[發明專利]一種以石英砂為硅質原料制備的硅酸鎂及其方法

在審

• 申請號: 202110449151.5
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN112919484A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 謝曉麗;劉騰飛;李宏波;趙文強
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C01B33/22
• 分類號: C01B33/22
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 付金豹

本發明公開了一種以石英砂為硅質原料制備的硅酸鎂及其方法，制備硅酸鎂的原料組成為：石英砂60～69份、氧化鎂40～55份、水；水固比0.20～0.50。本發明方法中石英作為硅質原料代替硅灰在高溫高壓的條件下可以制備得到水化硅酸鎂凝膠。石英主要成分為SiO₂，相較于硅灰，其結晶度高，化學性質穩定。實驗中采用160～200℃、0.62～1.55MPa壓力的高溫高壓條件，通過提高反應的活化能從而促進反應的進行，以此制備得到水化硅酸鎂凝膠。

技術領域

本發明屬于硅酸鎂技術領域，具體地涉及一種以石英為硅質原料和活性氧化鎂在蒸養條件下制備的硅酸鎂及其方法。

背景技術

水泥是當今世界上用量最大、用處最廣的無機膠凝材料，水泥制品應用于經濟建設的每個角落，成為人類社會發展的基礎。然而，大規模傳統硅酸鹽水泥的生產造成了傳統水泥工業的發展與資源和環境之間的不協調性。據統計，水泥生產的CO₂排放量占全世界CO₂排放量的7％，此外，混凝土制備過程中大量集料的需求造成資源的大量開采，據相關部門統計，混凝土作為水、砂子、卵石與碎石等天然資源的最大消耗者，目前正以每年約70億t的速度消耗天然骨料。這迫使人們對傳統水泥的生產和應用進行更加深入的研究和全面的優化，同時也要求我們研發并開拓更多的新型膠凝材料領域。

我國鎂質礦產資源豐富，但是在傳統的鈣質水泥中，MgO的存在會影響水泥的質量，如果我們能夠將我國閑置的鎂礦石資源以及含鎂廢棄物加以利用，制作出新型的能夠取代鈣質水泥的鎂質膠凝材料，那么對于保護環境和資源利用以及實現可持續發展的目標將會做出很大的貢獻。在100多年前，有關水化硅酸鎂膠凝材料的概念問世。19世紀90年代，有人將菱鎂礦煅燒后的產物和微硅粉混合，發生反應制備得到了具有膠凝能力的水化硅酸鎂。19世紀末，Steiger將氯化鎂、氧化鎂、硅酸鈉和水混合制備得到了這種新型膠凝材料。隨后在多個專著中利用氯氧鎂型水泥和顆粒的石棉以及易溶的硅酸制備膠凝材料，以及利用滑石/石棉和改便性質后的活性SiO₂制備的耐火物質，但是較系統的針對水化硅酸鎂膠凝體系的研究并未進行。

最近的二十年，制備的MgO-SiO₂-H₂O(M-S-H)膠凝體系大致都是采用活性氧化鎂或者氫氧化鎂與高活性硅質原料(硅灰、礦渣、粉煤灰等)發生反應，制備得到MgO-SiO₂-H₂O膠凝體系。韋江雄等人用氧化鎂與硅灰制備MgO-SiO₂-H₂O膠凝體系，并對不同鎂硅比和不同溫度下制備得到的MgO-SiO₂-H₂O膠凝體系做了初步的研究。結果表明：該膠凝體系由于硅灰的比表面積大，需水量較大，因此需要通過摻加分散劑或表面活性劑等措施來對其改性，從而降低該體系的需水量。韋江雄等人嘗試了多種分散劑，結果發現六偏磷酸鈉(Na-HMP)對MgO-SiO₂-H₂O體系的改性效果最好。此外，Cheeseman和張婷婷等人就M-S-H凝膠的干縮變化以及M-S-H膠凝體系pH值的變化情況做了較為系統的研究。

張婷婷等人根據MgO-SiO₂-H₂O膠凝體系具有低pH值以及良好的包裹能力，提出利用活性氧化鎂與高活性的硅灰制備了堿度較低(9.5～10.5)的MgO-SiO₂-H₂O膠凝材料用來固化核廢料，以及將該體系運用在低pH值的噴射水泥砂漿固化和含金屬鋁核廢料的基體中。與傳統的硅酸鹽水泥比較，MgO-SiO₂-H₂O膠凝材料的堿度低使得它不會產生返鹵現象，但是并不適合鋼筋混凝土。