一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法，其特征是：取大理石抛光废渣作固体原料、稀硝酸水溶液作液体原料，按1：5～10的固液比将原料混合，在20～60℃下搅拌反应1～3 h后过滤，固体物经洗涤、干燥，即得纳米碳酸钙；液体物作为钙源；0.5～1.0 mol/L Na

A method of preparing nanometer calcium carbonate and calcium chloride free early strength agent with marble polishing waste

【技术实现步骤摘要】
一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法
本专利技术属于废渣的处理及用作纳米粒子和建筑材料的制备，涉及一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法。本专利技术制备的纳米碳酸钙作为一种性能优良的无机功能填料，用于橡胶工业中，可以提高材料的补强性能、拉伸性能及抗老化性能；用于塑料中可以解决塑料收缩不均匀和混合不均匀的问题；用于涂布加工纸的填料，可以有效改进纸的平滑度、柔软度；本专利技术制备的无氯硅酸钙早强剂的主要用途是作为一种混凝土早强剂使用。
技术介绍
目前，碳酸钙用量约占聚合物无机填料用量的80％以上，而其中性能优异的纳米碳酸钙的比例也在逐年上升。纳米碳酸钙作为一种优良的填料成功地应用于橡胶、塑料、涂料、高级油墨、造纸、医药、食品以及环保等领域。由于纳米碳酸钙的市场需求量大，而目前该产品也比较缺乏，所以，持续关注纳米碳酸钙的研究是有积极意义的。现有技术中，制备碳酸钙的方法有物理法和化学法两种。采用物理方法制备的碳酸钙一般为重质碳酸钙，而采用化学方法制备的碳酸钙一般为轻质碳酸钙或沉淀碳酸钙。物理方法中常用的方法为粉碎法，但是用粉碎机粉碎到0.1μm以下是相当困难的，只有采用特殊的方法和机械才有可能达到0.1μm以下。化学法中，间歇鼓泡碳化法是目前国内外应用最广泛的方法，该工艺的主要优点是设备投资小，操作简单、生产强度高，主要缺点是气－液－固传质效果不理想，工艺条件控制比较困难，能耗较高，制备的碳酸钙颗粒粒度分布宽，产品质量重现性差。复分解法，属于液、固相反应过程；可制取纯度高、白度好的优良产品；但如果采用水溶性钙盐(氯化钙等)与水溶性碳酸盐(碳酸铵等)反应制备纳米碳酸钙，则吸附在碳酸钙中的大量氯离子很难除尽，生产中使用的倾析法往往需要大量的时间和洗涤用水。早强剂是可以加速混凝土早期强度发展的外加剂，早强剂的使用可加速混凝土硬化，缩短养护周期，加快施工进度，提高模板周转率。水化硅酸钙作为水泥水化的主要产物，将其用作早强剂，可为水泥水化提供成核位点，减小水化产物析出时的能量阻碍，促进结晶反应的进行，从而提高水泥水化速度，进而提高水泥基材料的早期强度。研究表明:基于硅酸钙的早强剂由于其主要成分与水泥水化产物相似，具有很好的适应性，也符合无氯、低钠的早强剂发展要求。现有技术中，制备硅酸钙的方法主要有沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法等方法。沉淀法中原料均为溶液状态，水固比大，水化硅酸钙形成可以利用的自由空间巨大，这与实际水泥基材料较小的水胶比以及有限的自由空间差别较大，必然对水化硅酸钙的微观形貌等产生影响。且采用沉淀法合成硅酸钙时一般采用纯化合物作为原料，一般以硝酸钙作为钙源，其生产成本较高。水热合成法需要在高温、高压的反应条件下进行，具有一定的危险性。对采用工业固体废弃物之一的大理石抛光废渣来制备硅酸钙的研究还未见报道。天然石材的开采平均利用率仅35％左右，其余大部分资源变成了废石渣；此外，石材加工时又会产生约20％-30％的废料。全球石材加工业一年约产生2733万吨石材废料，仅我国产生的石粉废料就约859万吨，占全球总量的31％。大理石抛光废渣是大理石在铣磨、粗磨、细磨、抛光及磨边等一系列工序过程中产生的一种固体废弃物。大理石废渣常用的处理方式是进行填埋和焚烧处理，填埋不仅占用土地资源，挤占耕地，还将造成土地硬化；焚烧处理不仅是对可回收资源的浪费，更会产生环境污染，对人类的生存环境带来不利影响。因此，如何将工业废弃物资源化利用，不对环境造成二次伤害，同时取得环境效益和经济效益，是当今迫切所要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法。从而提供一种利用作为废弃物的大理石抛光废渣等为原料、制备中不产生对环境有污染物质、产物性能良好的制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法。本专利技术的内容是：一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法，其特征是包括下列步骤:a、制备纳米碳酸钙；取碳酸钙的质量百分比含量为95％以上(指碳酸钙的质量百分比含量等于或大于95％)的大理石抛光废渣作为固体原料、浓度为0.5～2.0mol/L(较好的是0.8～1.6mol/L)稀硝酸水溶液作为液体原料，按照固体原料(质量):液体原料(体积)为1:5～10的固液比将固体原料与液体原料在反应器中混合，在20～60℃温度下搅拌反应1～3h后，将反应后物料过滤(进行固液分离)，再将过滤后得到的固体物用蒸馏水洗涤、干燥，即制得纳米碳酸钙(或称为高纯度纳米碳酸钙)；将过滤后得到的液体物备用；所述大理石抛光废渣原料与硝酸的主要化学反应为:CaCO3+2HNO3→Ca(NO3)2+CO2↑+H2O。制备的纳米碳酸钙的化学组成和质量百分比例为:CaO98.78％、SiO20.51％、SO30.05％、Al2O30.06％、Fe2O30.03％、MgO0.49％、SrO0.08％。b、获取钙源；取步骤a所述过滤后得到的液体物[主要是Ca(NO3)2的水溶液]作为钙源；c、获取硅源:配制浓度为0.5～1.0mol/L的Na2SiO3水溶液作为硅源；d、制备无氯硅酸钙早强剂:按钙:硅的物质的量的比例为0.6～2.0:1取钙源和硅源[可以采用电感耦合等离子体发射光谱仪简称(ICP)等测定钙源钙的物质的量]，并在搅拌下在反应器中混合，再加入溶液质量分数为0.1～2％的十二烷基苯磺酸钠(简称SDBS)(分散均匀)，然后在25～85℃温度下搅拌反应时间3～5h，即制得无氯硅酸钙早强剂(或称为含钠盐的无氯硅酸钙溶液)。所述钙源与硅源(即硝酸钙水溶液与硅酸钠水溶液)的主要化学反应方程式为:Ca(NO3)2+Na2SiO3→CaSiO3↓+2NaNO3。本专利技术的内容中:步骤a所述的大理石抛光废渣的粒度范围可以为D50＝5.4～10.4μm。本专利技术的内容中:步骤a所述的干燥较好的是将固体物置于温度为30～60℃的烘箱内烘干3～8h。本专利技术的内容中:步骤a所述的大理石抛光废渣的主要化学组成和质量百分比例为:CaO96.5％～98％、MgO1％～2％、SiO20.5％～1％，Al2O30～0.5％，且各组分总和为100％。本专利技术的内容中:步骤a所述的大理石抛光废渣的化学组成和质量百分比例为:CaO97.68％、SiO20.69％、SO30.10％、Al2O30.16％、Fe2O30.07％、MgO1.22％、SrO0.08％。本专利技术的内容中:步骤d所述搅拌的速度较好的为200～300rpm。与现有技术相比，本专利技术具有下列特点和有益效果:(1)本专利技术以大理石抛光废渣、稀硝酸水溶液作为原料制备出纳米碳酸钙，将反应后的溶液作为钙源，并以硅酸钠水溶液作为硅源来制备无氯硅酸钙早强剂(或称为含钠盐的无氯硅酸钙溶液)，该方法操作简单，反应过程容易控制，为大理石抛光废渣的有效利用找本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法，其特征是包括下列步骤：/na、制备纳米碳酸钙；/n取碳酸钙的质量百分比含量为95%以上的大理石抛光废渣作为固体原料、浓度为0.5～2.0 mol/L稀硝酸水溶液作为液体原料，按照固体原料：液体原料为1：5～10的固液比将固体原料与液体原料在反应器中混合，在20～60℃温度下搅拌反应1～3 h后，将反应后物料过滤，再将过滤后得到的固体物用蒸馏水洗涤、干燥，即制得纳米碳酸钙；将过滤后得到的液体物备用；/nb、获取钙源；/n取步骤a所述过滤后得到的液体物作为钙源；/nc、获取硅源：/n配制浓度为0.5～1.0 mol/L的Na

【技术特征摘要】
1.一种用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法，其特征是包括下列步骤：
a、制备纳米碳酸钙；
取碳酸钙的质量百分比含量为95%以上的大理石抛光废渣作为固体原料、浓度为0.5～2.0mol/L稀硝酸水溶液作为液体原料，按照固体原料：液体原料为1：5～10的固液比将固体原料与液体原料在反应器中混合，在20～60℃温度下搅拌反应1～3h后，将反应后物料过滤，再将过滤后得到的固体物用蒸馏水洗涤、干燥，即制得纳米碳酸钙；将过滤后得到的液体物备用；
b、获取钙源；
取步骤a所述过滤后得到的液体物作为钙源；
c、获取硅源：
配制浓度为0.5～1.0mol/L的Na2SiO3水溶液作为硅源；
d、制备无氯硅酸钙早强剂：
按钙：硅的物质的量的比例为0.6～2.0：1取钙源和硅源，并在搅拌下在反应器中混合，再加入溶液质量分数为0.1～2%的十二烷基苯磺酸钠，然后在25～85℃温度下搅拌反应3～5h，即制得无氯硅酸钙早强剂。


2.按权利要求1所述用大理石抛光废渣同时制备纳米碳酸钙和无氯硅酸钙早强剂的方法，其特征是：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红，严云，胡志华，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51