專利名稱：利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的方法。
背景技術(shù)：
礦物聚合材料是近年來新發(fā)展起來的一類新型無機非金屬材料。這類材料多以工業(yè)固體廢物或天然鋁硅酸鹽礦物為主要原料，與高嶺土和適量堿硅酸鹽溶液充分混合后，在室溫至120℃的低溫條件下成型硬化，是一類由鋁硅酸鹽膠凝成分粘結(jié)的化學鍵陶瓷材料。由于國外制備礦物聚合材料，除以工業(yè)固體廢物或鋁硅酸鹽礦產(chǎn)品為主要原料外，配料還需高嶺土(約1/3)、工業(yè)硅酸鈉(鉀)水玻璃和氫氧化鈉(鉀)。因而成本較高，不易實施推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的方法。本發(fā)明工藝設計合理，工藝流程簡單，無“三廢”排放，成本低廉，原料來源廣泛，便于推廣實施。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，該方法包括下述步驟(1)原料煅燒步驟將鉀長石粉體與碳酸鈉或碳酸鉀按1∶0.8-1.6的重量份數(shù)均勻混合后粉磨，在煅燒爐中于700℃-850℃條件下進行煅燒，煅燒時間至少0.5h；(2)制備溶膠步驟將煅燒后的熟料粉體與水按1∶4-12的重量份數(shù)置于反應釜中充分攪拌混合，并通入CO2進行酸化中和，至溶液的pH值為8-9時為止，然后過濾得到硅鋁質(zhì)濾渣，向該濾渣中加入氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，并進行充分攪拌，即制得一種偏鋁硅酸鹽溶膠；(3)配料混合步驟將高嶺土與工業(yè)廢渣粉磨、攪拌后，加入上述的偏鋁硅酸鹽溶膠中，攪拌均勻，即制得混合砂漿，固化后而成礦物聚合材料。
本發(fā)明是采用鉀長石粉與Na2CO3混合，經(jīng)中溫焙燒，反應產(chǎn)物為NaAlO2、KAlO2、Na2SiO3，正是制備礦物聚合材料的必需成分，可用以取代大部分高嶺土、硅酸鈉(鉀)水玻璃和氫氧化鈉(鉀)。采用本發(fā)明的方法制備的礦物聚合材料。與國外制備同類材料的工藝相比，其主要改進之處是，以鉀長石粉或富鉀巖石提鉀后的硅鋁質(zhì)廢渣來代替工業(yè)硅酸鈉和大部分高嶺土、氫氧化鈉，從而使材料的生產(chǎn)成本進一步降低約25～35％。
在本發(fā)明中的原料煅燒步驟中，所述的煅燒時間優(yōu)選為0.5-1.5h。
在本發(fā)明中的原料煅燒步驟中，所述的鉀長石粉體是從富鉀巖石中制得的，富鉀巖石為富含鉀長石的各種巖石，包括鉀長石巖、富鉀火山巖、霞石正長巖、偉晶巖、富鉀頁巖和富鉀板巖中的一種或幾種。富鉀巖石經(jīng)破碎，采用常規(guī)方法如重選等方法選礦，得到鉀長石含量＞80％的粉體，要求粉體粒度為-200目。
在本發(fā)明中的原料煅燒步驟中，碳酸鈉或碳酸鉀為工業(yè)級碳酸鈉或碳酸鉀。使用的水為普通自來水。
在本發(fā)明中的原料煅燒步驟中，鉀長石粉體與碳酸鈉或碳酸鉀粉磨的粒度為-200目。
在本發(fā)明中的配料混合步驟中，所述的高嶺土與工業(yè)廢渣粉磨是按照固/液比為3-5的重量比加入上述的偏鋁硅酸鹽溶膠中。
在本發(fā)明中的配料混合步驟中，高嶺土與工業(yè)廢渣的重量份數(shù)之比為1∶3-6。
在本發(fā)明中的配料混合步驟中，工業(yè)廢渣為粉煤灰、高爐爐渣、煤矸石和礦山尾礦中的一種或幾種。
在本發(fā)明中的配料混合步驟中，高嶺土與工業(yè)廢渣的顆粒粒徑為50-200μm。
在本發(fā)明中的制備溶膠步驟中，氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液濃度一般為9-11M，氫氧化鈉或氫氧化鉀與過濾所得硅鋁質(zhì)濾渣的重量比為1∶4-8，二者混合后所制得的膠體溶液的pH值≥14。在上述制備溶膠的步驟中，制備偏鋁硅酸鹽溶膠時，向硅鋁質(zhì)濾渣中加入高濃度氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液；相應地可制得偏鋁硅酸鈉或偏鋁硅酸鉀溶膠。該二種溶膠分別用于生產(chǎn)具有不同理化性能的礦物聚合材料制品。
在本發(fā)明中的配料混合步驟的固化過程中，可在模具中裝模成型、靜置固化。其裝模成型工序?qū)⒒旌仙皾{攪和物置于所需不同規(guī)格的模具中，并加以震搗或輕度加壓成型，以改善試樣的密實度。其靜置固化工序?qū)⑸鲜鲈嚇又糜谑覝刂?0℃條件下養(yǎng)護72h。試樣脫模后再置于室溫、大氣環(huán)境中自然固化數(shù)天，即制得礦物聚合材料成品。在上述的裝模成型工序中，可以根據(jù)實際使用的需要，將所述的礦物聚合材料制成無定型材料，在實際施工現(xiàn)場澆筑、震搗成型。
在本發(fā)明中的制備溶膠步驟中，熟料粉體加水浸取、酸化中和后，過濾得到硅鋁質(zhì)濾渣，而過濾得到的澄清溶液(含鉀母液)是一種碳酸氫鈉和碳酸氫鉀的混合溶液，可采用常規(guī)化學方法和設備，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥，制取優(yōu)等純碳酸鈉和電子級碳酸鉀。碳酸鈉可返回原料煅燒階段，循環(huán)使用。
本發(fā)明的方法制備的礦物聚合材料，主要原料采用富鉀巖石提取碳酸鉀后的硅鋁質(zhì)廢渣和包括有粉煤灰、高爐爐渣、煤矸石、礦山尾礦等的工業(yè)廢渣，以及少量的氫氧化鈉或氫氧化鉀(≤6％)和高嶺土(≤15％)。由富鉀巖石制得鉀長石粉，經(jīng)中溫焙燒得到焙燒熟料。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明是利用鉀長石粉體與碳酸鈉或碳酸鉀為配料進行煅燒后的熟料，作為制備礦物聚合材料的主要原料，并通過煅燒熟料的浸取液酸化步驟得到富含Na2O或K2O的母液。本發(fā)明工藝設計合理、工藝流程簡單、無“三廢”排放，符合高效節(jié)能和“清潔生產(chǎn)”的環(huán)保要求。本發(fā)明的產(chǎn)品——礦物聚合材料可用作建筑結(jié)構(gòu)材料，代替普通粘土磚和水泥制品；或用作有毒化合物或放射性廢料的固封材料；也可用作結(jié)構(gòu)部件和模具材料、各種防腐蝕材料等。副產(chǎn)品——含Na2O或K2O的母液可經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥，制取碳酸鈉和碳酸鉀產(chǎn)品，作為煅燒原料循環(huán)使用。本發(fā)明原料來源廣泛，工藝流程短，產(chǎn)品成本低，經(jīng)濟效益高，投資回收期短，便于實施推廣。


圖1為本發(fā)明的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，原料為富鉀巖石，經(jīng)破碎、選礦后，得到富含鉀長石的粉體。配料為碳酸鈉或碳酸鉀。鉀長石粉體與配料充分混合后進入煅燒爐中進行煅燒。煅燒后的熟料粉體加入適量水，并進行充分攪拌，同時通入CO2進行酸化中和。過濾得到的硅鋁質(zhì)濾渣，再與氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液相混合，經(jīng)充分攪拌，即制得一種偏鋁硅酸鹽溶膠。將此溶膠與一定配比的粉煤灰、高爐爐渣、煤矸石、礦山尾礦等工業(yè)廢渣相混合，充分攪拌后得到混合砂漿，成型后置于室溫至60℃的環(huán)境下靜置3-7天，即制得新型無機非金屬材料——礦物聚合材料。過濾得到的母液經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥，可制成碳酸鈉和碳酸鉀產(chǎn)品。原料煅燒過程和碳酸鹽干燥過程中所產(chǎn)生的含有CO2的尾氣可進行回收利用，用于對熟料浸取液的酸化。副產(chǎn)品碳酸鈉和碳酸鉀可作為煅燒配料，循環(huán)使用。
實施例1如圖1所示，將含鉀長石＞80％粉體，要求粉磨至-200目，與碳酸鈉或碳酸鉀按1∶1.2的重量比混合，在煅燒爐中進行煅燒，煅燒的溫度為800℃，煅燒時間為1h，得到灰白色至淺綠色半燒結(jié)熟料。與此同時，設在煅燒爐上方的氣體回收裝置，將煅燒過程中產(chǎn)生的含CO2的尾氣回收，并通過洗滌塔除塵凈化后回收利用。
上述熟料經(jīng)粉磨后，再按照1∶10的重量比在反應釜中與水混合，并充分攪拌，同時通入CO2進行酸化，至溶液的pH值為8時為止，然后進行過濾。再將10M的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液與過濾得到的硅鋁質(zhì)濾渣按照1∶6的重量比相混合，充分攪拌后即得到一種偏鋁硅酸鹽溶膠。
將高嶺土與含有粉煤灰、高爐爐渣、煤矸石的礦山尾礦工業(yè)廢渣按照1∶4的重量比配料后置于球磨機中，粉磨至顆粒粒徑為50-100μm；然后將該顆粒料置于攪拌機中，按照固/液比為4∶1的重量比加入上述的偏鋁硅酸鹽溶膠，并充分攪拌均勻，即制得混合砂漿。
將此混合砂漿攪和物置于模具中，并加以震搗或輕度加壓成型，以改善試樣的密實度。將制備得到的試樣置于室溫至60℃條件下養(yǎng)護72h。試樣脫模后再置于室溫、大氣環(huán)境中自然固化數(shù)天，即制得礦物聚合材料成品。
實施例2在實施例2中，焙燒工藝中采用了碳酸鈉作為備燒配料來制備硅鋁質(zhì)濾渣；在制備溶膠的步驟中，制備偏鋁硅酸鹽溶膠時，向硅鋁質(zhì)濾渣中加入高濃度氫氧化鈉溶液；在配料混合步驟中，將高嶺土與粉煤灰按照1∶4的重量比配料。除上述的條件外，其余的工藝參數(shù)和實施例1相同。采用上述硅鋁質(zhì)膠體廢渣和粉煤灰為主要原料，制備的礦物聚合材料的理化性能如下抗壓強度40～56MPa(燒結(jié)普通磚特級品19.62MPa；GB5101-85)耐酸性94.31～99.997％(耐酸磚的質(zhì)量標準≥99.80wB％；GB8488-87)耐堿性99.92～99.994％(玻璃馬賽克的質(zhì)量標準≥99.88wB％；GB7697-89)體積密度1.6～1.8g/cm3(建筑用承重磚密度1.8～2.0g/cm3)導熱系數(shù)約0.08～0.8W/m·℃吸水率6.0～16.0％(優(yōu)等燒結(jié)磚的吸水率不大于25％；GB/T2542-92)摩氏硬度約為4.5～6.0本發(fā)明的礦物聚合材料是一種新型無機非金屬材料，目前我國對其質(zhì)量要求尚無相應的國家標準。按照其功能和用途，只能大致與燒結(jié)普通磚進行對比。礦物聚合材料是大量利用工業(yè)固體廢物制備的一種低能耗的新型建筑結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的性能，且制備工藝相對簡單，因而具有良好的實際應用前景。
本發(fā)明的礦物聚合材料具有如下主要優(yōu)點1、抗壓強度高。由礦山固體廢物制備的礦物聚合材料，抗壓強度達40-56MPa，完全可滿足建筑結(jié)構(gòu)材料的要求。采用改進的工藝技術(shù)制備的礦物聚合材料，抗壓強度可達60MPa以上，因而具有更為廣泛的應用范圍。
2、具有防火性。制備原料均為天然礦物原料，或各種工業(yè)廢渣或礦山尾礦，因而材料具有良好的防火性能。
3、原料來源廣，成本低廉。原料可采用各種硅鋁質(zhì)天然礦物原料或工業(yè)廢渣、礦山尾礦，來源廣泛，成本低廉。
4、可固化有毒廢物。各種工業(yè)廢渣或礦山尾礦制成礦物聚合材料以后，其中含有的有毒元素或化合物即被固化于材料內(nèi)部。由于此類材料本身具有很強的耐酸堿侵蝕和耐氣候變化的能力，因而不會對周圍環(huán)境造成新的污染。
5、生產(chǎn)工藝簡單，能耗極低。生產(chǎn)工藝流程一般為原料粉體制備→配料→注?；虬敫蓧撼尚汀o置固化→材料制品。材料固化溫度一般維持在室溫至60℃即可，因而其生產(chǎn)過程的能耗極低。
本發(fā)明的工藝方法可以大量消耗粉煤灰，配料中粉煤灰的用量高達55～70％。因此，本發(fā)明的工藝方法是一種大量、低成本消耗粉煤灰的生產(chǎn)工藝方法。
權(quán)利要求
1.一種利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)原料煅燒步驟將鉀長石粉體與碳酸鈉或碳酸鉀按1∶0.8-1.6的重量份數(shù)均勻混合后粉磨，在煅燒爐中于700℃-850℃條件下進行煅燒，煅燒時間至少0.5h；(2)制備溶膠步驟將煅燒后的熟料粉體與水按1∶4-12的重量份數(shù)置于反應釜中充分攪拌混合，并通入CO2進行酸化中和，至溶液的pH值為8-9時為止，然后過濾得到硅鋁質(zhì)濾渣，向該濾渣中加入氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，并進行充分攪拌，即制得一種偏鋁硅酸鹽溶膠；(3)配料混合步驟將高嶺土與工業(yè)廢渣粉磨、攪拌后，加入上述的偏鋁硅酸鹽溶膠中，攪拌均勻，即制得混合砂漿，固化后而成礦物聚合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于所述的原料煅燒步驟中，煅燒時間為0.5-1.5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的原料煅燒步驟中，所述的鉀長石粉體是從富鉀巖石中制得的，富鉀巖石為富含鉀長石的各種巖石，包括鉀長石巖、富鉀火山巖、霞石正長巖、偉晶巖、富鉀頁巖和富鉀板巖中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的原料煅燒步驟中，碳酸鈉或碳酸鉀為工業(yè)級碳酸鈉或碳酸鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的原料煅燒步驟中，鉀長石粉體與碳酸鈉或碳酸鉀粉磨的粒度為-200目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的配料混合步驟中，所述的高嶺土與工業(yè)廢渣粉磨是按照固/液比為3-5的重量比加入上述的偏鋁硅酸鹽溶膠中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的配料混合步驟中，高嶺土與工業(yè)廢渣的重量份數(shù)之比為1∶3-6。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的配料混合步驟中，工業(yè)廢渣為粉煤灰、高爐爐渣、煤矸石和礦山尾礦中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的配料混合步驟中，高嶺土與工業(yè)廢渣的顆粒粒徑為50-200μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的工藝方法，其特征在于在所述的原料煅燒步驟中，氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液濃度為9-11M，氫氧化鈉或氫氧化鉀與過濾所得硅鋁質(zhì)濾渣的重量比為1∶4-8，二者混合后所制得的膠體溶液的pH值≥14。
全文摘要
一種利用鉀長石生產(chǎn)礦物聚合材料的方法。該方法是將富鉀巖石經(jīng)破碎、選礦，得到以鉀長石為主要物相的粉體。用該粉體與碳酸鈉或碳酸鉀混合后，在700℃－850℃下煅燒，將熟料粉體與水按1∶4－12的重量比攪拌混合成膠體溶液，再通入CO
文檔編號C04B35/19GK1517321SQ0310056
公開日2004年8月4日 申請日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者馬鴻文, 楊靜, 王剛, 馮武威, 丁秋霞 申請人:中國地質(zhì)大學(北京)