[发明专利]一种基于粉煤灰中非晶态硅的超轻纤维状硬硅钙石型绝热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于粉煤灰中非晶态硅的超轻纤维状硬硅钙石型绝热材料及其方法。通过高温高压碱溶的办法提取粉煤灰中的非晶态硅，并以粉煤灰提硅液作为主要硅质原料，石灰乳作为主要钙质原料，并加入晶体促生剂，采用动态水热合成工艺制备超轻纤维状硬硅钙石绝热材料。与传统工艺相比本发明的水热合成温度和合成时间显著降低，能耗显著降低，且制备的硬硅钙石绝热材料的各项性能指标都有显著改善，尤其是其密度比传统工艺降低50％以上，仅为100kg/m³左右，达到超轻水平。同时本发明中所用NaOH溶液能够实现循环利用，并极大的提升粉煤灰的利用价值，是实现粉煤灰高值化利用的一条重要途径，具有显著的经济、环境和社会效益。

技术领域

本发明涉及化工与材料交叉学科领域，特别涉及一种基于粉煤灰中非晶态硅的超轻纤维状硬硅钙石型绝热材料及其制备方法。

背景技术

我国富煤、少气、贫油的能源结构，导致我国每年排放约6.5亿吨的粉煤灰。且由于我国煤炭资源、人口分布不均匀，经济发展东西、南北不平衡，导致南方、东部沿海发达地区粉煤灰利用率95％以上，而地处西北、华北的产煤大省，如内蒙古、山西、陕西、宁夏、新疆等地区的粉煤灰利用率仅为20％左右，被大量堆存，严重的破坏了当地的生态环境。

粉煤灰作为一种具有火山灰活性的物质，传统的利用方式主要集中在水泥和混泥土，尽管利用量较高但附加值较低。因此，粉煤灰的高值化利用也是实现“碳达峰”和“碳中和”发展战略的一项重要举措。而粉煤灰主要物相为非晶态SiO₂、莫来石、以及少量的石英和刚玉等物质，非晶态SiO₂作为一种反应活性较高的物质，在碱性环境下具有良好的可溶性，故可通过碱溶的办法对其进行提取，并进行高值化利用。

硬硅钙石(6CaO·6SiO₂·H₂O)作为一种单斜晶系，由于其微观结构为棱镜状晶体或纤维状聚集体，且耐高温性较好，是一种良好的绝热保温材料。传统的硬硅钙石型绝热材料是以硅质原料(石英砂粉、硅藻土)，钙质原料(石灰、消石灰)和增强纤维(如木质纤维、石棉、玻璃纤维等)为主要原料，在高温高压反应釜中动态水热合成硬硅钙石，经压制成型、干燥等工序制成硅酸钙绝热材料。采用上述方法，需要对原料进行粉磨加工，且石英型SiO₂活性较低，动态水热合成过程不仅需要较高的液固比和较长的反应时间，导致物耗和能耗都较高，同时生成的硬硅钙石型矿物纤维较短，并残存大量的未反应的石英，导致制备的绝热材料密度较高绝热性能较差。

发明内容

本发明的目的是实现粉煤灰的高值化利用，充分利用粉煤灰中的非晶态硅，并制备出超轻绝热材料。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于提取粉煤灰中非晶态硅的超轻纤维状硬硅钙石型绝热材料的制备方法，包括以下步骤：

1)通过高温高压碱溶的办法提取粉煤灰中的非晶态硅，得到粉煤灰提硅液；

2)以步骤1)所得粉煤灰提硅液作为主要硅质原料，石灰乳作为主要钙质原料，并加入晶体促生剂，采用动态水热合成工艺制备超轻纤维状硬硅钙石绝热材料。

进一步的，所述步骤1)的具体步骤为：

11)粉煤灰提硅液的制备：配制浓度为10～30wt％的氢氧化钠溶液，将SiO₂含量30％以上的煤粉炉粉煤灰与氢氧化钠溶液按照固液比1:4～1:2进行混匀，并置于高压反应釜或高压套管加热容器内，在温度100～150℃下保温0.5～3h；

12)然后对反应物料进行固液分离获得滤液，并对固体过滤物配加清水使固液比达到1:1.4～1:1.7进行1～2次逆流洗涤，将滤液和洗涤液混合后通过加热蒸发使混合液中的 Na₂O浓度为20～70g/L，SiO₂浓度为25～80g/L，得到粉煤灰提硅液。

进一步的，所述步骤2)的具体步骤为：