CN104710108A - 一种耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，该管材由外套钢管、内衬矿渣微晶玻璃管及外套钢管与内衬矿渣微晶玻璃管之间的发泡水泥层构成。本发明的内衬矿渣微晶玻璃管采用离心或重力浇注法制备，矿渣微晶玻璃管为多段，相邻两段矿渣微晶玻璃管之间通过胶泥粘结，组装至所需长度，再与外套钢管组合形成复合管材，在外套钢管和内衬矿渣微晶玻璃管之间由发泡水泥粘接，该管材不仅在高温浓酸、碱、盐载热体等物料的输送过程中具有良好的保温作用，而且管材的抗冲击韧性有很大提高，同时减轻了复合管材自身的重量，降低了安装成本；可用于各种粉体、矿浆及各种腐蚀性浆体的输送。
Description
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃复合管材，特别是涉及一种工业用耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法。
背景技术
管道输送是被普遍采用的十分经济的物料运输方式，但许多物料对金属管道的腐蚀和磨损极为严重，特别是在矿浆输送、电厂排灰、挖泥排沙、化工、建材行业的管道中尤为明显。因此，具有耐腐蚀、耐磨损的管道材料成为研究的热点。传统管材一般由20R、16MnR或15CrMnR制成。这类管材强度高、耐压性能强，但耐腐蚀性能较弱。目前市场上所用的耐腐蚀、耐磨损的输送管道材料主要以钢管与铸石或陶瓷复合管材为主，但是铸石复合管道强度较低，抗折强度约60MPa，抗冲击韧性差，热稳定性不高，莫氏硬度仅为7左右，产品厚度往往达到25~30mm，铸石管自重很大，造成搬运不方便，施工困难；陶瓷复合管材的内衬材料陶瓷片采用压制成型、烧结制备，再将小块陶瓷粘接起来形成陶瓷内衬，这种方法耗时费力，同时由于铺贴施工不能保证内衬平滑，导致物料输送阻力大，必须通过增加管径来保证物料的输送量，一方面增加了投资，另一方面也加大了能源消耗。因此，急需要探索新的耐腐蚀、耐磨损的管道材料的制备方法。
微晶玻璃作为一种新型材料，具有较高的机械强度和硬度、良好的化学稳定性和热稳定性，优异的耐腐蚀性能等，同时具有玻璃和陶瓷的优良性能，成为一种独特的材料。
工业上的金属尾矿、冶金渣、粉煤灰成分复杂，但都含有制备微晶玻璃必须的SiO2、CaO、Al2O3等成分，并且还含有一定量可做形核剂的金属过渡元素，另外，冶金渣中含CaO较高，Al2O3较低；而尾矿、粉煤灰中含CaO较低，Al2O3较高，作为制备微晶玻璃的原料，有很好的成分互补优势。并且金属尾矿、冶金渣中含有能促进玻璃晶化的金属过渡元素，不须外加晶核剂或添加少量晶核剂即可制备高质量的矿渣微晶玻璃。因此利用工业废渣制备矿渣微晶玻璃具有许多优异性能而受到广泛重视。
怎样将工业固体废弃物充分利用，生产出工业上急需的耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材，是材料领域的技术人员急需克服的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：为解决现有技术中金属管不耐腐蚀、耐磨性不理想，非金属材料管整体成型难、自重大、施工困难的问题，提供一种工业用耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，不仅延长了管材的使用寿命，而且能有效利用工业废弃物，实现了二次资源的循环利用。
本发明的技术方案：
一种耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将原料金属尾矿、冶金渣粉、粉煤灰、辅料按40-60%、20-30%、10-30%、5-20% 的重量比分别计量，混合均匀，装入电熔窑中熔化，所有原料粒度在300目以下；
（2）然后采用重力或离心浇铸成型，得到管坯；
（3）将成型后的管坯送入晶化窑中进行晶化处理，得到矿渣微晶玻璃管；
（4）将矿渣微晶玻璃管通过胶泥进行粘结组装至所需长度；
（5）将矿渣微晶玻璃管填入外套钢管的中心，以矿渣微晶玻璃管作为内衬，在外套钢管和内衬矿渣微晶玻璃管之间充填发泡水泥浆，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
所述金属尾矿为铁尾矿、金尾矿、钼尾矿、钒钛尾矿、铜尾矿、锡尾矿或钛铁尾矿。
所述冶金渣粉为钢渣粉、高炉渣粉或镍铁渣粉。
所述辅料粉体包括：10-15份的石英砂、3-6份的硼砂、1-3份的碳酸钠、1-3份的碳酸钡、1-3份的氧化锌、0.5-2份的氧化铬。
管坯晶化处理的条件为：在工业微波炉中利用微波加热至600-680℃，使管坯在此温度下保温15-60min进行核化处理，然后升温至720-860℃，在此温度下保温15-60min进行晶化处理。
管坯晶化处理的条件还可以为：在辊道窑或梭式窑中加热至680℃~760℃，使管坯在此温度下保温1~3h进行核化处理，然后升温至800℃~900℃，在此温度下保温1~3h进行晶化处理。
粘结矿渣微晶玻璃管所用胶泥的组成为：呋喃树脂3-5份、水玻璃35-45份、微晶玻璃粉100份、氧化铅2-5份、氟硅酸钠5-10份。
粘结矿渣微晶玻璃管所用胶泥的组成为：环氧树脂100份、邻苯二甲酸丁酯8-10份、微晶玻璃粉200-250份、乙二胺6-8份、丙酮，丙酮根据施工所需粘度适量添加。
所述发泡水泥浆的组成为：硅酸盐或硫铝酸盐水泥40-50份、粉煤灰10-20份、双氧水3-5份、硬脂酸钙1-3份、水30-40份。
本发明的积极有益效果：
（1）本发明的矿渣微晶玻璃复合管材主要以工业废料为原料，金属尾矿、冶金渣粉、粉煤灰占原料绝大部分，能有效利用工业废弃物，实现了二次资源的循环利用；并且这些原料价格低廉，制备工艺相对简单，产品利润相对其他非金属材料或合金较高，有较好的经济效益和社会效益。
（2）本发明在外套钢管和内衬矿渣微晶玻璃管之间通过发泡水泥浆粘接在一起，使得外套钢管和内衬矿渣微晶玻璃之间结合紧密，不仅提高了管材的抗冲击韧性，又能使管路内径同心度达到设计要求，减少管道阻力，同时也减轻了管材自身的重量，降低了安装成本。
（3）由于在外套玻璃钢管和内衬矿渣微晶玻璃之间形成发泡水泥层，在高温浓碱、盐载热体等物料的输送过程中具有良好的保温作用。
（4）本发明晶化过程采用工业微波炉微波加热，可使材料自身整体同时升温，加热速度快、无污染，样品晶粒细化，结构均匀，同时微波加热可以精确控制，缩短了热处理时间，节约能源。
（5）本发明的工艺简单，生产成本低，不同批次产品的重现性好，适合大规模工业化生产。
（6）本发明能将工业废弃物高附加值利用，所制备的矿渣微晶玻璃可用于冶金、电力、化工、煤炭等行业的耐磨、耐腐蚀、耐高温等恶劣工况场合；经检测，产品的抗折强度≥192MPa，压缩强度≥1300MPa，耐酸度>99%，耐碱度＞97%，莫氏硬度8~9级，冲击韧性≥5.06Kg/m2，耐磨性强，产品性能突出。
附图说明
图1 为本发明的不同铁尾矿含量的微晶玻璃的XRD图谱，可以看出，其主晶相均为辉石相。
每个图中对应的铁尾矿重量百分含量分别为：1#：40%、2#：50%、3#：60%。
图2为本发明的不同铁尾矿含量的微晶玻璃的显微形貌照片。可以看出，随着铁尾矿含量的增加，晶粒尺寸减小。
其中每个图中对应的铁尾矿重量百分含量分别为：C1：40%、C2：45%、C3：50%、C4：55%、C5：60%。
图3为本发明的复合管材的结构示意图。
图中1为管腔，2为内衬矿渣微晶玻璃管，3为发泡水泥层，4为外套钢管。
具体实施方式
实施例1：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，包括如下步骤：
（1）称量100Kg铁尾矿、50Kg钢渣、30Kg粉煤灰、10Kg石英砂、4Kg硼砂、3Kg碳酸钠、1.5Kg碳酸钡、1Kg氧化锌、0.5Kg氧化铬；
（2）将（1）中称量好的粉料加入混料机中混合均匀，得到混合料；装入电熔窑中熔化；
（3）采用重力浇铸成型；
（4）将成型后的管坯送入梭式窑，在650℃保温2h进行核化，830℃保温2h 进行晶化，得到矿渣微晶玻璃管；
（5）矿渣微晶玻璃管通过环氧树脂胶泥进行粘结组装至所需长度；
（6）将矿渣微晶玻璃管填入外套钢管的中心，以矿渣微晶玻璃管作为内衬，在外套钢管和内衬矿渣微晶玻璃管之间充填PⅡ型硅酸盐发泡水泥，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
实施例2：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，包括如下步骤：
（1）称量100Kg金尾矿、50Kg镍铁渣粉、40Kg粉煤灰、5Kg石英砂、3Kg硼砂、2Kg碳酸钠；
（2）将称量好的粉料加入混料机中混合均匀，得到混合料；装入电熔窑中熔化；
（3）采用离心浇铸成型；
（4）将成型后的管坯送入辊道窑，在680℃保温1h进行核化，860℃保温3h 进行晶化，得到矿渣微晶玻璃管；
（5）矿渣微晶玻璃管通过呋喃树脂胶泥进行粘结组装至所需长度；
（6）在外套钢管与内衬矿渣微晶玻璃之间充填P.O.42.5硅酸盐发泡水泥浆，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
实施例3：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，包括如下步骤：
（1）称量100Kg钼尾矿、45Kg高炉渣粉、40Kg粉煤灰、13Kg石英砂、4Kg硼砂、3Kg碳酸钠、2Kg碳酸钡、2Kg氧化锌、1Kg氧化铬；
（2）将（1）中称量好的粉料加入混料机中混合均匀，得到混合料；装入电熔窑中熔化；
（3）采用重力或离心浇铸成型；
（4）将成型后的管坯送入微波炉，在620℃保温20min进行核化，760℃保温40min 进行晶化；得到矿渣微晶玻璃管；
（5）矿渣微晶玻璃管通过KP-1胶泥进行粘结组装至所需长度；
（6）在外套钢管与内衬矿渣微晶玻璃之间充填硫铝酸盐发泡水泥，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
实施例4：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，其制造方法如下：
（1）矿渣微晶玻璃管制备同实施例1；
（2）矿渣微晶玻璃管通过呋喃树脂水玻璃改性胶泥进行粘结，组装至所需长度；
呋喃树脂水玻璃改性胶泥的配方为（kg）：
| 呋喃树脂 | 水玻璃 | 微晶玻璃粉 | 氧化铅 | 氟硅酸钠 |
| 4 | 40 | 100 | 2 | 6 |
（3）在外套钢管与内衬矿渣微晶玻璃之间充填PⅠ型42.5硅酸盐发泡水泥，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
PI型42.5硅酸盐发泡水泥浆的配方为(kg) ：
| P.42.5硅酸盐 | 粉煤灰 | 双氧水 | 硬脂酸钙 | 自来水（35~55℃） |
| 48 | 18 | 3 | 1 | 30 |
实施例5：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，包括如下步骤：
（1）矿渣微晶玻璃管制备同实施例1；
（2）矿渣微晶玻璃管通过环氧树脂胶泥进行粘结，组装至所需长度；
环氧树脂胶泥的配方为（kg）：
| 环氧树脂 | 邻苯二甲酸丁酯 | 微晶玻璃粉 | 乙二胺 | 丙酮 |
| 100 | 8-10 | 200-250 | 6-8 | 适量 |
（3）在外套钢管与内衬矿渣微晶玻璃之间充填硫铝酸盐发泡水泥浆，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
硫铝酸盐发泡水泥浆的配方为(kg)：
| 硫铝酸盐水泥 | 粉煤灰 | 双氧水 | 硬脂酸钙 | 自来水（30~40℃） |
| 48 | 12 | 4 | 1 | 36 |
实施例6：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，同实施例5基本相同，不同之处在于：锡尾矿代替铁尾矿，硫铝酸盐发泡水泥配方中以铝粉代替双氧水。
实施例7：一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法：
同实施例3基本相同，不同之处在于：用钛铁尾矿代替钼尾矿。
Claims (9)
1.一种耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃复合管材的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
（1）将原料金属尾矿、冶金渣粉、粉煤灰、辅料按40-60%、20-30%、10-30%、5-20% 的重量比分别计量，混合均匀，装入电熔窑中熔化，所有原料粒度在300目以下；
（2）然后采用重力或离心浇铸成型，得到管坯；
（3）将成型后的管坯送入晶化窑中进行晶化处理，得到矿渣微晶玻璃管；
（4）将矿渣微晶玻璃管通过胶泥进行粘结组装至所需长度；
（5）将矿渣微晶玻璃管填入外套钢管的中心，以矿渣微晶玻璃管作为内衬，在外套钢管和内衬矿渣微晶玻璃管之间充填发泡水泥浆，组装成矿渣微晶玻璃复合管材。
2.根据权利要求1所述的复合管材的制备方法，其特征是：所述金属尾矿为铁尾矿、金尾矿、钼尾矿、钒钛尾矿、铜尾矿、锡尾矿或钛铁尾矿。
3.根据权利要求1所述的复合管材的制备方法，其特征是：所述冶金渣粉为钢渣粉、高炉渣粉或镍铁渣粉。
4.根据权利要求1所述的玻璃复合管材的制备方法，其特征是：所述辅料粉体包括：10-15份的石英砂、3-6份的硼砂、1-3份的碳酸钠、1-3份的碳酸钡、1-3份的氧化锌、0.5-2份的氧化铬。
5.根据权利要求1所述的玻璃复合管材的制备方法，其特征是：管坯晶化处理的条件为：在工业微波炉中利用微波加热至600-680℃，使管坯在此温度下保温15-60min进行核化处理，然后升温至720-860℃，在此温度下保温15-60min进行晶化处理。
6.根据权利要求1所述的玻璃复合管材的制备方法，其特征是：管坯晶化处理的条件为：在辊道窑或梭式窑中加热至680℃~760℃，使管坯在此温度下保温1~3h进行核化处理，然后升温至800℃~900℃，在此温度下保温1~3h进行晶化处理。
7.根据权利要求1-6任一项所述的玻璃复合管材的制备方法，其特征是：粘结矿渣微晶玻璃管所用胶泥的组成为：呋喃树脂3-5份、水玻璃35-45份、微晶玻璃粉100份、氧化铅2-5份、氟硅酸钠5-10份。
8.根据权利要求1-6任一项所述的玻璃复合管材的制备方法，其特征是：粘结矿渣微晶玻璃管所用胶泥的组成为：环氧树脂100份、邻苯二甲酸丁酯8-10份、微晶玻璃粉200-250份、乙二胺6-8份、丙酮，丙酮根据施工所需粘度适量添加。
9.根据权利要求1-6任一项所述的玻璃复合管材的制备方法，其特征是：所述发泡水泥浆的组成为：硅酸盐或硫铝酸盐水泥40-50份、粉煤灰10-20份、双氧水3-5份、硬脂酸钙1-3份、水30-40份。
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