CN106278102B - 一种利用镍渣进行石膏增韧的方法及其制品 - Google Patents

一种利用镍渣进行石膏增韧的方法及其制品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用镍渣进行石膏增韧的方法及其制备，所述方法为：将镍渣、工业石膏、含钙废弃物和含铝废弃物，混合均匀，加水，研磨，水灰比为0.4～0.55，研磨20min，将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到试样；将上述试样标准养护至3～5d后，再进行湿热养护，养护温度为50～135℃，养护时间为3～24h，得到镍渣自增韧制品。采用本发明所提供的方法制得的镍渣热养护制品具有韧性好，无需添加对人体有害的有机物，也无需掺加纤维。

Description

一种利用镍渣进行石膏增韧的方法及其制品
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用镍渣进行石膏增韧的方法及其制品。
背景技术
镍渣是种常见的工业废渣，来源是镍和不锈钢冶炼工厂，镍渣的形成方式是把熔融状态下的镍渣经过水淬后使其变成粒化高炉矿渣。镍渣的化学成分由于镍的来源以及冶炼的不同方式而产生了比较大的差异，但多数镍渣的主要化学成分是二氧化硅和氧化铁，水淬后的镍渣易脆，由于活性低，镍渣综合利用率低，多作为混凝土的骨料来使用，据统计，直至现在，在露天堆积的镍渣超过了3.3×107t，这浪费了大量土地资源，还对污染了环境，废渣的有效处置和综合利用迫在眉睫。
石膏是单斜晶系矿物，是主要化学成分为硫酸钙(CaSO4)的水合物。石膏是一种用途广泛的工业材料和建筑材料。可用于水泥缓凝剂、石膏建筑制品、模型制作、医用食品添加剂、硫酸生产、纸张填料、油漆填料等。石膏及其制品的微孔结构和加热脱水性，使之具优良的隔音、隔热和防火性能。但是常规石膏的强度比较低，这在很大程度上限制了它在实际施工中大量推广。
为了克服石膏的缺点，通常会采用多种增强方式，例如增强、增韧，提高其抗冲击能力。目前石膏的增韧方式有限，一类是加入外加剂来改善界面，提高抗拉强度等，如申请号为201410164510.2的中国专利申请，公开了一种复配芳磺基甜菜碱的聚羧酸系陶瓷模用石膏外加剂，芳磺基甜菜碱能够与Ca2+结合，能够降低水膏比，有利于提高陶瓷石膏模具的强度；另一类是引入高抗拉强度的增强体，如引入钢筋、纤维等，也可掺加秸杆。如申请号为201410453645.0的中国专利申请，公开了一种玄武岩纤维增强石膏，10-15％的玄武岩纤维，提高了石膏的韧性。现有增韧技术具有以下的不足：(1)有机物的添加对人体有害；(2)不能可持续发展，对废弃物的利用率较低；(3)制备工艺复杂；(4)外加纤维，制备成本高。
能否开发一种新型的不添加有机物的增韧方式，不仅能够克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高的不足，而且能够实现废渣的有效处理，是值得本领域研究的课题。
发明内容
发明目的：针对现有增韧方式的制备工艺复杂，能耗较高的不足，为了满足可持续发展的要求，本发明提供了一种利用镍渣进行石膏增韧的方法及其制品，该方法无需添加有机物的，且实现了废弃物的综合利用。
技术方案：本发明提供了一种利用镍渣进行石膏增韧的方法，向工业石膏中加入镍渣、含钙废弃物和含铝废弃物，混合，研磨，加水，混匀得到混合料，将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到试样；将上述试样进行标准养护后，再进行湿热养护，即完成增韧；所述的含钙废弃物为糖滤泥、电石渣中的一种或多种混合物，所述的含铝废弃物为铝矾土、煤矸石、粉煤灰和赤泥中的一种或多种混合物。
上述步骤中，所述的加水，水灰比为0.4～0.55。所述的研磨，研磨时间为20～30min，研磨至比表面积为300～400m2/kg。所述的成型，将混合料倒入模具后，振动成型，硬化后即可拆模。
本发明的养护较为重要，标准养护有助于制品的早期水化反应和凝结硬化，湿热养护促进反应的进行，因此先进行标准养护，再进行湿热养护。所述的标准养护，条件为18～22℃，相对湿度为92～98％，养护时间为3～5d。优选的条件为：温度20℃，相对湿度95％，养护时间为4d。所述的湿热养护养护温度为50～135℃，养护时间为3～24h。优选养护温度为135℃，养护时间为3h。
上述步骤中，以原料的总重计，各原料含量为工业石膏15.20～21.92％、镍渣16.94～23.80％、含钙废弃物46.08～57.06％、含铝废弃物3.94～15.06％。
进一步的，本发明还可以增加入外加剂，所述外加剂为减水剂或激发剂。待原料研磨后加入减水剂或激发剂，减水剂为聚羧酸，掺量为原料的0.02～0.05％；激发剂为普通硅酸盐水泥或高铝水泥，掺量为原料的5～10％。
所述的工业石膏为脱硫石膏、磷石膏中的一种或多种混合物。
本发明还提供了采用上述利用镍渣进行石膏增韧的方法，增韧得到的制品。该制品具有较高韧性和较高抗折强度的优异性能。
有益效果：1，从原料的角度，本发明以工业废渣用作镍渣自增韧制品的原料，实现了废弃物的综合利用，节约资源，有利于资源的可持续发展。
2，从方法的角度，本发明采用化学法，通过选取合适的矿物配比和湿热的方法实现的增韧。
3，从产品的角度，采用本发明所提供的方法制得的自增韧制品具有较高韧性的优异性能，且无需添加对人体有害的有机物，具有很大的实用意义。
具体实施方式：
下面通过几个典型的实施例来对本发明进一步说明，本实施例中所使用的原料的组分，见下表(表中数值均为质量含量)：
表1 原料主要成分(％)
CaO％ SO<sub>3</sub>％ Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％ SiO<sub>2</sub> H<sub>2</sub>O％
镍渣 0.92 —— 4.86 55.99
糖滤泥 46.67 1.76 1.09 1.96 ——
电石渣 64.57 1.20 2.56 4.27 5.86
铝矾土 0.37 —— 72.00 ——
脱硫石膏 30.90 44.00 2.73 2.50 16.53
磷石膏 28.67 40.53 0.62 —— 17.00
煤矸石 5.50 4.70 25.12 55.86 ——
实施例1
将238g镍渣、152g脱硫石膏、570.6g糖滤泥和39.4g铝矾土配好后置于行星磨中，研磨20min，比表面积为300m2/kg，加400g水和0.02％的聚羧酸，取出后将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于标准养护箱中(温度为20℃，相对湿度为95％)至3d后，移至已升温至设定温度为80℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护12h后测定试样的力学性能。镍渣热养护制品的抗折强度为5.31MPa，抗压强度为8.26MPa，抗冲击性能为9.85kJ/m2。
实施例2
将169.4g镍渣、219.2g磷石膏、460.8g电石渣和150.6g煤矸石配好后置于行星磨中，研磨30min，比表面积为350m2/kg，加550g水和5％的普通硅酸盐水泥，取出后将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于标准养护箱中(温度为20℃，相对湿度为95％)养护至4d后，移至已升温至设定温度为120℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护3h后测定试样的力学性能。镍渣热养护制品的抗折强度为5.57MPa，抗压强度为10.13MPa，抗冲击性能为10.03kJ/m2。
实施例3
将195g镍渣、192.5g磷石膏、480.2g电石渣和132.2g煤矸石配好后置于行星磨中，研磨20min，比表面积为350m2/kg，加550g水和7％的高铝水泥，取出后将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于标准养护箱中(温度为20℃，相对湿度为95％)养护至5d后，移至已升温至设定温度为50℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护24h后测定试样的力学性能。镍渣热养护制品的抗折强度为4.48MPa，抗压强度为7.48MPa，抗冲击性能为9.59kJ/m2。
实施例4
将227.9g镍渣、174.5g脱硫石膏、552.4g糖滤泥和45.2g铝矾土配好后置于行星磨中，研磨20min，比表面积为400m2/kg，加450g水和10％的普通硅酸盐水泥，取出后将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于标准养护箱中(温度为20℃，相对湿度为95％)养护至4d后，移至已升温至设定温度为135℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护3h后测定试样的力学性能。镍渣热养护制品的抗折强度为6.01MPa，抗压强度为9.26MPa，抗冲击性能为10.69kJ/m2。
对比例1
常规石膏未增韧前的，标准养护箱中养护至4d后，移至已升温至设定温度为120℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护3h后测定试样的力学性能。抗折强度为1.21MPa，抗压强度为3.24MPa，抗冲击性能为1kJ/m2。
对比例2
常规石膏采用常规方法增韧(加外加剂)后的，标准养护箱中养护至4d后，移至已升温至设定温度为120℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护3h后测定试样的力学性能。抗折强度为2.31MPa，抗压强度为5.89MPa，抗冲击性能为2.15kJ/m2。
对比例3
常规石膏采用常规方法增韧(引入增强体)后的，标准养护箱中养护至4d后，移至已升温至设定温度为135℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护3h后测定试样的力学性能。抗折强度为4.3MPa，抗压强度为8.7MPa，抗冲击性能为2.089kJ/m2。
从实施例1～4，及对比例1～3中可以看出，常规石膏增韧前后的抗冲击性能都低于本发明所制得的制品的抗冲击性能，因此，可以看出本发明的制品具有优异的韧性，其中优选条件为，22.79～23.8％镍渣，15.2～17.45％脱硫石膏，55.06～55.24％糖滤泥，3.94～4.52％铝矾土，标准养护4d后，在135℃的数显恒温搅拌循环养护箱中恒温养护3h。

Claims (8)

1.一种利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于向工业石膏中加入镍渣、含钙废弃物和含铝废弃物，混合，研磨，加水，混匀得到混合料，将混合料倒入模具中，成型后脱模，得到试样；将上述试样进行标准养护后，再进行湿热养护，即完成增韧；
所述的含钙废弃物为糖滤泥、电石渣中的一种或多种混合物，所述的含铝废弃物为铝矾土、煤矸石、粉煤灰和赤泥中的一种或多种混合物；
所述的标准养护，条件为18～22℃，相对湿度为92～98％；
所述的湿热养护养护温度为50～135℃，养护时间为3～24h。
2.如权利要求1所述的利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于所述的加水，水灰比为0.4～0.55。
3.如权利要求1所述的利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于所述的研磨，研磨时间为20～30min，研磨至比表面积为300～400m2/kg。
4.如权利要求1所述的利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于所述的成型，将混合料倒入模具后，振动成型，硬化后即可拆模。
5.如权利要求1所述的利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于以原料的总重计，各原料含量为工业石膏15.20～21.92％、镍渣16.94～23.80％、含钙废弃物46.08～57.06％、含铝废弃物3.94～15.06％。
6.如权利要求1所述的利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于还加入外加剂，所述外加剂为减水剂或激发剂。
7.如权利要求1所述的利用镍渣进行石膏增韧的方法，其特征在于所述的工业石膏为脱硫石膏、磷石膏中的一种或多种混合物。
8.权利要求1～7中任意一项所述利用镍渣进行石膏增韧的方法增韧得到的制品。
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