利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法与流程

379 编辑：中冶有色技术网来源：华南理工大学

2023-09-12 15:51:32

本发明属于固废资源化利用

技术领域：

，具体涉及一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法。

背景技术：

：石棉是一种具有高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、电绝缘和具有可纺性的硅酸盐类矿物产品，它是天然的纤维状的硅酸盐类矿物质的总称，是重要的防火、绝缘和保温材料。石棉尾矿对人体的危害主要来自于它的棉短纤维，在石棉矿开采和使用中，长期吸入石棉粉尘可以导致劳动者患上石棉肺、肺癌和间皮瘤等疾病。石棉尾矿的主要化学组分为sio2(35％～45％)和mgo(35％～42％)，同时还含有一定量的tfe和少量的ni、al、ca以及微量贵金属au、pd等。崔长征等作者在《从石棉尾矿中回收磁铁矿新工艺》一文中以含铁量为27.62％的青海石棉尾矿的干式磁选精矿为原料，采用加分散剂的弱磁选工艺，可以获得tfe为63.19％的铁精粉，回收率为74.58％。但是，这些磁选方案磁选效率不高，磁选残渣中有一些夹杂和包裹的磁铁以及非磁性的铁组分，还含有致癌物石棉，对于80％的硅镁残渣，研究者并无处理方案。因此，如何提高石棉尾矿的铁的提取率以及铁精粉的品位，直接影响到产品的价值和工艺的经济和市场可行性。国家标准《建筑设计防火规范》gb50016-2014于2015年5月1日起实施。所有建筑总原则：宜采用a级。多孔建筑保温材料是a级保温材料。目前石棉做保温材料，多是石棉板、石棉毡等，此类产品未做脱毒前处理，仍然含有石棉中有害物质。此外，市场上常见的保温材料有有机保温材料和无机保温材料。有机保温材料有聚苯乙烯泡沫板、酚醛泡沫板、聚氨酯板等，较于无机保温材料而言，具有质量轻、导热系数小、吸水率低等优点，但是其防火性能较差，存在很大的安全隐患。而无机保温材料有岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩等，虽然具有很好的防火性，但是其存在导热系数偏大、密度大、保温隔热性能差(导热系数为0.065-0.090w/m·k)等缺点。另外石棉和玻璃棉等建筑保温材料本身就带有大量的有害物质，无法满足人类的健康要求。专利cn201510253631.9公开了一种从石棉尾矿中提取硅、镁、铝复合保温材料的方法，实现了石棉尾矿制备保温材料这一技术。专利cn201811368205.x公开了一种利用石棉尾矿制备多孔二氧化硅的方法，利用石棉尾矿制备的多孔二氧化硅吸附剂，该工艺简单，资源化利用了石棉尾矿中硅元素。但上述两项专利均忽略了石棉尾矿中铁的资源化利用及有害成分的无害化处理。专利cn201310200799.4公开了一种固相硅凝胶制备泡沫材料的方法。此发明利用硅凝胶制备泡沫材料，应用于建筑节能、保温、绝热、吸音、防火领域，具有如下性能：导热系数小于0.043w/(m·k)，容重95kg/m3，压缩强度大于0.15mpa。该发明材料的导热系数低、容重小，但是抗压强度这一性能有待提升。综上，研究并推广隔热性能良好的新型保温材料成为当务之急，而导热系数低、阻燃性能优异、密度小的无机保温材料将成为未来建筑保温材料首选。技术实现要素：针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法。本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的多孔建筑保温材料。本发明目的通过以下技术方案实现：一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，包括如下步骤：(1)将石棉尾矿经破碎研磨过筛，再经过磁选机将磁性物质选出，剩余的残渣与碳还原剂混合均匀，在600～800℃焙烧活化，得到中间产物，再通过磁选选出高品位的铁精粉，得到硅镁残渣；(2)将步骤(1)所得硅镁残渣加入到碱水溶液中搅拌混合均匀后静置，然后在60～150℃温度下水热反应，冷却分离，所得固体经干燥，得到硅镁凝胶；(3)将步骤(2)所得硅镁凝胶与造孔剂、无机发泡剂、有机发泡剂和水搅拌混合均匀，放入到模具中，微波加热发泡，红外烘干，得到多孔建筑保温材料。进一步地，步骤(1)中所述过筛是指过60～200目筛。进一步地，步骤(1)中所述碳还原剂是指腐殖酸、褐煤、葡萄糖、淀粉中至少一种；碳还原剂与残渣的质量比为0.1～1:1。进一步地，步骤(1)中所述焙烧活化的时间为20～120min。进一步地，步骤(2)中所述搅拌混合是指在50～100rpm转速下搅拌30min～2h；所述静置时间为10～60min。进一步地，步骤(2)中所述水热反应的时间为10～24h；所述干燥的温度为65～110℃。进一步地，步骤(3)中所述的造孔剂是指碳酸氢铵、淀粉、聚乙烯醇中的至少一种。进一步地，步骤(3)中所述的无机发泡剂是指碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠中的至少一种。进一步地，步骤(3)中所述的有机发泡剂是指偶氮化合物发泡剂、磺酰肼类化合物发泡剂、亚硝基化合物发泡剂中的至少一种。进一步地，步骤(3)中所述微波加热发泡的功率为50～500w，时间为5～60min。进一步地，步骤(3)中所述红外烘干的温度为30～100℃。进一步地，步骤(3)中各物料的质量份配比为：硅镁凝胶50～100份，造孔剂10～15份，无机发泡剂10～30份，有机发泡剂1～10份，水200～400份。一种多孔建筑保温材料，通过上述方法制备得到。进一步地，所述多孔建筑保温材料的比表面积bet为425.6～674.6m2/g，容重为312.4～476.6kg/m3，导热系数为0.04～0.055w/(m·k)，抗压强度为1.2～1.8mpa。本发明反应原理如下：石棉尾矿经研磨过筛，磁选出磁性物质；得到的残渣通过碳还原和焙烧活化，还原石棉尾矿中的非磁性fe组分，再通过磁选选出高品位的铁精粉，得到含有无毒镁盐和二氧化硅的硅镁残渣；硅镁残渣通过水热法制备成硅镁凝胶mg3si4o10(oh)2·nh2o；硅镁凝胶与造孔剂、无机发泡剂、有机发泡剂和水搅拌混合均匀，放入到模具中，微波加热发泡，红外烘干，得到多孔建筑保温材料。相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：本发明方法立足石棉尾矿活化/还原过程和关键元素综合利用研究，通过活化/还原过程与机理，高效分离铁磁性组分，获得高品位铁精粉并实现脱毒，着重设计残余硅镁组分制成具有高附加值和广泛用途和市场的a级泡沫无机保温材料，实现石棉尾矿的无害化和全资源化利用。附图说明图1为实施例中石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的工艺流程图。图2为实施例3制备的多孔建筑保温材料的外观形貌图。图3为实施例3制备的多孔建筑保温材料的表面形貌图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。以下实施例中所用石棉尾矿来源于新疆某地石棉尾矿，具体成分如表1：表1石棉尾矿主要成分质量比(％)组分mgoal2o3sio2so3caocr2o3mnofe2o3nio结果30.181.3242.690.272.290.920.2920.791.26实施例1本实施例的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其工艺流程图如图1所示。具体制备步骤如下：(1)将50g石棉尾矿进行破碎研磨，过100目筛，再经过磁选机器将磁性物质选出，剩余的残渣与碳还原剂葡萄糖按质量比为1∶0.2混合均匀，在700℃，焙烧60min活化，再通过磁选选出高品位的铁精粉，得到硅镁残渣。(2)按质量份，硅镁残渣取7份，0.5mol/l的碱溶液0.5份，水10份，室温下，500rpm搅拌30min，静置60min，放入反应釜中，120℃下水热反应10h，冷却分离出的固体，在65℃烘干得到硅镁凝胶。(3)将硅镁凝胶50份，造孔剂碳酸氢铵10份，无机发泡剂碳酸钙10份，有机发泡剂偶氮二甲酰胺2份，水200份搅拌均匀，放入到模具中，调节微波功率为100w加热10min发泡，并在通过红外50℃烘干，得到多孔建筑保温材料。本实施例所得多孔建筑保温材料其性能如下：比表面积bet为425.6m2/g，容重为323.4kg/m3，导热系数为0.048w/(m·k)，抗压强度为1.4mpa。实施例2本实施例的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其工艺流程图如图1所示。具体制备步骤如下：(1)将50g石棉尾矿进行破碎研磨，过100目筛，再经过磁选机器将磁性物质选出，剩余的残渣与碳还原剂淀粉按质量比为1∶0.5混合均匀，在700℃，焙烧60min活化，得到中间产物，再通过磁选选出高品位的铁精粉，得到硅镁残渣。(2)按质量份，硅镁残渣取7份，0.5mol/l的碱溶液0.5份，水10份，室温下，500rpm搅拌30min，静置60min，放入反应釜中，120℃下水热10h，冷却分离出的固体，在65℃烘干得到硅镁凝胶。(3)将硅镁凝胶50份，造孔剂碳酸氢铵15份，无机发泡剂碳酸钙10份，有机发泡剂偶氮二甲酰胺10份，水300份搅拌均匀，放入到模具中，调节微波功率为100w加热15min发泡，并在通过红外50℃烘干，得到多孔建筑保温材料，得到多孔建筑保温材料。本实施例所得多孔建筑保温材料其性能如下：比表面积bet为674.6m2/g，容重为476.6kg/m3，导热系数为0.05w/(m·k)，抗压强度为1.3mpa。实施例3本实施例的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其工艺流程图如图1所示。具体制备步骤如下：(1)将50g石棉尾矿进行破碎研磨，过100目筛，再经过磁选机器将磁性物质选出，剩余的残渣与碳还原剂腐殖酸按质量比为1:0.5混合均匀，在700℃，焙烧60min活化，得到中间产物，再通过磁选选出高品位的铁精粉，得到硅镁残渣。(2)按质量份，硅镁残渣取7份，0.5mol/l的碱溶液0.5份，水10份，室温下，500rpm搅拌30min，静置60min，放入反应釜中，120℃下水热10h，冷却分离出的固体，在65℃烘干得到硅镁凝胶。(3)将硅镁凝胶50份，造孔剂碳酸氢铵15份，无机发泡剂碳酸钙15份，有机发泡剂偶氮二甲酰胺10份，水200份搅拌均匀，放入到模具中，调节微波功率为200w加热10min发泡，并在通过红外50℃烘干，得到多孔建筑保温材料。本实施例所得多孔建筑保温材料其性能如下：比表面积bet为402.7m2/g，容重为476.6kg/m3，导热系数为0.04w/(m·k)，抗压强度为1.8mpa。本实施例制备的多孔建筑保温材料的外观形貌图和表面形貌图分别如图2和图3所示。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12

技术特征：

1.一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将石棉尾矿经破碎研磨过筛，再经过磁选机将磁性物质选出，剩余的残渣与碳还原剂混合均匀，在600～800℃焙烧活化，得到中间产物，再通过磁选选出高品位的铁精粉，得到硅镁残渣；

(2)将步骤(1)所得硅镁残渣加入到碱水溶液中搅拌混合均匀后静置，然后在60～150℃温度下水热反应，冷却分离，所得固体经干燥，得到硅镁凝胶；

(3)将步骤(2)所得硅镁凝胶与造孔剂、无机发泡剂、有机发泡剂和水搅拌混合均匀，放入到模具中，微波加热发泡，红外烘干，得到多孔建筑保温材料。

2.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述过筛是指过60～200目筛。

3.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述碳还原剂是指腐殖酸、褐煤、葡萄糖、淀粉中至少一种；碳还原剂与残渣的质量比为0.1～1:1。

4.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述焙烧活化的时间为20～120min。

5.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于：步骤(2)中所述搅拌混合是指在50～100rpm转速下搅拌30min～2h；所述静置时间为10～60min；所述水热反应的时间为10～24h；所述干燥的温度为65～110℃。

6.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的造孔剂是指碳酸氢铵、淀粉、聚乙烯醇中的至少一种；所述的无机发泡剂是指碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠中的至少一种；所述的有机发泡剂是指偶氮化合物发泡剂、磺酰肼类化合物发泡剂、亚硝基化合物发泡剂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于：步骤(3)中所述微波加热发泡的功率为50～500w，时间为5～60min；所述红外烘干的温度为30～100℃。

8.根据权利要求1所述的一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法，其特征在于步骤(3)中各物料的质量份配比为：硅镁凝胶50～100份，造孔剂10～15份，无机发泡剂10～30份，有机发泡剂1～10份，水200～400份。

9.一种多孔建筑保温材料，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的一种多孔建筑保温材料，其特征在于：所述多孔建筑保温材料的比表面积bet为425.6～674.6m2/g，容重为312.4～476.6kg/m3，导热系数为0.04～0.055w/m·k，抗压强度为1.2～1.8mpa。

技术总结

本发明属于固废资源化利用技术领域，公开了一种利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法。将石棉尾矿经破碎研磨过筛，磁选，剩余的残渣与碳还原剂焙烧活化，再磁选选出高品位的铁精粉，得到硅镁残渣；将所得硅镁残渣经水热反应，制备得到硅镁凝胶；将硅镁凝胶与造孔剂、无机发泡剂、有机发泡剂和水搅拌混合均匀，放入到模具中，微波加热发泡，红外烘干，得到多孔建筑保温材料。本发明方法可获得高品位铁精粉并实现脱毒，并将残余硅镁组分制成具有高附加值的多孔建筑保温材料，实现石棉尾矿的无害化和全资源化利用。

技术研发人员：宿新泰;林璋;万娟娟;兰滢滢;田兰兰;朱钱

受保护的技术使用者：华南理工大学

技术研发日：2020.03.16

技术公布日：2020.07.24

声明：

“利用石棉尾矿硅镁残渣制备多孔建筑保温材料的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)