本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)氧化物加工，更具體的說(shuō)是一種低溫熔煉法提取硅資源的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氣凝膠是一種99.8％都為空氣的固體物質(zhì)，是世界上密度最小的固體之一。本發(fā)明中涉及到的即為二氧化硅氣凝膠，其具有密度低、比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，這種被稱為“改變世界的神奇材料”在航空航天、工業(yè)保溫、建筑材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。sio2氣凝膠最初是在20世紀(jì)30年代產(chǎn)生的，但隨后幾十年的研究進(jìn)展緩慢，后來(lái)得益于溶膠-凝膠技術(shù)的復(fù)興而發(fā)展迅猛。目前，二氧化硅氣凝膠基本都是通過(guò)溶膠-凝膠方法制備的。并且大多數(shù)情況下會(huì)選擇硅醇鹽作為前驅(qū)體，例如teos、tmos等，通過(guò)硅醇鹽的水解和縮聚形成相互交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但選擇硅醇鹽作為前驅(qū)體存在成本高、藥品毒性等問(wèn)題，這也是目前限制該行業(yè)發(fā)展的主要原因之一。使用無(wú)機(jī)硅源作為原料，可以在一定程度上克服有機(jī)硅源成本高、有毒性的缺點(diǎn)。

2、工業(yè)微硅粉中的sio2呈非晶態(tài)無(wú)定型結(jié)構(gòu)，含量高達(dá)90％-95％，與晶態(tài)sio2比較，其化學(xué)反應(yīng)活性更高，加之粒度細(xì)小，表面積大，易與堿反應(yīng)生成水玻璃。因此，在理論上存在著制備高孔隙率、高比面積的sio2氣凝膠的可能性。以微硅粉為原料制備sio2氣凝膠的方法，如專利cn110642257a、cn102795631a均采用微硅粉與氧化鈣在800℃以上的高溫下進(jìn)行煅燒，仍存在耗能大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)成本偏高等問(wèn)題，不適合于大批量生產(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用。

3、非離子型表面活性劑可以通過(guò)降低二氧化硅表面水的表面張力，增強(qiáng)二氧化硅顆粒在水中的分散性，使得堿能更均勻地接觸到二氧化硅顆粒表面，從而加速二氧化硅與naoh的化學(xué)反應(yīng)，加快反應(yīng)歷程并縮短反應(yīng)時(shí)間，可以進(jìn)一步的降低生產(chǎn)成本。

4、因此，如何提供一種通過(guò)低溫堿性熔煉制備高性能二氧化硅氣凝膠的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低溫熔煉法提取硅資源的方法及其應(yīng)用。本發(fā)明采用價(jià)格低廉、來(lái)源豐富的微硅粉為原料，并添加一定量的表面活性劑來(lái)增強(qiáng)原料的分散性，提高反應(yīng)活性。同時(shí)，在常壓干燥條件下實(shí)現(xiàn)了低密度高疏水氣凝膠的制備。

2、本發(fā)明目的之一，提供一種低溫熔煉法提取硅資源的方法，具體步驟如下：

3、s11.混料：將含硅原料與堿按一定比例混合，加入一定量的表面活性劑溶液，攪拌均勻；

4、s12.熔煉：將混料產(chǎn)物低溫熔煉，冷卻后粉碎；

5、s13.溶解：向熔煉產(chǎn)物中加入去離子水，水浴溶解；

6、s14.抽濾：溶解完成后，抽濾分離出濾液，即得水玻璃溶液。

7、優(yōu)選的，s11中，所述硅原料中的sio2含量為80％以上，所述硅原料與所述堿的質(zhì)量比為1:1.0～1.8；所述表面活性劑溶液與所述硅原料和堿的液固比為0.1～1.5ml/g。

8、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述硅原料選自微硅粉、煤矸石、粉煤灰任一種或幾種；所述堿為naoh；所述表面活性劑包括但不限于陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑及非離子表面活性劑。

9、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述表面活性劑溶液為聚氧乙烯烷基醚的水溶液。

10、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述表面活性劑溶液中聚氧乙烯烷基醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025％。

11、優(yōu)選的，s12中，所述低溫熔煉為300～550℃，熔煉10～90min。

12、優(yōu)選的，s13中，所述熔煉產(chǎn)物與所述去離子水的固液比為1:2.5～5；所述水浴為80～100℃溶解50～70min。

13、本發(fā)明目的之二，一種制備高性能二氧化硅氣凝膠的方法，包括以下步驟：

14、s21.根據(jù)低溫熔煉法提取硅資源的方法制備水玻璃溶液；

15、s22.先加入稀鹽酸調(diào)節(jié)所述水玻璃溶液的ph值，充分?jǐn)嚢栊纬删鶆蛉苣z，再加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶膠的ph值，靜置12h以上，得到凝膠；

16、s23.將凝膠在55℃水浴中老化12～24h，破碎、洗滌數(shù)次；

17、s24.抽濾收集濾渣，將濾渣浸入無(wú)水乙醇中進(jìn)行溶劑交換，得到醇凝膠；

18、s25.將醇凝膠浸入三甲基氯硅烷與正己烷的混合溶液中進(jìn)行改性，改性完成后加入正己烷進(jìn)行溶劑交換；

19、s26.抽濾、收集濾渣，在80～150℃常壓干燥4～7h，即得高性能二氧化硅氣凝膠。

20、優(yōu)選的，步驟s22中，所述稀鹽酸的濃度為2～5mol/l，調(diào)節(jié)ph至2～7；所述氫氧化鈉溶液的濃度為1～1.5mol/l。調(diào)節(jié)ph至6～9。

21、優(yōu)選的，s24中，所述溶劑交換為10～14h。

22、優(yōu)選的，s25中，所述三甲基氯硅烷與所述正己烷的體積比為1:7～12，所述改性時(shí)間為24h，所述溶劑交換時(shí)間為6～96h。

23、本發(fā)明目的之三，提供一種高性能二氧化硅氣凝膠，二氧化硅氣凝膠的密度在0.068～0.113g/cm3，孔隙率在94.86％以上，在400℃以內(nèi)擁有良好的熱穩(wěn)定性和使用性能。

24、本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：通過(guò)采用表面活性劑降低二氧化硅表面的水的表面張力，增強(qiáng)二氧化硅顆粒在水中的分散性，使得堿能更均勻地與二氧化硅顆粒表面接觸，從而加速二氧化硅與naoh發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加快反應(yīng)歷程并縮短反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)低溫堿性熔煉制備高性能二氧化硅氣凝膠的目標(biāo)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

25、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

26、(1)成本低廉。本發(fā)明以工業(yè)固廢微硅粉等為原料，替代了價(jià)格昂貴、且有一定毒性的有機(jī)硅源，同時(shí)用常壓干燥代替超臨界干燥，使整個(gè)工藝對(duì)設(shè)備的要求大大降低，提高了安全性的同時(shí)也降低了成本。

27、(2)較之現(xiàn)有的同類技術(shù)，本發(fā)明進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)提升，選用堿性更強(qiáng)的氫氧化鈉顆粒，同時(shí)加入少量的純水是為了使原料可以進(jìn)行充分的接觸反應(yīng)，無(wú)需800℃以上的高溫進(jìn)行煅燒。且加入的少量水在升溫階段即會(huì)蒸發(fā)掉，這一點(diǎn)又從根本上區(qū)別于濕法制備。

28、(3)添加表面活性劑，增強(qiáng)了二氧化硅顆粒在水中的分散性，使得堿與二氧化硅顆粒的接觸更加均勻，從而加速兩者的反應(yīng)速率與程度，這使得反應(yīng)溫度進(jìn)一步降低，反應(yīng)時(shí)間進(jìn)一步縮短，極大地降低了生產(chǎn)成本。

29、(4)增加了工業(yè)固廢的回收利用率，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

技術(shù)特征：

1.一種低溫熔煉法提取硅資源的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫熔煉法提取硅資源的方法，其特征在于，s11中，所述硅原料中的sio2含量為80％以上，所述硅原料與所述堿的質(zhì)量比為1:1.0～1.8；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種低溫熔煉法提取硅資源的方法，其特征在于，所述硅原料包括微硅粉、煤矸石、粉煤灰中的任一種或幾種；所述堿為naoh；所述表面活性劑包括但不限于陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑及非離子表面活性劑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫熔煉法提取硅資源的方法，其特征在于，s12中，所述低溫熔煉為300～550℃，熔煉10～90min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫熔煉法提取硅資源的方法，其特征在于，s13中，所述熔煉產(chǎn)物與所述去離子水的固液比為1:2.5～5；所述水浴為80～100℃溶解50～70min。

6.一種低溫熔煉法提取硅資源的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低溫熔煉法提取硅資源的應(yīng)用，其特征在于，步驟s22中，所述稀鹽酸的濃度為2～5mol/l，調(diào)節(jié)ph至2～7；所述氫氧化鈉溶液的濃度為1～1.5mol/l。調(diào)節(jié)ph至6～9。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低溫熔煉法提取硅資源的應(yīng)用，其特征在于，s24中，所述溶劑交換為10～14h。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低溫熔煉法提取硅資源的應(yīng)用，其特征在于，s25中，所述三甲基氯硅烷與所述正己烷的體積比為1:7～12，所述改性時(shí)間為24h，所述溶劑交換時(shí)間為6～96h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫熔煉法提取硅資源的方法及其應(yīng)用，涉及無(wú)機(jī)氧化物加工技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明以微硅粉等為原料，添加少量的表面活性劑以增加其分散性并加快反應(yīng)歷程，在堿性環(huán)境下通過(guò)低溫熔煉提取其中的硅資源，并利用溶膠?凝膠法和常壓干燥來(lái)制備二氧化硅氣凝膠。低溫熔煉在300～550℃下進(jìn)行，能耗低、環(huán)境污染小，無(wú)需800℃以上的高溫進(jìn)行煅燒，且加入的少量水在升溫階段即會(huì)蒸發(fā)掉，這一點(diǎn)又從根本上區(qū)別于濕法制備。本發(fā)明為探索工業(yè)固廢的高值化利用開(kāi)辟了新的思路。

技術(shù)研發(fā)人員：李菲,喬健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19