CN104230198A - 一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂及其制备方法 - Google Patents

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一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂及其制备方法，属于外加剂技术领域。主要是由直接络合组分多元醇胺、间接络合组分多元醇胺酯、辅助络合组分多元醇、强电解质和水组成。发明技术特征在于所述外加剂由多种络合组分和强电解质溶液组成，通过持续的络合增溶作用和强电解质增溶作用提高各龄期风冷矿渣水化浆体液相的离子浓度，从而加速风冷矿渣的水化速率。

Description

一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种风冷矿渣外加剂及其制备方法，尤其是涉及一种可以提高各龄期风冷矿渣活性指数的外加剂及其制备方法，属于外加剂技术领域。
背景技术
目前，在我国钢铁生产企业中，大部分高品质余能资源已实现回收利用，然而仍存在数量可观难以回收利用的余能资源未实现品位对口梯级利用，尤其是矿渣的余热资源，主要原因是因为传统矿渣粒化工艺多采取水淬法，使得矿渣的热能大量浪费无法有效回收。为回收矿渣的余热资源，新型干式粒化工艺已开始逐渐应用，也就是利用空气与高温炉渣接触进行矿渣粒化并回收余热，得到的产物即为风冷矿渣。
相对水淬矿渣来说，风冷矿渣由于粒化时冷却速度较慢，并且冷却不均匀，其结构中玻璃体含量较低、玻璃体结构较致密，从而使风冷矿渣溶解性能变差，导致水化活性较差，表现为7d和28d的活性指数低，与水淬矿渣相比，风冷矿渣的活性指数约低5％-15％。
加入外加剂是一种提高胶凝材料水化活性的常用办法，在水泥混凝土领域有广泛的应用，例如水泥生产中加入助磨剂和混凝土生产中加入早强剂等，但对于专门用于提高风冷高炉渣活性指数的外加剂尚无研究报道。传统的助磨剂对风冷高炉渣的活性指数基本没有提高作用；混凝土生产中的早强剂以无机盐为主要成分为主，一般要求掺量大，不仅成本高，而且只能提高早龄期强度。因此，研究一种专门用于提高风冷矿渣活性指数的外加剂，对于提高风冷矿渣在建材中的应用水平以及推广钢铁生产中的干式矿渣粒化工艺有积极的促进作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种提高风冷矿渣各龄期活性指数的外加剂及其制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种以络合组分和电解质溶液复合而成的外加剂，主要是由直接络合组分、间接络合组分、辅助络合组分、强电解质和水组成的风冷高炉渣外加剂，其按重量比计包括：
直接络合组分：多元醇胺 5-30份
间接络合组分：多元醇胺酯 5-20份
辅助络合组分：多元醇 0-10份
强电解质 5-20份
水 40-60份
优选的，所述直接络合组分为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和乙二胺四乙醇的一种或两种。
优选的，所述间接络合组分为多元醇胺酯，多元醇胺酯是指多元醇胺中的羟基与有机酸中的羧基进行酯化所得到的化合物，并且所得产品中含有未酯化的羟基。其中所述的多元醇胺优选三乙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇胺的一种或两种；有机酸为乙酸、乙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸酐、马来酸的一种；进一步优选乙酸和三乙醇胺酯化的多元醇胺酯、乙酸和三异丙醇胺酯化的多元醇胺酯、马来酸和三乙醇胺酯化的多元醇胺酯、马来酸和三异丙醇胺酯化的多元醇胺酯中的一种或两种。
优选的，所述辅助络合组分为丙三醇、二乙二醇和聚乙二醇的一种或两种。
优选的，所述强电解质为氯化钠、硫代硫酸钠、氢氧化钠和硫氰酸钠的一种或两种。
本发明还提供一种提高风冷高炉渣活性指数的制备方法，包括以下步骤：先将强电解质完全溶解于水中形成强电解质混合溶液；再依次加入直接络合组分胺、间接络合组分和辅助络合组分，搅拌均匀得到所述的外加剂。
本发明制备的外加剂含有络合组分和强电解质组分，其中络合组分中的直接络合组分可以通过络合增溶作用促进风冷矿渣早期的溶解速率和水化速率，随水化进程推进，直接络合组分不断消耗，但间接络合组分在水化溶液的碱性环境下不断分解成新的络合组分，从而使得不同龄期的风冷矿渣水化速度都得到促进，体现为不同龄期风冷矿渣的活性指数提高。外加剂中的辅助络合组分也有较强的络合能力，其作用为辅助络合增溶；强电解质组分为可提高溶液中的离子扩散速度，对于早期风冷矿渣的溶解水化有积极的促进作用。
其中多元醇胺酯的合成方法，在反应釜中依次加入多元醇胺、有机酸和催化剂，其中多元醇胺中的羟基与有机酸中的羧基的摩尔比为大于1:1(优选多元醇胺中的羟基与有机酸中的羧基的摩尔比为2:1-4:1)，在温度60℃-150℃下，添加带水剂，并通过冷凝器与分水器除去反应生产的水，反应2-10个小时后，加入碱性溶液调节pH值至中性，即得到多元醇胺酯。催化剂为浓硫酸、浓盐酸、浓磷酸和对甲基苯磺酸的一种。所述催化剂的用量为多元醇胺和有机酸总质量的0.1％-3％。带水剂为苯和甲苯的一种。
由于本发明采取了以上技术方案，达到了如下技术效果：
本发明制备的外加剂由多种络合组分和强电解质溶液组成，通过持续的络合增溶作用和强电解质增溶作用，提高各龄期风冷矿渣水化浆体液相的离子浓度，从而加速风冷矿渣的水化速率。可促进早龄期风冷矿渣的溶解，随着水化的进行，不断释放出新的络合物质，达到提高各龄期风冷矿渣活性指数的作用。本发明制备的外加剂在掺加量为风冷矿渣重量的0.05％-0.1％时，可提高风冷矿渣7d活性指数10％-20％，提高28d活性指数5％-15％。
具体实施方式：
为更进一步阐述本发明为达预定目的所采用的技术手段及功效，下面结合实施例和应用案例对本发明作进一步详细说明，但他们不是对本发明的限定。
在以下实施例中，所有的份数均为重量份数。
实施例1：
取三乙醇胺15份、三异丙醇胺15份、乙酸三乙醇胺酯(乙酸和三乙醇胺的摩尔比为1:0.8得到的产品)10份，丙三醇10份、硫代硫酸钠10份和水40份。
在反应釜中加入水，再加入硫代硫酸钠，搅拌至完全溶解，再加入三乙醇胺、三异丙醇胺、乙酸三乙醇胺酯和丙三醇，搅拌10-30min，得到成品。
实施例2：
取二乙醇单异丙醇胺10份、乙二胺四乙醇5份、乙酸三异丙醇胺酯(乙酸和三异丙醇胺的摩尔比为1:0.7得到的产品)5份，马来酸三乙醇胺酯5份、硫氰酸钠5份、氢氧化钠10份和水60份。制备方法同实施例1。
在反应釜中加入水，再加入硫氰酸钠和氢氧化钠，搅拌至完全溶解，再加入二乙醇单异丙醇胺、乙二胺四乙醇、乙酸三异丙醇胺酯、马来酸三乙醇胺酯，搅拌10-30min，得到成品。
实施例3：
取乙二胺四乙醇5份、乙酸三乙醇胺酯(乙酸和三乙醇胺的摩尔比为1:0.8得到的产品)20份、二乙二醇5份、聚乙二醇5份、氢氧化钠15份和水50份。
在反应釜中加入水，再加入氢氧化钠，搅拌至完全溶解，再加入乙二胺四乙醇、乙酸三乙醇胺酯、二乙二醇和聚乙二醇，搅拌10-30min，得到成品。
实施例4：
取三乙醇胺30份、乙酸三异丙醇胺酯(乙酸和三异丙醇胺的摩尔比为1:0.7得到的产品)20份、硫代硫酸钠5份和水45份。
在反应釜中加入水，再加入硫代硫酸钠，搅拌至完全溶解，再加入三乙醇胺和乙酸三异丙醇胺酯，搅拌10-30min，得到成品。
实施例5：
取三异丙醇胺20份、乙酸三异丙醇胺酯(乙酸和三异丙醇胺的摩尔比为1:0.7得到的产品)10份、马来酸三异丙醇胺酯10份、硫氰酸钠15份，水45份。
在反应釜中加入水，再加入硫氰酸钠，搅拌至完全溶解，再加入三异丙醇胺、乙酸三异丙醇胺酯和马来酸三异丙醇胺酯，搅拌10-30min，得到成品。
实施例6：
应用选用的风冷矿渣化学组成如表1所示。在风冷矿渣粉磨时，分别加入实施例1、2、3、4和5中制备的外加剂，按照《GB/T 18046-2008》中矿渣活性指数进行检测，所得结果如表2所示：
表1 风冷矿渣化学组成(％)
CaO SiO2 Al2O3 MgO SO3 Fe2O3 K2O SrO P2O5
43.72 36.51 15.95 1.56 1.47 0.39 0.29 0.055 0.034
表2 本发明制备的外加剂对风冷矿渣活性指数的影响结果(％)
外加剂 掺量 7d活性 7d活性提高幅度 28d活性 28d活性提高幅度
无 - 62 - 85 -
实施例1 0.1 78 16 105 20
实施例2 0.1 75 13 99 14
实施例3 0.1 73 11 102 17
实施例4 0.1 75 13 103 18
实施例5 0.1 82 20 100 15
从表2可以看出，实施例1、2、3、4和5制备的外加剂都提高了风冷高炉渣7d和28d的活性指数，最高可达20％，表现出了良好的应用效果。

Claims (9)

1.一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，主要是由直接络合组分、间接络合组分、辅助络合组分、强电解质和水组成的风冷高炉渣外加剂，其按重量比计包括： 
直接络合组分：多元醇胺 5-30份 
间接络合组分：多元醇胺酯 5-20份 
辅助络合组分：多元醇 0-10份 
强电解质 5-20份 
水 40-60份。 
2.按照权利要求1的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，所述直接络合组分为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和乙二胺四乙醇的一种或两种。 
3.按照权利要求1的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，多元醇胺酯是指多元醇胺中的羟基与有机酸中的羧基进行酯化所得到的化合物，并且所得产品中含有未酯化的羟基。 
4.按照权利要求3的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，所述的多元醇胺优选三乙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇胺的一种或两种；有机酸为乙酸、乙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸酐、马来酸的一种。 
5.按照权利要求3的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，多元醇胺酯是乙酸和三乙醇胺酯化的多元醇胺酯、乙酸和三异丙醇胺酯化的多元醇胺酯、马来酸和三乙醇胺酯化的多元醇胺酯、马来酸和三异丙醇胺酯化的多元醇胺酯中的一种或两种。 
6.按照权利要求1的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，所述辅助络合组分为丙三醇、二乙二醇和聚乙二醇的一种或两种。 
7.按照权利要求3的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂，其特征在于，所述强电解质为氯化钠、硫代硫酸钠、氢氧化钠和硫氰酸钠的一种或两种。 
8.制备权利要求的一种提高风冷矿渣活性指数的外加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：先将强电解质完全溶解于水中形成强电解质混合溶液；再依次加入直接络合组分胺、间接络合组分和辅助络合组分，搅拌均匀得到所述的外加剂。 
9.权利要求1的外加剂在提高风冷矿渣活性指数中的应用，其特征在于，掺加 量为风冷矿渣重量的0.05％-0.1％。 
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