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超声改性电石渣水热合成硬硅钙石晶体的初步研究

2010年2月第35卷第1期

贵州化工

G uizhouChe m i ca lIndustry

超声改性电石渣水热合成硬硅钙石晶体的初步研究*

李静刘飞吴祯勇曹建新

(贵州大学化学工程学院,贵州贵阳550003)

摘要利用动态水热合成工艺,用超声技术改性电石渣作钙质原料合成了硬硅钙石晶体。采用XRD和SE M对合成产物的矿物组成和微观形貌进行了分析与表征。结果表明,超声改性后的电石渣可以制备出纯度较高的,具有球形结构的硬硅钙石。研究表明,超声改性电石渣使得电石渣预处理工艺简单,且为电石渣二次回收利用提供了一条有效的途径。

关键词动态水热合成电石渣硬硅钙石超声技术

中图分类号TX705文献标识码A文章编号1008-9411(2010)01-0013-03

前言

电石渣是电石水解生成乙炔气后产生的一种工业废渣[1-3]。电石乙炔企业每年要排放大量的电石渣,仅我国每年堆放的电石渣就有数百万吨。如何将电石渣合理的综合利用,变废为宝已是迫在眉睫的问题。

超轻硬硅钙石保温隔热材料由于其低的导热系数,良好的高温热稳定性(耐温近1000e)及较小的容重被广泛应用于各行各业[4,5],制备性能良好的硬硅钙石保温隔热材料的关键是合成出结晶度好并具有球形结构的硬硅钙石晶体[6,7]。课题组前期采用煅烧改性工艺对电石渣进行预处理[8],研究成果表明电石渣经适宜温度煅烧后可作为钙质原料制备出结晶良好、且具有球形结构的硬硅钙石晶体,但由于改性所需的煅烧温度较高、预处理工艺复杂等因素限制了该成果进一步推广应用。

本文以工业废渣电石渣作为钙质原料,采用简易的超声技术工艺对电石渣进行预处理改性以制备硬硅钙石活性料浆,以期能为电石渣制备出高附加值产品提供新的预处理技术工艺。

1实验原料

电石渣:取自贵州某厂,主要成分为Ca(OH)2 (表1),有微臭味,颜色为深灰色。

硅灰:取自贵州省某厂,二氧化硅含量大于96%。

去离子水:电阻为12M8。

表1电石渣的化学成分(质量分数%)

Ca O S i O

F e

A l

M gO SO

烧失量其它电石渣66.192.000.452.560.121.221.246.2

2实验方法

2.1电石渣超声改性

将一定量的电石渣浆液于KQ-160TDB型超声仪器中进行设定时间的超声改性。

2.2动态水热合成硬硅钙石晶体

按Ca O和S i O2摩尔比1B1,水与固相的质量比30B1的比例,分别将未改性和经超声1、3h改性后的电石渣乳液,硅灰和水加入反应釜,充分搅拌混匀后,以1.5e#m i n-1的速度升温至215e,保温10h 进行水热合成反应,以制备硬硅钙石晶体。升温阶段搅拌速度400r#m i n-1,保温阶段搅拌速度120r #m i n-1。实验室合成硬硅钙石的工艺流程如图1所示。

图1合成硬硅钙石料浆工艺流程图

2.3XRD及SE M测试

分别采用D/M ax-2200X射线衍射仪及KYKY -1000B扫描电子显微镜对合成硬硅钙石晶体晶相与微观形貌进行分析。

*基金项目:贵州省科学技术基金项目(编号:黔科合J字[2009]2052);国家大学生创新性实验计划项目(编号:2008-014);贵州大学大学生创新性实验计划项目(编号:2008-153);贵州大学大学生SRT项目(编号:2009-103)

贵州化工

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2010年2月

第35卷第1期

3 结果与讨论

3.1 合成硬硅钙石的XRD 分析

图2是未改性和分别经超声1、3h(160W )改性后电石渣乳液合成硬硅钙石晶体的XRD 图谱,从图中可以看出,未改性电石渣乳液合成产物的XRD 图谱(图2c)中杂峰较多,硬硅钙石衍射峰弱,与之比较,经超声1和3h 改性后的电石渣乳液合成产物的XRD 图谱中硬硅钙石衍射峰明显较强(图1a 和b),且超声时间越长,合成得到的硬硅钙石衍射峰越强。表明在同一动态水热合成条件下,电石渣乳液经超声改性后合成的硬硅钙石晶体发育完全,

生长良好。

图2 不同电石渣乳液超声时间合成硬硅钙

石晶体的XRD 图谱

3.2 合成硬硅钙石晶体的SE M 分析

未改性和分别经超声1、3h(160W )改性后电石渣乳液合成硬硅钙石晶体的SE M 照片如图3所示,从图3a 中不难发现,未改性电石渣乳液合成的晶体中,毛栗状球体以及表面纤维向外突出都不明显,相反,经超声1和3h 改性电石渣乳液合成得到的晶体中形成了球形结构的粒子,超声1h 改性电石渣乳液合成的硬硅钙石晶体球形粒子相互团聚(如图3b 所示),而超声3h 改性合成的晶体粒子数量多、球形度完整、分散均匀(如图3c 所示)。

以上分析结果表明,与未改性电石渣浆液相比,超声改性使浆液活性得到较大的提高。经3h 改性后电石渣浆液产生了相当多的Ca(OH )2新鲜界面、且颗粒分散均匀,合成出的硬硅钙石晶体发育完整,并形成了许多分散均匀、球形度较好的粒子。

由于电石渣颗粒细微,保水性强,经压滤后电石渣仍含约40%~60%的水分,若采用煅烧改性

工

图3 不同电石渣乳液超声时间合成

硬硅钙石晶体SE M 照片

艺,则需对电石渣分别进行烘干、煅烧、粉碎及消解等处理。而采用超声改性工艺,可直接在渣浆中进

行,改性后电石渣乳液可直接应用。

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2010年2月第35卷第1期

李静等:超声改性电石渣水热合成硬硅钙石晶体的初步研究

4 结论

(1)以超声3h 改性电石渣为原料,在钙硅摩尔比为1.0,水固比为30B 1,升温阶段搅拌速度400r

#m i n -1,保温阶段搅拌速度120r #m in -1

,215e 保温10h 的条件下,能合成出纯度较高,具有球形结构的硬硅钙石。

(2)超声过程提高了电石渣中Ca (OH )2的活性。研究表明电石渣经过一定的超声处理可以作为钙质原料制备硬硅钙石,从而为制备硬硅钙石找到一种廉价原料,大大降低硬硅钙石的生产成本,同时也为电石渣制备出高附加值产品提供新的预处理技术工艺。

参考文献

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[8]CAO J X,L I U F ,L I N Q,et a.l Effect o f calc i nati on te m -pera t ure on m i nera l co m position of carb i de slag ,li m e acti v-i t y and synthesized xono tlite[J].key eng i nee ri ng m a terials ,2008,368-372:1545~1547.

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(收稿日期2009-11-20)

作者简介:

李静(1986-),女,主要从事绿色化工与清洁能源技术研究。

Pri m ary R esearch of Carbide Slag m odified w ith ultrasonic

technol ogy i n Prepari ng Xonotlite

LI J ing,LI U F ei ,WU Zhen -yong,CAO J ian -x in

(School of che m ica l eng i n eering ,Gu izhou Un i v ersity ,Guiyang ,Gu izhou 550003,China)

Abst ract :The dyna m ic hydro t h er m a l synthesis techn i c s w as used to prepare the xonotlite w it h the m ethod o f u -si n g t h e carbide slag m od ified w ith ultrason ic technology as the ca lcareous m aterials ,and the m icr ostructure and m orpho logy o f synthesized xonotlite w as researched by usi n g XRD and SE M.The resu lts i n d icate that the car b i d e

slag after proper ultrason i c m odificati o n can be used to prepare the pure xono tlite wh ich w asm ade up o fm any big o r -b icular secondary particles .Because o f the i m portant applications of xonotlite ,the process to synthesize xonotlite w ou l d be a novel approach w ith h i g hly added va l u e for secondar y recyc l e utilizi n g o f carbide slag .

K ey w ords :dyna m ic hydr o ther m al synthesis ;car b ide slag ;xono tlite ;u ltrasonic techno logy

贵阳中化开磷化肥公司节能减排举措多

一是对硫酸工艺进行改进,减少二氧化硫排放量。二是拆除了两套落后的燃煤锅炉,代之以国内工艺技术最先进、最可靠的硫黄制酸装置和循环流化床锅炉。三是90万吨/年硫磺制酸装置的转化率控制在99.87%以上,吸收率在99.99%以上,尾气中二氧化硫的浓度仅为国家规定排放标准的三分之一。四是循环流化床锅炉采用低温燃烧技术,燃烧效率高,通过掺烧石灰石进行炉内脱硫,脱硫率达90%,并配套安装了高效静电除尘器,除尘效率达到99.6%,从根本上降低了二氧化硫和烟尘的排放量。五是利用硫酸生产过程中产生的余热进行发电。六是通过技术改造新建了余热发电装置,除了具备为各生产装置提供合格的低压蒸汽外,还在降压过程中将原来损失的热能转变为电能,实现了能量的循环利用。

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