一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺与流程

[0001]
本发明涉及一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，属于岩棉废弃物再利用技术领域。


背景技术：

[0002]
岩棉生产制造企业在生产过程中，不可避免的会产生较多的废棉，包括：废棉板、废棉毡、废管套以及生产线切割产生的碎棉及除尘器收集废渣棉等等一些岩棉废弃物。由于岩棉蓬松、难以降解，其露天堆积不仅占据较大的空间，而且还污染环境，因此通常选择深埋处理，但这样不仅浪费人力、运力，还将面临很大的环境压力。
[0003]
气凝胶是一种纳米多孔性材料，具有密度低、孔隙率高、比表面积大、孔隙尺寸小等特点。由于气凝胶材料的优良性能，气凝胶材料已在工业、农业、医药等领域得到了重要的应用。岩棉废弃物的主要成分是二氧化硅，若能将废岩棉废弃物进行处理再利用制备出二氧化硅气凝胶材料，具有重要意义。


技术实现要素：

[0004]
为解决现有技术存在的不足之处，本发明提出一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，该方法采用岩棉废弃物制备气凝胶，不仅得到了二氧化硅气凝胶这一高附加值的材料，同时还处理了大量的岩棉废弃物，保护环境，变废为宝。
[0005]
一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，其特殊之处在于包括以下步骤：1、干燥破碎将岩棉在50～120℃下干燥，然后进行破碎处理，得到岩棉粉末、颗粒或块体；所述岩棉为岩棉废弃物，具体为废岩棉毡、板、管套，以及生产线切割产生的碎棉及除尘器收集废渣棉；所述的破碎处理为手工破碎、机械破碎、气流破碎或超声破碎；2、静置凝胶将步骤1得到的岩棉粉末、颗粒或块体，与催化剂、水混合均匀，并在常温常压下以100～500r/min的速度搅拌5～120分钟，然后密封静置凝胶；所述催化剂采用酸性催化剂，为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、草酸中的任意一种或多种，催化剂与水混合后，得到0.1～10mol/l的酸性催化剂溶液；所述的岩棉粉末、颗粒或块体按重量份1～100份溶于重量份1～200份的催化剂溶液中；3、老化破碎将步骤2获得的凝胶在室温～80℃下老化2～12h，然后进行破碎处理，得到颗粒或粉末状的湿凝胶；所述的破碎处理为手工破碎、机械破碎、气流破碎或超声破碎；
4、水洗处理将步骤3获得颗粒或粉末状的湿凝胶进行水洗，具体以湿凝胶体积5～20倍的水清洗1～5次，除去其中杂质金属盐，过滤获得纯净的水凝胶；所述的水洗为加热搅拌水洗，搅拌速度为10～300r/min，搅拌温度为室温～90℃，搅拌时间为1～6h，所述水选自去离子水、自来水；所述杂质是岩棉成分金属氧化物和酸性催化剂的反应产生，为钠盐、钙盐、铁盐、镁盐、钾盐、铝盐中的多种混合；5、醇洗处理将步骤4获得水凝胶进行醇洗，以水凝胶1～10倍体积的无水乙醇清洗1～5次，置换出其中的水分，过滤获得醇凝胶；所述的醇洗为加热搅拌，搅拌速度为10～300r/min，搅拌温度为0～80℃，搅拌时间为1h～6h；6、疏水改性将步骤5获得醇凝胶进行疏水改性，输入0.5～10倍醇凝胶体积的有机溶剂和疏水剂的混合溶液液进行疏水改性，过滤获得疏水的湿凝胶；所述的有机溶剂为乙醇(etoh)、丙酮、正己烷等溶剂中的一种，疏水剂为三甲基氯硅烷(tmcs)、三甲基二硅氧烷(hmdso)、三甲基二硅氮烷(hmds)等溶液的一种或多种，其中疏水剂占据混合改性溶液体积比的5～30%；所述的疏水改性为加热搅拌，搅拌速度为10～200r/min，搅拌温度为室温～80℃，搅拌时间为2h～12h；7、干燥处理将步骤6获得疏水醇凝胶进行干燥，获得了二氧化硅气凝胶。
[0006]
所述干燥方式包括喷雾干燥、旋转干燥，干燥温度在50～200℃之间；所述步骤4、5、6所述的过滤方式采用真空过滤、离心过滤或压板过滤；采用上述方法制得的所述二氧化硅气凝胶呈粉体或颗粒状，导热系数为0.01～0.04w/（m
·
k），密度为80～200kg/m
3
，比表面为300～800m
2
/g。
[0007]
本发明的技术方案具有以下有益效果：岩棉的主要成分是二氧化硅，含量最高为40～42%，并主要以硅酸盐的形式存在，易与酸性催化剂发生反应生成硅酸凝胶，而凝胶进一步处理则会生成二氧化硅气凝胶。因此以岩棉废弃物制备气凝胶需要进行一系列的工艺步骤：首先岩棉废弃物高温除去水分后需要进行破碎，这样能加快岩棉材料与酸性催化剂的反应速度，从而快速的生成湿凝胶。然后湿凝胶形成后需要进行老化，以完成内部还在继续进行的凝胶反应，之后再进行破碎处理和加热搅拌水洗，使岩棉中金属氧化物和酸性催化剂反应生成的金属杂质盐溶解在水中，湿凝胶变成纯净的水凝胶，最后再将凝胶内部的水分置换成低表面张力的无水乙醇并进行疏水改性，这样干燥后就获得了二氧化硅气凝胶。本发明使用岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶，以岩棉废弃物制备气凝胶使岩棉废弃物变废为宝，产出了高附加值的材料。
具体实施方式
[0008]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0009]
实施例1本实施例的一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，包括以下步骤：1、将岩棉在60℃温度下干燥，然后进行机械粉碎，得到岩棉块体；2、将30份岩棉块体，1mol/l的盐酸溶液100份混合均匀，在常温常压下以300r/min的速度搅拌30分钟，然后密封静置凝胶；3、将步骤2获得湿凝胶在80℃下老化2h，然后进行人工破碎处理，形成湿凝胶粉末；4、将步骤3获得的湿凝胶加入去离子水，在50℃下以100r/min的速度搅拌4h,每次以5倍湿凝胶体积的水进行水洗，共进行5次，过滤获得纯净的水凝胶；5、将步骤4获得水凝胶加入无水乙醇，在40℃下以100r/min搅拌3h，每次以3倍水凝胶体积的无水乙醇进行醇洗，共进行5次，过滤获得醇凝胶；6、将步骤5获得醇凝胶注入5倍醇凝胶体积的盐酸、六甲基二硅氧烷、乙醇（n
hcl
:n
hmdso
:n
etoh
=1:1:18)的混合改性液，在80℃下以100r/min速度搅拌6h进行疏水改性，过滤获得疏水的湿凝胶；7、将步骤6获得疏水醇凝胶分别在150℃下干燥1h，获得了二氧化硅气凝胶粉末。
[0010]
实施例1制得的二氧化硅气凝胶呈粉体，导热系数为0.032w/（m
·
k），密度为100kg/m
3
，比表面为400m
2
/g，接触角≥120
°
。
[0011]
实施例2本实施例的一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，包括以下步骤：1、将岩棉在100℃温度下干燥，然后进行机械粉碎，得到的岩棉颗粒；2、将50份的岩棉颗粒，3mol/l的硫酸溶液100份混合均匀，在常温常压下以500r/min的速度搅拌15分钟，然后密封静置凝胶；3、将步骤2获得湿凝胶在50℃下老化12h，然后进行机械破碎处理，形成湿凝胶颗粒；4、将步骤3获得的湿凝胶加入自来水，在80℃下以300r/min的速度搅拌2h,每次以10倍湿凝胶体积的水进行水洗，共进行5次，过滤获得纯净的水凝胶；5、将步骤4获得水凝胶加入无水乙醇，在70℃下以200r/min搅拌2h，每次以5倍水凝胶体积的无水乙醇进行醇洗，共进行3次，过滤获得醇凝胶；6、将步骤5获得醇凝胶注入3倍醇凝胶体积的正己烷和三甲基氯硅烷（v
正己烷
:v
tmcs
=4:1)的混合改性液，在室温下以150r/min速度搅拌10h进行疏水改性，过滤获得疏水的湿凝胶；7、将步骤6获得疏水醇凝胶在旋转干燥器中干燥，干燥温度为180℃，获得了二氧化硅气凝胶颗粒。
[0012]
实施例2制得的二氧化硅气凝胶呈颗粒状，导热系数为0.028w/（m
·
k），密度为80kg/m
3
，比表面为520m
2
/g，接触角≥130
°
。
[0013]
实施例3本实施例的一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，包括以下步骤：1、将岩棉在120℃温度下干燥，然后进行机械粉碎，得到岩棉纤维粉末；2、将60份的岩棉块体，2mol/l的硝酸溶液120份混合均匀，在常温常压下以200r/
min的速度搅拌80分钟，然后密封静置凝胶；3、将步骤2获得湿凝胶在60℃下老化8h，然后进行超声破碎处理，形成湿凝胶粉末；4、将步骤3获得的湿凝胶加入自来水，在室温下以200r/min的速度搅拌6h,每次以8倍湿凝胶体积的水进行水洗，共进行6次，过滤获得纯净的水凝胶；5、将步骤4获得水凝胶加入无水乙醇，在50℃下以200r/min搅拌4h，每次以5倍水凝胶体积的无水乙醇进行醇洗，共进行5次，过滤获得醇凝胶；6、将步骤5获得醇凝胶注入8倍醇凝胶体积的正己烷和六甲基二硅氮烷（v
正己烷
:v
hmds
=3:1)的混合改性液，在50℃下以200r/min速度搅拌12h进行疏水改性，过滤获得疏水的湿凝胶；7、将步骤6获得疏水醇凝胶在喷雾干燥器中干燥，干燥温度为150℃，获得了二氧化硅气凝胶粉末。
[0014]
实施例3制得的二氧化硅气凝胶呈粉末状，导热系数为0.035w/（m
·
k），密度为=140kg/m
3
，比表面为350m
2
/g，接触角≥120
°
。
[0015]
本发明的一种岩棉废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法及其工艺，采用岩棉废弃物制备气凝胶，不仅得到了二氧化硅气凝胶这一高附加值的材料，同时还处理了大量的岩棉废弃物，保护环境，变废为宝。
[0016]
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

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