一種雪硅鈣石的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雪硅鈣石的制備技術領域，尤其涉及一種利用高硅粉煤灰和氧化鈣為原料，在較低溫度和壓力下制備雪硅鈣石的方法。
【背景技術】
[0002]雪硅鈣石(Tobermorite)又稱為托勃莫來石，是一種水化硅酸鈣，主要作為硅酸媽絕熱材料的主要成分之一。其分子式為5Ca0.6Si02.6H20。雪娃媽石多用作建筑材料的膠結料，可用作水泥、陶瓷生產等。
[0003]目前工業上生產雪硅鈣石制品都是由石英砂、硅藻土堿熔融生產的工業水玻璃作為硅質原料，以電石渣等作為鈣質原料合成反應得到。反應過程中，溫度要達到220°C以上，反應時間一般大于15小時，反應時間較長。
[0004]上述生產雪硅鈣石的工藝中，使用石英砂等不可再生的資源，對于生態平衡具有一定的破壞作用；同時，由于使用結晶態的工業水玻璃作為硅質原料，在生成雪硅鈣石的反應中，需要破壞硅質原料的結晶狀態，所以，反應溫度高，反應時間長，能耗高。因此，現有技術中，雪硅鈣石的制備工藝不具有節能環保的特點，不利于社會的發展。
[0005]粉煤灰是火力電廠的主要廢棄物，其排放量逐年增大，因其侵占大量土地、影響儲灰場周圍的空氣質量和農業生產，從而嚴重危害環境。因此，以粉煤灰為原料生產高附加值、環境友好型產品為導向的開發應用，能夠較好的解決粉煤灰對環境危害的影響。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種雪硅鈣石的制備方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0008]一種雪硅鈣石的制備方法，包括如下步驟:
[0009]SI，將粉煤灰、氧化鈣、水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液混合均勻，得到固液混合物，控制粉煤灰和氧化鈣的鈣硅克分子比為0.8-0.82，粉煤灰和氧化鈣組成的硅鈣源混合物與水的質量比為1:5-1:3，硅鈣源混合物與氫氧化鈉溶液的質量比為1000:1 ；
[0010]S2，固液混合物升溫升壓至壓力為0.5-0.6Mpa、溫度為120-130°C的條件后，凝膠化反應1.5-2h，制得雪硅鈣石。
[0011]優選地，所述粉煤灰中S12的質量百分含量為60-80%。
[0012]優選地，SI中，將所述將粉煤灰、氧化鈣、水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液混合均勻，包括如下步驟:
[0013]SlOla，稱取粉煤灰和氧化鈣，混合均勻，得到硅鈣源混合物；
[0014]S102a，向硅鈣源混合物中加入水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液，混合均勻，得到固液混合物。
[0015]優選地，SI中，將所述將粉煤灰、氧化鈣、水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液混合均勻，包括如下步驟:
[0016]SlOlb，稱取粉煤灰和氧化鈣，混合均勻，得到硅鈣源混合物；
[0017]S102b，向硅鈣源混合物中加入水，混合均勻；
[0018]S103b，在S102b得到的混合物中加入質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液，混合均勻，得到固液混合物。
[0019]優選地，S2中，采用壓力為0.5-0.6Mpa、溫度為120_130°C的水蒸氣對固液混合物進行升溫升壓。
[0020]優選地，S2中，固液混合物在升溫升壓過程中還包括攪拌，攪拌的速率為:100-300rpmo
[0021]優選地，S2中，固液混合物升溫升壓的時間控制在15-18min。
[0022]優選地，S2中，凝膠化反應還包括攪拌，攪拌的速率為:100-200rpm。
[0023]優選地，S2中，固液混合物升溫升壓至壓力為0.5Mpa、溫度為120°C的條件后，凝膠化反應1.5h，制得雪硅鈣石。
[0024]優選地，S2中，雪娃媽石為長度為0.5-0.6mm的針狀物。
[0025]本發明的有益效果是:本發明實施例提供的雪硅鈣石的制備方法，采用粉煤灰為硅源，氧化鈣為鈣源，氫氧化鈉溶液為添加劑，在較低溫度和較低壓力下進行凝膠化反應較短時間，制備雪硅鈣石，不僅解決了粉煤灰對環境造成危害的問題，具有環保的特點；同時，也無需使用不可再生資源石英砂，避免了對生態平衡的破壞；而且，由于粉煤灰為非結晶態，所以，在凝膠化反應過程中，無需破壞結晶態的高能鍵，只需在較低溫度和較低壓力下反應較短時間，因此，極大的降低了能耗，提高了生產效率，具有節能的特點。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0027]實施例一
[0028]本發明實施例提供了一種雪硅鈣石的制備方法，包括如下步驟:
[0029]步驟一，將粉煤灰、氧化鈣、水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液混合均勻，得到固液混合物，控制粉煤灰和氧化鈣的鈣硅克分子比為0.8-0.82，粉煤灰和氧化鈣組成的硅鈣源混合物與水的質量比為1:5-1:3，硅鈣源混合物與氫氧化鈉溶液的質量比為
1000:1ο
[0030]其中，粉煤灰和氧化鈣的質量比可以根據雪硅鈣石分子式中硅鈣克分子比進行推算，計算出使用的粉煤灰和氧化鈣的質量，然后稱取相應質量的硅源和鈣源，并將兩者混合均勻。
[0031]根據雪硅鈣石分子式可知，粉煤灰和氧化鈣的鈣硅克分子比的理論值為0.833。
[0032]本實施例中，在使用該理論值推算實際生產中使用的粉煤灰和氧化鈣的質量時，考慮到在實際的反應過程中，氧化鈣不能完全反應，所以使用過量的氧化鈣，來保證粉煤灰中的硅源完全反應，提高雪硅鈣石的制備效率。因此，本實施例中，將粉煤灰和氧化鈣的鈣硅克分子比設置為0.8-0.82，使計算出的氧化鈣過量。
[0033]本實施例中，所述粉煤灰中S12的質量百分含量為60-80%。
[0034]本實施例中以粉煤灰為硅源，粉煤灰為火力電廠的主要廢棄物，采用高硅粉煤灰可以實現對硅源的有效的利用。本實施例中，高硅粉煤灰是指S12的質量百分含量在60%以上。目前，最常見的高硅粉煤灰中的S12的質量百分含量在60% -80%，所以，本實施例中，優選采用S12的質量百分含量為60-80%的粉煤灰，從而保證硅原料來源廣泛，容易取得，成本低廉。
[0035]本實施例的SI中，將所述將粉煤灰、氧化鈣、水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液混合均勻，可以包括如下步驟:
[0036]SlOla，稱取粉煤灰和氧化鈣，混合均勻，得到硅鈣源混合物；
[0037]S102a，向硅鈣源混合物中加入水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液，混合均勻，得到固液混合物。
[0038]在實際操作中，可以根據粉煤灰和氧化鈣的硅鈣克分子比，計算使用的硅源和鈣源的質量，再進行稱取和混合。可以將硅源和鈣源分別加入反應釜后，再混合均勻，也可以將硅源和鈣源先混合均勻后，再將硅鈣源混合物加入反應釜內，然后按照比例向反應釜內加入水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液，混合均勻，得到固液混合物。
[0039]本實施例的SI中，將所述將粉煤灰、氧化鈣、水和質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液混合均勻，還可以包括如下步驟:
[0040]SlOlb，稱取粉煤灰和氧化鈣，混合均勻，得到硅鈣源混合物；
[0041]S102b，向硅鈣源混合物中加入水，混合均勻；
[0042]S103b，在S102b得到的混合物中加入質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液，混合均勻，得到固液混合物。
[0043]在實際操作中，先加入水，再加入質量百分含量為20%的氫氧化鈉溶液，將二者分別加入。
[0044]本實施例的凝膠化反應中，氫氧化鈉溶液為添加劑，為了使其能夠更好的發揮作用，可以在硅鈣源混合物和水形成漿料后，再加入氫氧化鈉溶液，有利于提高產品得率，提高硅源和鈣源的轉化率。
[0045]步驟二，固液混合物升溫升壓至壓力為0.5-0.6Mpa、溫度為120-130°C的條件后，凝膠化反應1.5-2h，制得雪硅鈣石。
[0046]其中，可以采用壓力為0.5-0.6Mpa、溫度為120_130°C的水蒸氣對固液混合物進行升溫升壓。
[0047]固液混合物在升溫升壓過程中還包括攪拌，攪拌的速率為:100-300rpm。
[0048]在升溫過程中，對物料進行攪拌，可以保證物料與熱量充分的接觸，加快升溫速率，也會使所有的物料均得到升溫，而不會造成局部升溫，影響后續的凝膠化反應，降低雪硅鈣石的生成效率。
[0049]本實施例中，固液混合物升溫升壓的時間可以控制在15_18min。
[0050]在實際操作過程中，可以通過調節熱量的流量，控制物料升溫升壓的時間。
[0051]但是需要注意的是，物料升溫升壓的速度不能太快，也不能太慢，以避免影響原料的性質，進而影響雪硅鈣石制品的質量以及生產效率。
[0052]本實施例中，凝膠化反應中還可以進行攪拌，攪拌的速率為:100-200rpm。
[0053]通入水蒸氣使反應釜內的壓力達到0.5-0.6Mpa、溫度達到120-130°C的條件后，則在100-200rpm的攪拌速率條件下，保持上述溫度和壓力1.5_2h，使硅源和鈣源之間發生凝膠化反應，生成雪硅鈣石。
[0054]本發明實施例中，由于硅源粉煤灰為非結晶態，所以，與結晶態的工業水玻璃不同，本實施例提供的制備方法中，在凝膠化反應過程中，無需破壞結晶態的高能鍵，只需在較低溫度(與現有技術中220°C的反應溫度相比)和較低壓力下反應較短時間(與現有技術中15個小時的反應時間相比)，即可得到雪硅鈣石。因此，極大的降低了能耗，提高了生產效率，具有節能的特點。
[0055]為了使硅源和鈣源能夠充分的接觸，完全反應，以及得到的雪硅鈣石不會發生粘結，本實施例中，在反應過程中，開啟攪拌，在100-200rpm的攪拌速率下，發生反應。其中，攪拌速率不能太大，如果過大，則容易將生成的雪硅鈣石制品機械破碎，使制品的得率下降，攪拌速率也不能太小，如果過小，則可能導致硅源和鈣源不能充分接觸，發生凝