CN109534700B - 一种钢渣改性剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢渣改性剂制备技术领域，具体涉及一种钢渣改性剂及其制备方法。该钢渣改性剂包括以下重量百分比的各组分：聚丙烯酰胺10‑30％，乙二胺四乙酸8‑25％，活性剂20‑50％，偶联剂5‑30％，分散剂3‑12％。本发明提供的钢渣改性剂可以明显降低钢渣中的游离氧化钙含量。
Description
技术领域
本发明属于钢渣改性剂制备技术领域，具体涉及一种钢渣改性剂及其制备方法。
背景技术
钢渣是使用转炉或电炉炼钢时加入的造渣剂与钢水中的杂质、炉衬形成的以硅酸盐、铁酸盐等为主要成分的固体废物。由于钢渣的性质(化学成分、矿物组成和主要的物理性能)受炉料、熔炼的钢种及操作的方法等许多因素的影响，变化较大，所以没有特别有效的方法能够直接处理。很多钢铁企业仅将钢渣中的金属资源简单回收，剩下的尾渣则无法完全实现“零排放”，成为钢铁冶炼厂固废处理的头号难题。
钢渣的化学成分、矿物组成随炼钢的工艺(转炉、电弧炉、精炼炉)、熔炼钢种等因素的不同而变化，但主要化学成分有CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、f-CaO、Fe等，钢渣与常用胶凝材料如硅酸盐水泥熟料、矿渣和粉煤灰的化学及矿物质组成类似，将其磨细后有一定的凝胶活性，因此，钢渣常作为辅助凝胶材料用于制备水泥混凝土材料等。但直接将钢渣与水泥熟料相混合使用时，由于其存在活性低等问题，导致影响混合材料的安定性、结构稳定性等性能。
所以，实际生产中，多是先对钢渣进行改性后使用，比如有学者利用石灰、电炉还原渣、矿渣、煤渣、粉煤灰等对钢渣进行重构改性，研究了高温重构过程中钢渣矿相演变规律及胶凝性能的变化，发现钙质调节材料可以促进重构钢渣中A矿和B矿的形成；钙铝硅质调节材料可以较好地促进重构钢渣中硅酸钙和铁铝酸钙的形成，显著提高重构钢渣的胶凝活性；硅铝质调节材料可促进f-CaO的吸收，增加重构钢渣中铝酸盐矿物的含量。
还有学者通过安装氮气保护装置的高温炉采用直接还原法和熔融还原法对钢渣进行重构改性，不仅将钢渣中RO相和液相中Fe2O3还原成金属铁，改性钢渣的胶凝活性还有明显提高。
但上述改性方法对设备的耐腐蚀性等性能要求较高，而且工艺复杂，使得钢渣的再利用成本提高；有专利CN107487999A公开了采用钢渣改性剂对钢渣的性能进行改性，改性后的钢渣粉的活性及化学稳定性好，而且成本低、无腐蚀性。但这种改性剂改性后的钢渣中游离钙的含量仍较高，无法满足实际生产的需要。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本申请的发明目的之一在于提供一种可明显降低钢渣中游离氧化钙含量、提高钢渣活性的钢渣改性剂。
本发明的另一个发明目的在于提供所述钢渣改性剂的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：聚丙烯酰胺10-30％，乙二胺四乙酸8-25％，活性剂20-50％，偶联剂5-30％，分散剂3-12％。
优选地，所述钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：聚丙烯酰胺10-25％，乙二胺四乙酸8-18％，活性剂25-50％，偶联剂8-30％，分散剂5-12％。
优选地，所述活性剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三甘醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇中的一种或几种。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
进一步优选地，所述偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述分散剂为碳黑、硬脂酸钙、木质素磺酸钠及其改性物、羟乙基纤维素和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
进一步优选地，所述分散剂为碳黑和木质素磺酸钠的混合物。其中，碳黑具有类似活性炭的多孔结构，同时又具有大量的表面官能团，可以通过这些表面官能团与木质素磺酸钠共同起到连接作用，“吸附”在改性剂其它助剂表面，起到柔性连接料的作用。
更进一步优选地，所述分散剂为碳黑和木质素磺酸钠的比例为1-8:1。
当碳黑和木质素磺酸钠的比例在上述范围内时，钢渣改性剂可以明显提高改钢渣活性；当超出上述范围时，经改性的钢渣的活性无明显变化。
优选地，所述木质素磺酸钠改性物的制备方法包括如下步骤：选取分子量为5000-7000的木质素磺酸钠，用酸液调pH至4-6，80-150℃条件下煮1-4小时，过滤，将所得滤液冷冻干燥后即为改性木质素磺酸钠。
本发明还提供了一种上述钢渣改性剂的制备方法，其包括如下步骤：
将按重量比称取的各组分混合均匀后于120-220℃条件下通入水蒸气搅拌处理1-3小时，然后降温至60-80℃，混合搅拌至质量不再变化，冷却至室温即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明提供的钢渣改性剂可以明显加速游离氧化钙、游离氧化镁与钢渣粉中的酸性氧化合物合成C2S、C3S、C3A、C3AF等矿物，从而有效减少钢渣粉中游离氧化物(free-Ca0、Mg0)的存在；试验结果测定表明，本发明实施例1-4提供的钢渣改性可以使钢渣中的游离氧化镁降低45％以上；
2)经本发明提供的钢渣改性剂改性后的钢渣粉掺杂量达到30％时，水泥基材在28天时的力学性能基本接近水泥基材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：
聚丙烯酰胺30％，乙二胺四乙酸25％，乙二醇二甲基丙烯酸酯23％，3-氨基丙基三甲氧基硅烷10％，十二烷基苯磺酸钠12％。
所述钢渣改性剂的制备方法包括如下步骤：
将按重量比称取的各组分混合均匀后于200℃条件下通入水蒸气搅拌处理1.5小时，然后降温至60℃，混合搅拌至质量不再变化，冷却至室温即得。
实施例2
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：
聚丙烯酰胺15％，乙二胺四乙酸12％，聚氧化丙烯二醇24％，二乙醇单异丙醇胺21％，3-氨基丙基三甲氧基硅烷23％，硬脂酸钙5％。
所述钢渣改性剂的制备方法包括如下步骤：
将按重量比称取的各组分混合均匀后于180℃条件下通入水蒸气搅拌处理3小时，然后降温至60℃，混合搅拌至质量不再变化，冷却至室温即得。
实施例3
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：
聚丙烯酰胺15％，乙二胺四乙酸12％，聚氧化丙烯二醇24％，二乙醇单异丙醇胺21％，3-氨基丙基三甲氧基硅烷23％，碳黑2％，木质素磺酸钠3％。
所述钢渣改性剂的制备方法包括如下步骤：
将按重量比称取的各组分混合均匀后于180℃条件下通入水蒸气搅拌处理3小时，然后降温至60℃，混合搅拌至质量不再变化，冷却至室温即得。
实施例4
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：
聚丙烯酰胺15％，乙二胺四乙酸12％，聚氧化丙烯二醇24％，二乙醇单异丙醇胺21％，乙烯基三甲氧基硅烷23％，碳黑2％，木质素磺酸钠3％。
所述钢渣改性剂的制备方法基本同实施例3。
对比例1
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：
聚丙烯酰胺15％，乙二胺四乙酸12％，聚氧化丙烯二醇24％，二乙醇单异丙醇胺21％，3-氨基丙基三甲氧基硅烷23％，碳黑2％，木质素磺酸钠3％。
所述钢渣改性剂的制备方法包括如下步骤：
将按重量比称取的各组分与相当于改性剂10重量％的水混合均匀后于180℃条件下搅拌，然后降温至60℃，混合搅拌至质量不再变化，冷却至室温即得。
对比例2
一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：
聚丙烯酰胺29％，乙二胺四乙酸12％，聚氧化丙烯二醇10％，二乙醇单异丙醇胺21％，3-氨基丙基三甲氧基硅烷23％，碳黑2％，木质素磺酸钠3％。
所述钢渣改性剂的制备方法基本同实施例3。
对比例3
一种废弃钢渣代替熟料的钢渣改性剂，由下述成分按重量配制而成：将10％的硫代硫酸钠、5％的醋酸钠、7％的改性三乙醇胺、3％的白糖、5％醋酸铵、2％的甲酸钠、10％的甘油、5％的糖蜜、2％的分散剂和51％的水混合均匀后，得到钢渣改性剂。
效果试验
1、钢渣改性剂对钢渣中游离钙的影响试验
将经干燥的钢渣粉和实施例1-4、对比例1-3制得的钢渣改性剂按质量比1：1混合组成混合料，然后800℃恒温热处理两小时后冷却至室温，然后采用游离氧化钙的测定方法(乙二醇法)测定各混合样中游离钙的含量(具体检测步骤参考硕士论文《钢渣改性及其对水泥基材性能影响试验研究》)。记录不同混合样中游离氧化钙的百分含量降低值。结果如下表1所示。
表1钢渣改性剂对钢渣中游离钙的影响
| 热处理样品 | f-Ca0降低百分量(％) |
| 钢渣粉与实施例1的混合物 | 47.22 |
| 钢渣粉与实施例2的混合物 | 47.31 |
| 钢渣粉与实施例3的混合物 | 52.15 |
| 钢渣粉与实施例4的混合物 | 51.76 |
| 钢渣粉与对比例1的混合物 | 33.45 |
| 钢渣粉与对比例2的混合物 | 45.39 |
| 钢渣粉与对比例3的混合物 | 35.22 |
由表中数据可以看出，经实施例制得的钢渣改性剂对钢渣中游离氧化钙的含量的降低程度均高于对比例，由实施例3制得的钢渣改性剂的性能最优。
2、改性后的钢渣粉对水泥基材料力学性能的影响
根据硕士论文《钢渣改性及其对水泥基材性能影响试验研究》中公开的检测方法，对本申请实施例1-4、对比例1-3制得的钢渣改性剂改性后的钢渣粉对水泥基材料力学性能的影响。统计测试结果(混合物料中改性后钢渣粉的掺杂量为30％)，如下表2。
表2改性后的钢渣粉对水泥材料抗压强度的影响
由表中数据可以看出，随着时间延长，水泥基材料在28d时的抗压强度达到最大值，基本接近水泥基材的力学性能。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：聚丙烯酰胺10-30％，乙二胺四乙酸8-25％，活性剂20-50％，偶联剂5-30％，分散剂3-12％；
所述活性剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三甘醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇中的一种或几种；所述分散剂为碳黑和木质素磺酸钠的混合物。
2.根据权利要求1所述的钢渣改性剂，其包括以下重量百分比的各组分：聚丙烯酰胺10-25％，乙二胺四乙酸8-18％，活性剂25-50％，偶联剂8-30％，分散剂5-12％。
3.根据权利要求1所述的钢渣改性剂，所述偶联剂为硅烷偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的钢渣改性剂，所述偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的钢渣改性剂，所述分散剂为碳黑和木质素磺酸钠的比例为1-8:1。
6.一种制备如权利要求1-5中任一项所述钢渣改性剂的制备方法，其包括如下步骤：
将按重量比称取的各组分混合均匀后于120-220℃条件下通入水蒸气搅拌处理1-3小时，然后降温至60-80℃，混合搅拌至质量不再变化，冷却至室温即得。
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