CN110668722B - 一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶及其制备方法 - Google Patents

一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有氧化‑阻燃‑高剪切力一体化的固废型无机胶及其制备方法，属于固废资源利用领域。该无机胶包括复合助磨剂、矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、氧化石墨烯、复合碱激发剂、过氧化氢溶液、半干法脱硫灰。所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物。本发明不仅降低了现有无机胶的生产成本，而且提高了无机胶的阻燃性能与剪切力，同时促使了半干法脱中性质不稳定的CaSO3向性质稳定的CaSO4转变；同时实现了氧化、阻燃与高剪切力在无机胶的一体化，大幅增强了无机胶的市场竞争力与应用范围；拓展了矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰的大规模、高附加值应用新思路。

Description

一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶及其制 备方法
技术领域
本发明属于固废资源利用领域，具体涉及一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶及其制备方法。
背景技术
矿渣是高炉炼铁过程中的固体废弃物，其主要成分为硅酸盐和硅铝酸盐的熔融物；尘泥窑渣是氧化锌回转窑处理含锌中间物料后产生的冶金固废，其主要化学成分为Fe2O3、CaO、SiO2；高硅铝土矿是一种铝硅比(Al2O3/SiO2)较低的铝土矿，由于其氧化铝含量较低呈导致脱硅提炼氧化铝的生产成本高且产品质量差；半干法脱硫灰是烟气脱硫过程中的固体废弃物，其主要成分为CaO、SO3，由于亚硫酸钙的性质不稳定，导致半干法脱硫灰难以利用；磷渣是电炉法制备黄磷过程中的固体废弃物，其主要成分为CaO、SiO2、P2O5。目前大量矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰的露天堆存，不仅占用宝贵土地，而且还会对周围环境和地下水造成污染。因此，如何大规模、高附加值的利用矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。
粘贴碳纤维布加固混凝土结构主要使用碳纤维布和粘贴用胶。碳纤维布在绝氧条件下，低于1500℃时其物理力学性能不衰减，具有极好的阻燃性能。但当前使用的配套粘贴用胶均为低软化点的环氧类有机胶，其热稳定性、长期化学稳定性较差，特别是其耐温上限尚不到80℃。建筑火灾温度可达上千摄氏度，若不对粘贴碳纤维布加固结构的抗火性能予以足够重视，一旦发生火灾则极易引起碳纤维布与混凝土剥离，难以发挥补强加固的作用。
发明内容
为了解决现有矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰普遍存在易磨性差、易团聚且不能大规模、高附加值的的问题；现有环氧类有机胶热稳定性较差、长期化学稳定性较差、耐温上限尚不到80℃的问题；现有无机胶剪切力不足的问题；高硅铝土矿、尘泥窑渣与磷渣均具有一定阻燃性，但是存在不能协同阻燃的问题；半干法脱硫灰中亚硫酸钙的性质不稳定，需要进行氧化形成性质稳定的硫酸钙的问题。本发明提供了一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶，以期解决以上问题。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶，该无机胶按重量百分比原料如下：
Figure BDA0002259721780000021
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比4:2:1～1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣以及半干法脱硫灰均为工业固体废弃物；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯、Staudemaier法氧化石墨烯或Hummers法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:3～3:1，水玻璃为工业纯、其模数为0.8～1.6，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:1～10:3，其中过氧化氢为工业纯。
进一步的，所述矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣以及半干法脱硫灰的粒径均小于5mm。
本发明同时提供了上述具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为600r/min～800r/min、时间为180min～240min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为200r/min～400r/min、时间为96h～120h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为300r/min～600r/min、搅拌时间为1h～3h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min～800r/min、搅拌时间为15min～25min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
本发明的科学原理：
(1)利用复合助磨剂中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇具有的表面活性剂分子，在待磨矿渣表面、尘泥窑渣表面、高硅铝土矿表面、磷渣表面和半干法脱硫灰表面均形成一个单分子吸附薄膜，在粉碎过程中矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰均发生断裂，在其断裂面上产生的游离电价键与复合助磨剂提供的离子或分子进行中和，以达到消除或减弱固废复合微粉的聚集趋势，以及阻止断裂面复合。
(2)矿渣含有硅酸盐和硅铝酸盐，尘泥窑渣与磷渣均含有CaO与SiO2、高硅铝土矿含有SiO2、半干法脱硫灰含有CaO，矿渣、尘泥窑渣、磷渣、锰渣与水进行化学反应形成硅酸三钙、硅酸二钙等具有胶凝性能的无机材料；尘泥窑渣含有Fe2O3与SiO2、高硅铝土矿含有Al2O3与SiO2、磷渣含有SiO2与P2O5，采用氧气保护机械合金化处理技术，即爆炸反应，粉末球磨一段时间后，接着在很短的时间内发生合金化反应放出大量的热形成硅-磷-铝体系和硅-磷-铁体系具有阻燃性能；半干法脱硫灰含有CaO、SO3与过氧化氢进行强制氧化反应，促使性质不稳定的CaSO3向性质稳定的CaSO4转变。
(3)复合碱激发剂由水玻璃与氢氧化钠组成，一方面水玻璃可以形成骨架网络，充填或镶嵌于无机胶凝材料中，从而提高无机胶的力学性能；另一方面水玻璃与氢氧化钠可以提供碱环境，有利于促进硅酸三钙、硅酸二钙等具有胶凝性能的无机材料水化，从而提高无机胶的早期强度。
(4)氧化石墨烯具有二维层状结构，表面承载了多种活性含氧基团，一方面氧化石墨烯可以形成卷曲片状结构，提高无机胶的耐冲击性；另一方面氧化石墨烯片层的共轭结构能够产生范德华作用力，提高无机胶的剪切力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明解决了现有矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰普遍存在易磨性差、易团聚且不能大规模、高附加值的的问题；现有环氧类有机胶热稳定性较差、长期化学稳定性较差、耐温上限尚不到80℃的问题；现有无机胶剪切力不足的问题；高硅铝土矿、尘泥窑渣与磷渣均具有一定阻燃性，但是存在不能协同阻燃的问题；半干法脱硫灰中亚硫酸钙的性质不稳定，需要进行氧化形成性质稳定的硫酸钙的问题。上述问题的解决不仅降低了现有无机胶的生产成本，而且提高了无机胶的阻燃性能与剪切力，同时促使了半干法脱中性质不稳定的CaSO3向性质稳定的CaSO4转变。实现氧化、阻燃与高剪切力在无机胶的一体化，大幅增强了无机胶的市场竞争力与应用范围。
2、本发明利用复合助磨剂、矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、氧化石墨烯、复合碱激发剂、过氧化氢溶液、半干法脱硫灰制备具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶，拓展了矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣和半干法脱硫灰的大规模、高附加值应用新思路。
3、本发明一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶及其制备方法符合相关节能环保、循环经济的政策要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000051
Figure BDA0002259721780000061
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Staudemaier法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为2:1，水玻璃为工业纯、其模数为0.8，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:2，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为700r/min、时间为180min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为400r/min、时间为108h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为300r/min、搅拌时间为3h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为800r/min、搅拌时间为15minn，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
实施例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000071
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比4:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Hummers法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:3，水玻璃为工业纯、其模数为1.4，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:1，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为600r/min、时间为220min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为300r/min、时间为96h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为2h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为25min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
实施例3
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000091
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比4:2:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为3:1，水玻璃为工业纯、其模数为1.6，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:3，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为800r/min、时间为240min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为200r/min、时间为120h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为1h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为20min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
实施例4
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000101
Figure BDA0002259721780000111
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比2:2:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Hummers法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:1，水玻璃为工业纯、其模数为1.2，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:2，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为800r/min、时间为200min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为400r/min、时间为102h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为400r/min、搅拌时间为1h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为800r/min、搅拌时间为25min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
实施例5
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000121
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比3:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Staudemaier法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:2，水玻璃为工业纯、其模数为1.0，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:3，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为600r/min、时间为240min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为200r/min、时间为114h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为3h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为15min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
实施例6
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000141
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比3:2:1～1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为2:1，水玻璃为工业纯、其模数为1.4，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:1，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为700r/min、时间为220min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为300r/min、时间为108h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为2h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为20min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
对比例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000151
Figure BDA0002259721780000161
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比3:2:1～1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为2:1，水玻璃为工业纯、其模数为1.4，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:1，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为700r/min、时间为220min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为300r/min、时间为108h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为2h，得到复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为20min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
对比例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000171
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比3:2:1～1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为2:1，水玻璃为工业纯、其模数为1.4，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:1，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为700r/min、时间为220min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为300r/min、时间为108h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为2h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为20min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
对比例3
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
Figure BDA0002259721780000191
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比3:2:1～1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣的主要化学成分：MgO为8.04％、Al2O3为14.25％、SiO2为27.21％、SO3为2.43％、CaO为43.10％、TiO2为1.59％、Fe2O3为0.79％、MnO为0.38％、Na2O为1.08％、其他为1.13％，其粒径小于5mm；所述尘泥窑渣的元素含量：Fe为26.60％、Zn为2.56％、Si为9.31％、Al为6.05％、Ca为10.31％、S为3.42％、Na为1.59％、Mg为1.87％、Mn为1.21％、O为37.08％，其粒径小于5mm；所述高硅铝土矿的主要化学成分：Al2O3为60.67％、SiO2为13.61％、Fe2O3为8.77％、CaO为1.03％、TiO2为2.78％、其他为13.14％，其粒径小于5mm；所述磷渣的主要化学成分：CaO为45.70％、Al2O3为2.57％、SiO2为40.80％、K2O为1.01％、P2O5为3.91％、MgO为3.32％、TiO2为0.22％、MnO为0.02％、其他为2.45％，其粒径小于5mm；所述半干法脱硫灰的主要化学成分：CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为1.75％、K2O为1.33％、Na2O为0.57％、SiO2为0.51％、MgO为0.38％、Al2O3为0.30％、其他为0.59％，其粒径小于5mm；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和去离子水的质量比10:1，其中过氧化氢为工业纯、水为去离子水。
(1)将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为700r/min、时间为220min，得到固废复合微粉。再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为300r/min、时间为108h，得到固废复合超微粉。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为2h，得到氧化石墨烯-过氧化氢混合溶液。
(3)将固废复合超微粉与氧化石墨烯-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为20min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
制备实施例1～6及对比例1～3，其性能检测过程如下：
首先制备混凝土试块尺寸为100mm×100mm×100mm，设计强度等级C40，实测3个试件28d抗压强度的均值为48.7MPa。其次利用具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶将1层碳纤维布粘贴在混凝土试块表面，其粘贴面积为70mm×100mm。最后粘贴碳纤维布的混凝土试块在标准养护室中分别养护3d与7d后取出，测试其粘贴面剪切强度。
首先制备具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶试块尺寸为20mm×20mm×20mm，在标准养护室中养护28d后经电热恒温干燥箱烘干。其次具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶试块在不同煅烧温度，即900℃、1200℃和1500℃下恒温煅烧2h后自然降温至室温，测试其高温冷却后抗压强度。
表1具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶的性能
Figure BDA0002259721780000211

Claims (2)

1.一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶，其特征在于，该无机胶按重量百分比原料如下：
复合助磨剂 0.5%～1.5%
矿渣 25%～30%
尘泥窑渣 5%～10%
高硅铝土矿 5%～10%
磷渣 10%～15%
氧化石墨烯 0.2%～0.6%
复合碱激发剂 1%～4%
过氧化氢溶液 25%～30%
半干法脱硫灰 10%～20%
所述复合助磨剂为甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的混合物，甘油、无水乙醇和三聚丙三醇的质量比4:2:1~1:1:1，其中甘油、无水乙醇和三聚丙三醇均为分析纯；所述矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣以及半干法脱硫灰均为工业固体废弃物；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯、Staudemaier法氧化石墨烯或Hummers法氧化石墨烯；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:3～3:1，水玻璃为工业纯、其模数为0.8～1.6，氢氧化钠为工业纯；所述过氧化氢溶液为过氧化氢和水的混合物，过氧化氢和水的质量比10:1~10:3，其中过氧化氢为工业纯；
所述具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶的制备包括如下步骤：
（1）将矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣、半干法脱硫灰和复合助磨剂进行混合，利用行星球磨机对其进行粉磨，其转速为600r/min~800r/min、时间为180min~240min，得到固废复合微粉；再利用行星球磨机对固废复合微粉进行氧气保护机械合金化处理，其转速为200r/min~400r/min、时间为96h~120h，得到固废复合超微粉；
（2）利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将氧化石墨烯、复合碱激发剂与过氧化氢溶液进行混合，其搅拌速度为300r/min～600r/min、搅拌时间为1h～3h，得到氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液；
（3）将固废复合超微粉与氧化石墨烯-复合碱激发剂-过氧化氢混合溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min～800r/min、搅拌时间为15min～25min，得到具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶。
2.如权利要求1所述的一种具有氧化-阻燃-高剪切力一体化的固废型无机胶，其特征在于，所述矿渣、尘泥窑渣、高硅铝土矿、磷渣以及半干法脱硫灰的粒径均小于5mm。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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