一种废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用与流程

1.本发明涉及废旧岩棉处理技术领域，尤其涉及一种废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用。


背景技术：

2.保温棉材料广泛应用于冶金、石化、陶瓷、房建等领域，日常生活中也随处可见，其大量使用意味着会形成大量的废弃物。例如，钢铁、石化等重工企业，需要定期对设备或管道外的保温棉进行更换，每年都会产生大量的废旧保温棉。目前市面上最常见的保温棉主要是岩棉和玻璃棉，尤以岩棉应用更为广泛。这类材料熔点高、稳定性好，无法快速分解，若不妥善处理，将会对环境造成不利影响。目前我国处理废旧岩棉的方式主要包括土地填埋和回收利用等，其中填埋方式最为常见。但由于废旧岩棉不同于一般生活垃圾，需送至指定的工业固废填埋场进行处理，处理规模受限；而且其单位重量下体积一般较大，填埋用地较多，填埋成本较高，不仅对企业造成负担，也产生成本浪费。近年来，国家大力倡导“无废城市建设”，明确要求降低城市固废填埋量，对固废违法填埋等行为进行严厉打击。岩棉废弃物填埋处理不仅损耗人力、财力，不易监管，填埋后还可能对土地造成污染。因此从保护环境、节省土地、促进保温材料行业健康发展的角度考虑，开发废旧保温棉的高效资源化处理技术势在必行。
3.目前，废旧岩棉回收利用的常见做法是：将废弃物破碎后按岩棉原料配比加入骨料、添加剂等，按照正常制备工艺，制成再生岩棉材料。但传统岩棉生产工艺对环境存在污染，不仅会产生有害废气(如co、hcho等)，也会生成有毒固废和有机废水。此外，也可将岩棉废弃物破碎筛分，再将其与水泥胶凝体系混合固化后用作建筑材料，但建筑材料对机械强度要求高，需要增加高机械强度原料的比例，造成成本增加。市面上岩棉产品多以玄武岩、辉长岩为主要原料，成份以氧化硅、氧化铝和铝硅酸盐类为主，这与粉煤灰的化学组成类似，适合作为辅料制备无机胶凝材料。但根据研究，废旧岩棉自身玻璃体含量少，火山灰反应能力通常较弱，可能会因此影响所制材料的胶凝作用，对材料性能造成不利影响。因此，有必要提高废旧岩棉火山灰反应活性，使其作为高活性掺合料制备胶凝材料。
4.有鉴于此，有必要设计一种改进的废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用，通过高温熔盐活化的方式，制备生成火山灰活性较高的硅酸盐，并将废旧岩棉中的有机物去除；制得的活化废旧岩棉具有火山灰活性较高的特点，可用作无机胶凝材料掺合料制备凝胶材料，用于污泥固化处理。
6.为实现上述发明目的，本发明提供了一种废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用。一方面，一种废旧岩棉的活化方法，包括以下步骤：
7.s1、将氯化盐在惰性气体条件下，在高温反应器内加热至熔化，再将熔盐温度调至指定温度，得到高温熔盐；
8.s2、将废旧岩棉浸没于步骤s1得到的所述高温熔盐内，保温预设时间后取出，除去吸附于废旧岩棉内部的熔盐，制得预处理活化废旧岩棉；
9.s3、将步骤s2得到的所述预处理活化废旧岩棉急冷至室温，并洗涤、干燥、破碎、筛分，制得活化废旧岩棉。
10.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述氯化盐为cacl2、nacl
‑
cacl2、kcl
‑
cacl2、mgcl2‑
cacl2、nacl
‑
kcl
‑
cacl2中的一种，所述氯化盐为工业纯及以上纯度。
11.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述指定温度为800～1100℃。
12.作为本发明的进一步改进，所述废旧岩棉在所述高温熔盐内的保温预设时间为0.1h～24h。
13.作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，除去吸附于废旧岩棉内部的熔盐是在高温和惰性气氛下通过物理挤压方式除去。
14.作为本发明的进一步改进，所述物理挤压方式包括板压式、压辊式，所述高温为800～1100℃。
15.作为本发明的进一步改进，在步骤s3中，所述洗涤采用二甲基亚砜超声浸泡后，使用乙醇超声清洗。
16.一种上述活化废旧岩棉的应用，将所述活化废旧岩棉作为胶凝材料掺合料，与水泥熟料和粉煤灰混合配制，制得复合胶凝材料。
17.作为本发明的进一步改进，所述活化废旧岩棉、所述水泥熟料和所述粉煤灰的质量比为1:(2.5～5):(0.2～1)。
18.作为本发明的进一步改进，所述复合凝胶材料作为固化剂应用于污泥处理领域。
19.本发明的有益效果是：
20.1、本发明提供的一种废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用。其中废旧岩棉的活化方法是通过高温氯化盐熔盐浸没废旧岩棉的方式，对废旧岩棉进行活化，提高废旧岩棉中活性氧化硅和氧化铝的含量；同时，废旧岩棉中的氧化硅组分可与氯化钙熔盐发生反应，生成火山灰活性较高的硅酸盐。使用该方法制得的活化废旧岩棉具有火山灰活性较高的特点，可作为胶凝材料掺合料制备胶凝材料，用于污泥的固化处理。此外，使用高温熔盐活化废旧岩棉的方法可以实现连续反应，减少工艺流程，且反应温度较传统方法低，节约能耗，降低成本。
21.2、本发明中的高温氯化钙熔盐作为一种高度离子化的介质，可以提供大量的钙离子进入氧化硅和氧化铝晶体内，产生离子缺陷，以提高氧化硅和氧化铝的活性；而浸泡结束，急速冷却下废旧岩棉中晶体结晶度不高，无定型产物多，又会存在较多的晶体结构缺陷；氧化硅和氧化铝中离子缺陷和结构缺陷的大量存在，使得其活性大幅度提高。另外，熔盐活化过程能将废旧岩棉中的有机物去除，实现废旧岩棉无害化处理；且熔盐可重复多次使用，降低成本，具有工业化应用潜力。
22.3、本发明提供了一种废旧岩棉的短流程处理方法，其工艺过程简单，处理过程中不会生成有毒固废和有机废水，对环境影响很小。另外，将废旧岩棉进行活化处理后制备胶凝材料用于污泥固化处理，可以提高资源的利用率，降低污泥处理的成本，并显著的改善了
环境水平。
附图说明
23.图1为本发明实施例1所得活化废旧岩棉的xrd结果图。
24.图2为本发明实施例1所得活化废旧岩棉的eds结果图。
25.图3为本发明实施例1所得活化废旧岩棉的eds相应元素扫描图。
26.图4为实施例2中所得复合胶凝材料与某地市政污泥混合并经养护后的含水率变化情况图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
28.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
29.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
30.一种废旧岩棉的活化方法，包括以下步骤：
31.s1、将氯化盐在惰性气体条件下，在高温反应器内加热至熔化，再将熔盐温度调至指定温度，得到高温熔盐；
32.其中，氯化盐为cacl2、nacl
‑
cacl2、kcl
‑
cacl2、mgcl2‑
cacl2、nacl
‑
kcl
‑
cacl2中的一种，指定温度为800～1100℃。
33.s2、将废旧岩棉浸没于步骤s1得到的高温熔盐内反应，然后将废旧岩棉取出，除去吸附于废旧岩棉内部的熔盐，制得预处理活化废旧岩棉；
34.其中，废旧岩棉与高温熔盐的质量比应低于1:6，废旧岩棉在高温熔盐内的反应时间为0.1h～24h。除去吸附于废旧岩棉内部的熔盐所用方法是在温度800～1100℃、惰性气氛下通过物理挤压方式除去，物理挤压方式包括板压式、压辊式。另外，将废旧岩棉在从高温熔盐中取出时，使用特定的金属夹具，材质为铁、不锈钢、镍中的任意一种或多种。
35.s3、将步骤s2得到的预处理活化废旧岩棉急冷至室温，并洗涤、干燥、破碎、筛分，制得活化废旧岩棉。
36.在一个具体的实施例中，洗涤采用二甲基亚砜超声浸泡后，使用乙醇超声清洗。
37.本发明通过高温氯化盐熔盐浸没废旧岩棉的方式，提高废旧岩棉中活性氧化硅和氧化铝的含量；同时，废旧岩棉中的氧化硅组分可与氯化钙熔盐发生反应，生成火山灰活性较高的硅酸盐。使用该方法制得的活化废旧岩棉具有火山灰活性较高的特点，可作为胶凝材料掺合料制备胶凝材料，用于污泥的固化处理。
38.特别地，高温氯化钙熔盐作为一种高度离子化的介质，可以提供大量的钙离子进入氧化硅和氧化铝晶体内，产生离子缺陷，以提高氧化硅和氧化铝的活性；而浸泡结束，急
速冷却下废旧岩棉中晶体结晶度不高，无定型产物多，又会存在较多的晶体结构缺陷；氧化硅和氧化铝中离子缺陷和结构缺陷的大量存在，使得其活性大幅度提高，在作为污泥固化剂时更容易发生反应，处理效果更好。另外，熔盐活化过程能将废旧岩棉中的有机物去除，实现废旧岩棉无害化处理；且熔盐可重复多次使用，降低成本，具有工业化应用潜力。
39.本发明提出的废旧岩棉处理方法流程短，其工艺过程简单，处理过程中不会生成有毒固废和有机废水，对环境影响很小。另外，将废旧岩棉进行活化处理后制备胶凝材料用于污泥固化处理，可以提高资源的利用率，降低污泥处理的成本，并显著的改善了环境水平。
40.一种上述活化废旧岩棉的应用，将活化废旧岩棉作为胶凝材料掺合料，与水泥熟料和粉煤灰按比例配制，制得复合胶凝材料。其中，活化废旧岩棉、水泥熟料和粉煤的质量比为1:(2.5～5):(0.2～1)，复合凝胶材料作为固化剂应用于污泥处理领域。
41.实施例1
42.实施例1提供的一种废旧岩棉的活化方法，包括以下步骤：
43.(1)将3kg纯度95％的氯化盐无水cacl2装入直径20cm石墨制反应容器内，惰性气体保护下，使用电炉加热至cacl2熔化，再将熔盐温度调至820℃；
44.(2)将废旧岩棉板切割成块，取8*8*2cm的一块，将其固定在铁丝的一端。随后在惰性气氛下，将载有岩棉的铁丝一端浸入熔融cacl2中，保证岩棉废料完全浸没于熔盐内，保持7h；
45.(3)浸泡操作结束后，将废旧岩棉从熔盐中取出，惰性气氛下通过板压方式沥去吸附于废旧岩棉内部的熔盐；
46.(4)干燥环境下，将步骤(3)中得到的废旧岩棉急冷至室温，用二甲亚砜超声浸泡2h后，使用乙醇超声清洗3次，60℃下干燥、使用球磨机研碎后，即得活化废旧岩棉；
47.复合胶凝材料的制备
48.(5)将活化废旧岩棉、硅酸盐水泥熟料和粉煤灰按1:3.5:0.5的比例配制，得到复合胶凝材料。
49.请参阅图1
‑
图3所示，图1为本发明实施例1所得活化废旧岩棉的xrd结果图，图2为本发明实施例1所得活化废旧岩棉的eds图谱，图3为本发明实施例1所得活化废旧岩棉的eds相应元素扫描图。结合图2
‑
3可以看出，实施例1得到的活化废旧岩棉中si、al、o含量较高且分布均匀，由此可知活化废旧岩棉中含有较多的硅、铝基氧化物。从图1活化废旧岩棉的xrd图谱可知，制备所得活化废旧岩棉结晶度不高，主要晶体成分包括硅酸盐、铝硅酸盐和硅氧化物等。说明通过高温氯化钙熔盐活化废旧岩棉，提高了废旧岩棉中无定型活性氧化硅和氧化铝的含量；废旧岩棉中的氧化硅组分可与氯化钙熔盐发生反应，生成火山灰活性较高的硅酸盐。
50.实施例2
51.实施例2提供了一种活化废旧岩棉的应用，具体将实施例1制得的活化废旧岩棉，与硅酸盐水泥熟料和粉煤灰按1:3.5:0.5的比例配制，得到复合胶凝材料；将得到的复合胶凝材料与某地市政污泥混合并进行养护。
52.请参阅图4所示，图4为实施例2中所得复合胶凝材料与某地市政污泥混合并经养护后的含水率变化情况，从图中可知加入本发明方法制得的胶凝材料后污泥随着养护天数
的增加，其含水率明显减少。说明将废旧岩棉进行活化处理后制备胶凝材料用于污泥固化处理，减水固化效果较好，该方法可以提高废弃资源的利用率。
53.实施例3
54.实施例3提供的一种废旧岩棉的活化方法，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤(1)中，所用氯化盐为无水nacl
‑
cacl2，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
55.实施例4
56.实施例4提供的一种废旧岩棉的活化方法，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤(1)中，所用氯化盐为无水kcl
‑
cacl2，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
57.实施例5
58.实施例5提供的一种废旧岩棉的活化方法，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤(1)中，所用氯化盐为无水mgcl2‑
cacl2，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
59.综上所述，本发明提供的一种废旧岩棉的活化方法及活化废旧岩棉的应用。其中废旧岩棉的活化是通过高温氯化盐熔盐浸没废旧岩棉的方式，对废旧岩棉进行活化，提高废旧岩棉中活性氧化硅和氧化铝的含量；同时废旧岩棉中的氧化硅组分可与氯化钙熔盐发生反应，生成火山灰活性较高的硅酸盐。使用该方法制得的活化废旧岩棉具有火山灰活性较高的特点，可作为胶凝材料掺合料制备胶凝材料，用于污泥的固化处理。熔盐活化过程能将废旧岩棉中的有机物去除，实现废旧岩棉无害化处理；且熔盐可重复多次使用，降低成本，具有工业化应用潜力。本发明提出的一种废旧岩棉的活化方法流程短，工艺过程简单，处理过程中不会生成有毒固废和有机废水，对环境影响很小。另外，将废旧岩棉进行活化处理后制备胶凝材料用于污泥固化处理，可以提高资源的利用率，降低污泥处理的成本，并显著的改善了环境水平。
60.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。