程度，从而满足不同使用要求。本方法得到的微孔硅酸钙产品微观结构发育良好，具有比表面积、白度、堆积密度高等特点，同时具有补强性能和化学键活性，可作为功能型化工填料广泛应用于造纸、塑料、橡胶等行业使用。

A method of preparation of microporous calcium silicate powder

The invention discloses a method for producing microporous calcium silicate powder material by using hydrothermal synthesis reaction with high purity quartz powder and high quality limestone as raw material. Compared with the existing synthetic process of calcium silicate, this method has a wide range of raw materials and easy to obtain at low price. By adjusting the reaction conditions, the microstructure and crystallinity of the C S H cementitious substance can be controlled so as to meet the requirements of different use. The microporous calcium silicate products obtained by this method have good microstructure, and have the characteristics of specific surface area, white degree and high packing density, and have both strengthening and chemical bond activity. It can be widely used as functional chemical filler in papermaking, plastic, rubber and other industries.

【技术实现步骤摘要】
一种制备微孔硅酸钙粉体的方法
本专利技术涉及化学工程及材料工程
，尤其涉及一种使用石英粉和石灰石作为原材料，利用水热合成工艺及后处理方法制备微孔硅酸钙粉体材料的方法。
技术介绍
微孔硅酸钙粉体材料属于水化硅酸钙的一种，其化学式为CaO·SiO2·nH2O，物相组成主要为C-S-H(Ⅰ)型凝胶、C-S-H(Ⅱ)型凝胶以及无定型物质等，该材料无毒无味，不溶于水、酒精和碱溶液中，但极易溶于强酸。由于该粉体材料粒度细，白度高，且堆积密度和真密度均较低，保温性能较好，因此这类微孔硅酸钙粉体既可应用于保温材料领域，也可作为化工添加剂广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料领域。人工合成的硅酸钙通常由粉煤灰脱硅液、高模数水玻璃、硅酸钠溶液、硅藻土等硅源与生石灰、石灰乳和氢氧化钙粉等钙源进行水热合成。其中目前产业化较多的是使用高铝/高硅粉煤灰作为原料低压碱溶脱硅后得到的脱硅液作为硅源，使用石灰乳作为钙源来制备硅酸钙，这种方法有如下几个方面的缺点：1、通常粉煤灰使用低浓度碱液在低压条件下进行脱硅反应，粉煤灰中的非晶态SiO2在该条件下较容易溶于碱液，而晶态氧化硅较难溶于碱液，因此氧化硅的溶出率较低，得到的脱硅液浓度也相应较低，其中SiO2含量一般在30～80g/L，NaO2含量一般在50g/L左右，模数在0.5～1.0左右，这就造成粉煤灰脱硅制备硅酸钠溶液的反应过程能耗较高。此外这种工艺条件下，粉煤灰脱硅后的洗涤还产生大量洗涤水，硅酸钙合成和过滤洗涤后也相应产生大量稀碱液需要循环增浓再利用，也加剧了后期碱液循环利用的能耗和水耗。2、电厂产生的粉煤灰受到煤炭成分、电厂炉型结构、运行工况等多方面因素影响，造成即使同一地区粉煤灰的物象组成和微观结构差异也较大，不同地区的粉煤灰则差异更大。因此将粉煤灰中的非晶态氧化硅作为硅酸钙的硅质原料，存在对粉煤灰要求较高的问题，造成其原料来源不够广泛，地域性限制较大。3、传统工艺制备的硅酸钙，表面的硅氧基和硅醇基官能团被水分子结合，其中还有部分官能团与未洗涤干净的稀碱液中的Na+离子紧密结合，造成硅酸钙粉体表面活性差、比表面积和吸油值较低的问题；此外硅酸钙干燥过程中也没有经过粉化处理，大量微粒子在结合水的作用下团聚成大颗粒，直接影响了材料的结构特性和使用性能，没有最大化地发挥硅酸钙的特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以高纯石英粉、碱液和石灰石作为主要原料来制备微孔硅酸钙粉体的方法，用以解决现有技术生产的硅酸钙粉体表面活性差、比表面积和吸油值较低的问题，能够最大化地发挥硅酸钙的特性；同时还具有原料来源范围广，受地域性限制较小以及能够降低能耗和水耗的优点。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种制备微孔硅酸钙粉体的方法，所述方法包括以下步骤：(1)硅酸钠溶液的制备：选取高纯度石英粉，分散到氢氧化钠溶液中形成均匀浆液，经粗滤和精滤后，将获得的硅酸钠溶液在调配槽内进行浓度调配，调配后溶液中SiO2浓度在40～80g/L，NaO2浓度在50～80g/L，调配后的硅酸钠溶液作为硅质原料备用；(2)石灰乳的制备：选取高品位石灰石，进行破碎、洗石、分选后，与块状无烟煤混合均匀后进行高温煅烧，煅烧后得到的生石灰经过筛并使用热水进行消化，经过滤后，调整石灰乳CaO浓度为85～135g/L，陈化8～15h，优选12h后，作为钙质原料备用；(3)硅酸钙的水热合成：将上述得到的硅酸钠溶液和石灰乳按照CaO和SiO2的摩尔比1.0，水固质量比7.5～13.5:1进行配料并混合均匀，混合液在水热反应容器内升温至85～100℃，保温时间控制为0.75～1.5h，保温过程中，搅拌速度控制在150～200rpm；(4)微孔硅酸钙粉体的后处理：水热合成反应完成后，对得到的浆料进行过滤、洗涤和表面处理后得到湿饼，对湿饼进行烘干和粉化后，即得微孔硅酸钙粉体。所述硅酸钠溶液的制备步骤中，所述高纯度石英粉通过以下步骤获得：选取SiO2含量≥99％的高纯度石英砂，杂质总量不超过1％，其中杂质Fe2O3的含量≤0.05％，MgO的含量≤0.04％，将上述石英砂使用粉磨设备细磨成为平均粒径20微米以下，含水率≤3％的石英粉。进一步的，所述硅酸钠溶液的制备步骤中，还包括以下步骤：将所述高纯度石英粉分散到4.0kmol/m3～10.0kmol/m3的氢氧化钠溶液中形成均匀浆液，石英粉与氢氧化钠溶液中Na2O的质量比例为1:0.5～1:1；反应压力0.6～0.8MPa；反应温度158.9～170.4℃；反应时间1.5～2.5h。进一步的，所述硅酸钠溶液的制备步骤中，还包括以下步骤：将反应完成后的浆液进行固液分离，固体废渣返回石英粉进料口循环利用，过滤后得到的硅酸钠溶液为粗滤液，再经过叶滤机进行精滤，精滤后要求叶滤机出料浮游物含量≤0.02g/L。所述石灰乳的制备步骤中，所述生石灰通过以下步骤获得：选取氧化钙含量≥52％，氧化铁含量≤0.3％，氧化镁含量≤0.5％，SiO2含量≤1.0％的高品位石灰石，将其进行破碎、洗石、分选后，控制石块粒径尺寸为55-74mm，再与尺寸为41-50mm块状无烟煤混合均匀后，在钢结构立窑中进行高温煅烧。进一步的，所述石灰乳的制备步骤中，还包括以下步骤：将煅烧后得到的生石灰经过过筛去掉煤渣、煤灰和小粒生石灰后，使用65-95℃的热水按照石灰：水的重量比＝1:5～1:7混合进行消化，所得石灰乳粗浆液经过80～120目直线筛或圆振筛以及旋液分离器先后过滤后调整石灰乳的浓度。所述硅酸钙的水热合成步骤中，进行配料并混合均匀后，混合液在水热反应容器内升温至85～100℃，升温时间控制在0.5h～0.75h范围内，达到预定温度后，保温时间控制为0.75～1.5h，升温过程中，搅拌速度控制在200rpm～400rpm，保温过程中，搅拌速度控制在150～200rpm。所述微孔硅酸钙粉体的后处理步骤中，过滤洗涤后的硅酸钙湿饼其中NaO2含量要求小于1.2％，烘干后的微孔硅酸钙粉体中NaO2含量要求小于2.0％。进一步的，所述表面处理包括，基于过滤和洗涤后所得硅酸钙干基质量的5％～15％加入改性剂，所述改性剂为2.5％～7％的乙醇溶液或5％～8％的丙酮溶液，然后使用基于硅酸钙干基质量的10％～15％的稀盐酸进行淋洗和润浸。通过上述表面处理，起到硅酸钙表面结构净化以及表面硅氧基和硅醇基官能团活化的作用。可选的，对表面处理后的浆液进行过滤至含水率为40％～80％的湿饼，改性剂滤液回收后可以循环使用。进一步的，所述表面处理后，对湿饼进行烘干和粉化处理，烘干装置可使用但不限于盘式干燥器等干燥设备。通过本专利技术上述方法制备的微孔硅酸钙粉体为具有较高白度和纯度的多孔性、高吸附性和结构性的无机材料。其较高的比表面积，较大的孔径、孔隙率和通孔特征，使其呈现出高吸油吸水性和较强的补强作用。通过大量实验测试，其表观数据指标与传统化工填料级商品GCC、PCC比较，本专利技术微孔硅酸钙粉体的主要品质优势表现在：比表面积大，沉降体积高、比重小，磨耗值低(1.2mg)，白度稳定性好，烧失量小。从表观数据指标分析，比表面积、耐老化白度、磨耗值、Zeta电位、沉降体积、化学成分组成等均优于一般化工填料。本专利技术微孔硅酸钙粉体的晶化程度相对较低，其物相成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备微孔硅酸钙粉体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)硅酸钠溶液的制备：选取高纯度石英粉，分散到氢氧化钠溶液中形成均匀浆液，经粗滤和精滤后，将获得的硅酸钠溶液在调配槽内进行浓度调配，调配后溶液中SiO2浓度在40～80g/L，NaO2浓度在50～80g/L，调配后的硅酸钠溶液作为硅质原料备用；(2)石灰乳的制备：选取高品位石灰石，进行破碎、洗石、分选后，与块状无烟煤混合均匀后进行高温煅烧，煅烧后得到的生石灰经过筛并使用热水进行消化，经过滤后，调整石灰乳CaO浓度为85～135g/L，陈化8～15h后，作为钙质原料备用；(3)硅酸钙的水热合成：将上述得到的硅酸钠溶液和石灰乳按照CaO和SiO2的摩尔比1.0，水固质量比7.5～13.5:1进行配料并混合均匀，混合液在水热反应容器内升温至85～100℃，保温时间控制为0.75～1.5h，保温过程中，搅拌速度控制在150～200rpm；(4)微孔硅酸钙粉体的后处理：水热合成反应完成后，对得到的浆料进行过滤、洗涤和表面处理后得到湿饼，对湿饼进行烘干和粉化后，即得微孔硅酸钙粉体。

【技术特征摘要】
1.一种制备微孔硅酸钙粉体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)硅酸钠溶液的制备：选取高纯度石英粉，分散到氢氧化钠溶液中形成均匀浆液，经粗滤和精滤后，将获得的硅酸钠溶液在调配槽内进行浓度调配，调配后溶液中SiO2浓度在40～80g/L，NaO2浓度在50～80g/L，调配后的硅酸钠溶液作为硅质原料备用；(2)石灰乳的制备：选取高品位石灰石，进行破碎、洗石、分选后，与块状无烟煤混合均匀后进行高温煅烧，煅烧后得到的生石灰经过筛并使用热水进行消化，经过滤后，调整石灰乳CaO浓度为85～135g/L，陈化8～15h后，作为钙质原料备用；(3)硅酸钙的水热合成：将上述得到的硅酸钠溶液和石灰乳按照CaO和SiO2的摩尔比1.0，水固质量比7.5～13.5:1进行配料并混合均匀，混合液在水热反应容器内升温至85～100℃，保温时间控制为0.75～1.5h，保温过程中，搅拌速度控制在150～200rpm；(4)微孔硅酸钙粉体的后处理：水热合成反应完成后，对得到的浆料进行过滤、洗涤和表面处理后得到湿饼，对湿饼进行烘干和粉化后，即得微孔硅酸钙粉体。2.根据权利要求1所述的制备微孔硅酸钙粉体的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高纯度石英粉通过以下步骤获得：选取SiO2含量≥99％的高纯度石英砂，杂质总量不超过1％，其中杂质Fe2O3的含量≤0.05％，MgO的含量≤0.04％，将上述石英砂使用粉磨设备细磨成为平均粒径20微米以下，含水率≤3％的石英粉。3.根据权利要求2所述的制备微孔硅酸钙粉体的方法，其特征在于，步骤(1)中，还包括：将所述高纯度石英粉分散到4.0kmol/m3～10.0kmol/m3的氢氧化钠溶液中形成均匀浆液，石英粉与氢氧化钠溶液中Na2O的质量比例为1:0.5～1:1；反应压力0.6～0.8MPa；反应温度158.9～170.4℃；反应时间1.5～2.5h。4.根据权利要求3所述的制备微孔硅酸钙粉体的方法，其特征在于，步骤(1)中，还包括：将反应完成后的浆液进行固液分离，固体废渣返回石英粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，闫祖升，朱鸿，
申请(专利权)人：山西玉竹新材料科技股份有限公司，内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：山西,14