CN113896480A - 一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尾矿砂‑钢渣粉‑水泥基高导热复合材料及其制备方法，该复合材料由骨料、水泥和水组成，骨料、水泥和水的质量比为2:1:0.55、2.5:1:0.55或3:1:0.55，骨料由钢渣粉和尾矿砂组成，钢渣粉和尾矿砂的质量比为0.4:1、0.6:1或0.8:1。该复合材料导热性能优异，并且该复合材料将炼钢厂废弃的钢渣粉以及矿山开采中废弃的尾矿砂回收利用，其结果为高导热复合材料设计提供技术理论支持。

Description

一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及多功能建筑材料领域，尤其涉及一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法。
背景技术
当前，矿产资源的开发利用产生大量的尾矿砂，我国直接利用作为尾矿库的土地资源少之又少，只能通过建造尾矿库堆积尾矿砂。一旦尾矿库溃坝，将极大程度威胁附近居民的生命和财产安全。另外，炼钢厂随着正常运行也会产生许多废弃钢渣，废弃钢渣的堆积地点选择也是极其困难的问题。由于尾矿砂和钢渣中含有大量的金属成分，如何将这两大废料利用起来，是亟待解决的科学问题。
许多学者也针对两者回收再利用方面做了很多的研究，但目前在中深层地热井井壁的导热填充体方面的研究很少。提出一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法应用于地热井固井材料，首先用水泥制备水泥浆体，再用尾矿砂和钢渣粉按照一定比例制备尾矿砂-钢渣粉骨料混合体，然后将骨料混合体进行预拌，加入水泥浆体搅拌均匀，最后将其装入试模中标准养护成型即可制得尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料，为实际工程中高导热复合材料设计提供技术理论支持。
发明内容
解决的技术问题：针对现有技术存在的缺点，本发明提供一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法，该复合材料导热性能优异，并且该复合材料将炼钢厂废弃的钢渣粉以及矿山开采中废弃的尾矿砂回收利用，其结果为高导热复合材料设计提供技术理论支持。
技术方案：一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料，该复合材料由骨料、水泥和水组成，骨料、水泥和水的质量比为2:1:0.55、2.5:1:0.55或3:1:0.55，骨料由钢渣粉和尾矿砂组成，钢渣粉和尾矿砂的质量比为0.4:1、0.6:1或0.8:1。
上述所述的钢渣粉为一级200-300目钢渣粉。
上述所述的水泥为普通硅酸盐水泥，标号为P.O 42.5。
上述所述的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将钢渣粉和尾矿砂用水充分浸泡至饱和状态，接着混合搅拌均匀得到骨料；
(2)将水和水泥混合搅拌均匀得到水泥浆体；
(3)将骨料和水泥浆体混合搅拌均匀后得到混合材料，将混合材料置于试模中，进行编号后放入养护箱；
(4)将养护3天后的混合材料脱模，继续放入养护箱至28天龄期，即得尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料。
上述所述的搅拌采用的搅拌机为M14-2型水泥搅拌机，养护箱为SHBY-90B标准养护箱，试模大小为Φ100mm×50mm。
上述所述的养护的温度为20±3℃，相对湿度大于90％。
有益效果：本发明提供的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料及其制备方法，具有以下有益效果：
1.本发明的复合材料的导热性能优异；
2.本发明首次考虑将炼钢厂废弃的钢渣粉以及矿山开采中废弃的尾矿砂回收利用制备高导热复合材料，其结果为高导热复合材料设计提供技术理论支持，节省成本造价，保护生态环境。
具体实施方式
以下实施例中的尾矿砂取自辽宁省鞍山市鞍钢矿业集团齐大山选矿厂铁尾矿砂，该尾矿砂密度为1.6g/cm3，矿物成分组成如下表1所示。
表1
Figure BDA0003342965910000021
钢渣粉为一级200-300目钢渣粉，该钢渣粉密度为2.4g/cm3，矿物成分组成如下表2所示。
表2
Figure BDA0003342965910000022
水泥为普通硅酸盐水泥，标号为P.O 42.5。
以下实施例采用的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将钢渣粉和尾矿砂用水充分浸泡至饱和状态，接着混合搅拌均匀得到骨料；
(2)将水和水泥混合搅拌均匀得到水泥浆体；
(3)将骨料和水泥浆体混合搅拌均匀后得到混合材料，将混合材料置于试模中，进行编号后放入养护箱；
(4)将养护三天后的混合材料脱模，继续放入养护箱至28天龄期，即得尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料。
所述搅拌采用的搅拌机为M14-2型水泥搅拌机，养护箱为SHBY-90B标准养护箱，试模大小为Φ100mm×50mm；养护的温度为20±3℃，相对湿度大于90％。
实施例1
采用骨料、水泥和水的质量比为2:1:0.55，钢渣粉和尾矿砂质量比分别为0.4:1、0.6:1、0.8:1作为实施例1的试验进行验证。
称取水质量为488.95g、水泥质量为889g、钢渣粉质量为508g、尾矿砂质量为1270g，编号为1；
称取水质量为488.95g、水泥质量为889g、钢渣粉质量为667g、尾矿砂质量为1111g，编号为2；
称取水质量为488.95g、水泥质量为889g、钢渣粉质量为790g、尾矿砂质量为988g，编号为3；
制作一组仅含有水泥的对照组试样，编号为0。
采用上述制备方法分别制备的得到编号为1、2、3的复合材料，测试这些复合材料和编号为0的对照组的导热系数，其测试结果如下表3所示。
表3
试验编号 骨料:水泥 钢渣粉:尾矿砂 导热系数[W/(m·K)]
1 2:1 0.4:1 3.063
2 2:1 0.6:1 3.105
3 2:1 0.8:1 3.011
0 0:1 0:0 0.358
实施例2
采用骨料、水泥和水的质量比为2.5:1:0.55，钢渣粉和尾矿砂质量比分别为0.4:1、0.6:1、0.8:1作为实施例2的试验进行验证。
称取水质量为419.1g、水泥质量为762g、钢渣粉质量为544g、尾矿砂质量为1361g，编号为4；
称取水质量为419.1g、水泥质量为762g、钢渣粉质量为714g、尾矿砂质量为1191g，编号为5；
称取水质量为419.1g、水泥质量为762g、钢渣粉质量为847g、尾矿砂质量为1058g，编号为6。
采用上述制备方法分别制备的得到编号为4、5、6的复合材料，测试这些复合材料和编号为0的对照组的导热系数，其测试结果如下表4所示。
表4
试验编号 骨料:水泥 钢渣粉:尾矿砂 导热系数[W/(m·K)]
4 2.5:1 0.4:1 3.088
5 2.5:1 0.6:1 3.124
6 2.5:1 0.8:1 3.025
0 0:1 0:0 0.358
实施例3
采用骨料、水泥和水的质量比为3:1:0.55，钢渣粉和尾矿砂质量比分别为0.4:1、0.6:1、0.8:1作为实施例3的试验进行验证。
称取水质量为366.85g、水泥质量为667g、钢渣粉质量为571g、尾矿砂质量为1429g，编号为7；
称取水质量为366.85g、水泥质量为667g、钢渣粉质量为750g、尾矿砂质量为1250g，编号为8；
称取水质量为366.85g、水泥质量为667g、钢渣粉质量为889g、尾矿砂质量为1111g，编号为9。
采用上述制备方法分别制备的得到编号为7、8、9的复合材料，测试这些复合材料和编号为0的对照组的导热系数，其测试结果如下表5所示。
表5
试验编号 骨料:水泥 钢渣粉:尾矿砂 导热系数[W/(m·K)]
7 3:1 0.4:1 3.088
8 3:1 0.6:1 3.124
9 3:1 0.8:1 3.025
0 0:1 0:0 0.358
从上述实施例1-3的结果与对照组的结果中可以看出：本发明提供的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料，通过加入尾矿砂与钢渣粉的原料配方和制备方法的优化，导热性能得到了改善。
实施例1制备的复合材料相比于单一水泥的对照组，导热系数分别提高了8.556倍、8.673倍和8.411倍；实施例2制备的复合材料相比于单一水泥的对照组，导热系数分别提高了8.626倍、8.726倍和8.450倍；实施例3制备的复合材料相比于单一水泥的对照组，导热系数分别提高了8.531倍、8.654倍和8.385倍。
由此可知，配合比为骨料:水泥＝2.5:1且钢渣粉:尾矿砂＝0.6:1的复合材料，导热性能的提高最大，与单一水泥的对照组相比导热系数提高了8.726倍，因此该比例制备得到的复合材料为最优选。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料，其特征在于：该复合材料由骨料、水泥和水组成，骨料、水泥和水的质量比为2:1:0.55、2.5:1:0.55或3:1:0.55，骨料由钢渣粉和尾矿砂组成，钢渣粉和尾矿砂的质量比为0.4:1、0.6:1或0.8:1。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料，其特征在于：所述钢渣粉为一级200-300目钢渣粉。
3.根据权利要求1所述的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为P.O 42.5。
4.如权利要求1所述的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
（1）将钢渣粉和尾矿砂用水充分浸泡至饱和状态，接着混合搅拌均匀得到骨料；
（2）将水和水泥混合搅拌均匀得到水泥浆体；
（3）将骨料和水泥浆体混合搅拌均匀后得到混合材料，将混合材料置于试模中，进行编号后放入养护箱；
（4）将养护3天后的混合材料脱模，继续放入养护箱至28天龄期，即得尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述搅拌采用的搅拌机为M14-2型水泥搅拌机，养护箱为SHBY-90B标准养护箱，试模大小为Φ100 mm×50 mm。
6.根据权利要求4所述的一种尾矿砂-钢渣粉-水泥基高导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述养护的温度为20±3 ℃，相对湿度大于90%。
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