一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶复合材料及其制备方法和应用，涉及赤泥安全处置及资源化利用领域。本发明专利技术方法包括将赤泥进行预处理的步骤；将预处理赤泥与稀酸溶液混合加热反应的步骤；接着与乙醇水溶液混合加热搅拌、进行阴离子树脂交换、然后加入碱性催化剂进行溶液催化反应的步骤；再滴加改性剂加热搅拌，滴加蟹合剂进行开环反应的步骤；最后与纤维基材复合，经凝胶、老化、干燥的步骤。本发明专利技术提供的方法是以赤泥为原料制备耐高温硅铝气凝胶复合材料，较传统制备气凝胶所使用的原料相比，可以极大地节省气凝胶的制备成本，且还能解决目前赤泥废弃物无法得到有效利用及环境污染问题，实现了对赤泥的综合利用以及低成本气凝胶的制备。以及低成本气凝胶的制备。以及低成本气凝胶的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及赤泥安全处置及资源化利用领域，具体涉及一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]赤泥是铝工业中的一类大宗固废，一般生产1吨氧化铝就会产1～2吨赤泥。铝土矿生产氧化铝的方法有拜耳法、烧结法以及烧结法和拜耳法联合的方法，因此，产生的赤泥分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥。赤泥成分因生产氧化铝的方法而不同，主要成分为氧化铝、氧化钠、氧化钙、氧化铁、氧化硅及未洗净的碱性钠盐(硅酸铝钠，碳酸钠、氢氧化钠等)等。中国作为世界上生产氧化铝大国之一，赤泥年排放量达数百万吨之多，直接排放赤泥会严重污染环境，同时还会造成铝、钙、铁等资源的浪费和流失，资源化利用迫切。
[0003]气凝胶是目前最理想的轻质隔热材料，是由纳米胶体粒子或高聚物分子构成的轻质、非晶和多孔性固体材料，具有极低的密度、高比表面积和高孔隙率。气凝胶的孔径(＜50nm)小于空气分子的平均自由程(约70nm)，在气凝胶孔内没有空气对流，因而具有极低的气态热传导；同时由于气凝胶具有极高的孔隙率，固体所占体积比很低，因此固态热传导也很低，使得气凝胶具有极低的热导率，被认为是目前所发现的隔热性能最好的固体材料。
[0004]目前由于制备气凝胶多数采用有机原料进行制备价格较高限制了其大规模应用，因此寻找廉价高效环保的原材料已成为当前气凝胶材料研究的一种必然趋势具有很大的必要性和实际意义。
[0005]目前针对赤泥的的资源化利用研究的较多，主要集中在回收其中的有价元素以及用于制备路基、建材等材料，利用赤泥制备气凝胶的研究未有涉及。现有技术中CN201710588593.1公开了一种赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的方法，先将赤泥磨细，然后进行一段弱磁选，一段弱磁选后的物料先后进行氧化焙烧和还原焙烧，最后进行二段弱磁选得到铁精粉；CN201811018582.0公开了一种用于路基水稳层的赤泥基材料，以赤泥、熟石灰、粉煤灰、矿渣、五水偏硅酸钠、水泥和级配碎石为原料，按照一定比例混合制备路基水温层的赤泥基材料；CN201710670415.3和CN201510051373.6公开了一种赤泥制备聚合氯化铝的方法，该方法将赤泥与盐酸混合进行溶出反应，经液固分离，滤液经聚合反应制备聚合氯化铝；CN201910504401.3公开了一种利用赤泥制备聚合氯化铝净水剂的方法，该方法将赤泥于水溶液中加热搅拌，强化溶出赤泥中的可溶性碱，将碱溶液浓缩结晶，用于拜耳法提取氧化铝；CN202011283207.6公开了一种硅铝复合气凝胶的制备方法，该方法用粉煤灰预处理制备了一种普通硅铝复合气凝胶，且该气凝胶不具备耐高温性，与本专利技术所用的原料和原理均不同。以上公开的赤泥回收铁精粉偏重火法冶金，相对来说能耗较高，成本较大；赤泥制备路基材料，因赤泥中含有附碱，在使用过程中附碱浸出，无法保证材料性能；利用赤泥制备聚合氯化铝未进行预处理，导致生产聚合氯化铝过程酸耗过大，产品盐基度偏高，使用性能较低。以赤泥为原料制备的耐高温气凝胶复合材料的方法，不仅能有效避免上述问题
的产生，而且能有效的处理赤泥废弃物，降低赤泥对环境造成的污染，制备的气凝胶复合材料还能作为保温材料在工业保温领域得到应用，即降低了制备成本达到了资源回收利用的效果。
[0006]基于上述理由，特提出本申请。

技术实现思路

[0007]基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶材料及其制备方法和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷：本专利技术方法针对目前赤泥废弃物无法得到有效利用及环境污染的问题，实现了对赤泥的综合利用；同时具有制备工艺简单、能耗低、环境友好、以废治废等优点，并且所制备得到的气凝胶产品还能用于隔热保温领域应用，真正达到了资源的回收利用循环。
[0008]为了实现本专利技术的上述其中一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010]步骤1：将赤泥进行预处理，脱除所述赤泥中的可溶性碱，得到预处理赤泥；
[0011]步骤2：将步骤1所述预处理赤泥与稀酸溶液混合，加热反应，反应结束后抽滤，得含硅铝溶液；
[0012]步骤3：将步骤2所述含硅铝溶液与乙醇水溶液混合，加热搅拌，搅拌结束后将所得溶液进行阴离子树脂交换至溶液的pH值为2～3；再加入碱性催化剂进行溶液催化反应；
[0013]步骤4：向步骤3催化后所得溶液中滴加改性剂，加热搅拌，最后滴加蟹合剂，继续加热搅拌进行开环反应，得到硅铝溶胶；
[0014]步骤5：将步骤4所得硅铝溶胶与纤维基材复合，经凝胶、老化、干燥得到所述的耐高温硅铝气凝胶复合材料。
[0015]进一步地，上述技术方案步骤1中，所述赤泥可以为拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥等中的至少一种。在本专利技术的一个优选实施例中，所述赤泥为烧结法赤泥。
[0016]进一步地，上述技术方案步骤1中所述预处理工艺具体如下：将赤泥与去离子水混合，加热搅拌反应，溶出所述赤泥中的可溶性碱，经固液分离，得到预处理赤泥。
[0017]优选地，上述技术方案，所述赤泥与去离子水的用量比例为0.5～1g/ml，所述反应的条件为：反应温度50～100℃，反应时间1.5～3h。
[0018]具体地，上述技术方案步骤1中所述可溶性碱，主要包括NaO、NaOH、NaAlO2、Na2CO3、Na2SiO3等。本步骤中采用的水洗法可以去除赤泥中可溶性碱，但是对于大量存在的硅铝酸钠等不可溶性碱，例如Na8(Si6Al6O
24
)(OH)
88
(CO3)
1.44
(H2O)2等形式存在的沸石型化合物在本步骤中未被去除。
[0019]进一步地，上述技术方案步骤2中，所述稀酸溶液为稀盐酸水溶液、稀硫酸水溶液、稀硝酸水溶液、稀磷酸水溶液等中至少一种。在本专利技术的一个优选实施例中，所述稀酸溶液为稀盐酸水溶液。
[0020]进一步地，上述技术方案步骤2中，所述稀酸溶液的浓度为1
‑
10mol/L。
[0021]进一步地，上述技术方案步骤2中，所述预处理赤泥与稀酸溶液的用量比例为0.2
～1g/ml。
[0022]进一步地，上述技术方案步骤2中，所述加热的温度为50～90℃，所述加热的时间为3～6h。
[0023]具体地，上述技术方案步骤2中主要发生的化学反应是：将氧化铝转化为可溶性铝盐，并将沸石型硅铝酸钠转化为硅酸或硅酸盐。
[0024]进一步地，上述技术方案，步骤3中所述乙醇水溶液是由无水乙醇和去离子水按配比混匀制得。
[0025]更进一步地，上述技术方案，步骤3中所述含硅铝溶液与乙醇水溶液中无水乙醇、去离子水的体积比为1：(0.5～1):(0.4～0.8)。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以赤泥为原料的耐高温硅铝气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1：将赤泥进行预处理，脱除所述赤泥中的可溶性碱，得到预处理赤泥；步骤2：将步骤1所述预处理赤泥与稀酸溶液混合，加热反应，反应结束后抽滤，得含硅铝溶液；步骤3：将步骤2所述含硅铝溶液与乙醇水溶液混合，加热搅拌，搅拌结束后将所得溶液进行阴离子树脂交换至溶液的pH值为2～3；再加入碱性催化剂进行溶液催化反应；步骤4：向步骤3催化后所得溶液中滴加改性剂，加热搅拌，最后滴加蟹合剂，继续加热搅拌进行开环反应，得到硅铝溶胶；步骤5：将步骤4所得硅铝溶胶与纤维基材复合，经凝胶、老化、干燥得到所述的耐高温硅铝气凝胶复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中所述预处理工艺具体如下：将赤泥与去离子水混合，加热搅拌反应，溶出所述赤泥中的可溶性碱，经固液分离，得到预处理赤泥。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述赤泥与去离子水的用量比例为0.5～1g/ml，所述反应的条件为：反应温度50～100℃，反应时间1.5～3h...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠伦，侯建业，王明铭，温立玉，刘振森，
申请(专利权)人：中建材科创新技术研究院山东有限公司，
类型：发明
国别省市：