CN113403474B - 一种粘结剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种粘结剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于粘结剂材料制备技术领域，具体涉及一种粘结剂及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤，电石渣与酒石酸盐溶液混合，搅拌均匀后，取下层固体产物，烘干后得到粘结剂；其中，所述酒石酸盐溶液的pH≥13。本发明提供的方法在强碱条件下可以使酒石酸根吸附在电石渣表面，酒石酸与电石渣间具有较好的络合能力，吸附性能好，得到的粘结剂的粘结效果好，当pH值低于13时，酒石酸与电石渣发生化学反应生成酒石酸钙，粘结剂不能起到粘结作用，粘结效果差。本发明通过以电石渣和酒石酸盐作为原料，控制酒石酸盐溶液的pH值，既能得到粘结性能好的粘结剂，又可以实现电石渣的回收再利用。

Description

一种粘结剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于粘结剂材料制备技术领域，具体涉及一种粘结剂及其制备方法和应用。
背景技术
电石渣是用电石生产重要化工原料乙炔时产生的废渣，主要成分为氢氧化钙，还含有碳酸钙、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等无机物以及少量有机物。电石废渣属于一般工业固体废物，长期堆积不仅占用大量土地，而且对土地有严重的侵蚀影响。将电石渣变废为宝有利于整个产业的可持续发展。目前，电石渣的综合利用途径主要有制成建筑物材料与作为路基原料，不仅减少废渣对环境的危害，还可以降低道路成本。
现有技术中，将电石渣用于制砖时，一般以电石渣和粉煤灰为主要原料，外加辅料，经养护得到免烧电石渣砖，但电石渣作为原料的加入量有限，且对于排渣量大的企业难以消化完全，致使电石渣砖在市场销售中受限制，制约了产品的发挥。以电石渣为原料制备电石渣水泥，氢氧化钙分解时产生的水蒸气会导致窑废气中水蒸气的比例增加，影响静电除尘器的寿命和效率，电石渣生产的水泥的竞争力不强。电石渣用于制备电石时，需要消耗大量能量，由于再生石被重新用作电石的原料，只能掺入20％的电石原料中，不应过量，否则回收的石灰含有更多的杂质，影响电石质量且不适用于推广使用。另外，随着公众节能环保意识的增强，对废渣等的回收要求更为严格，建材与化工行业正在经历一次历史性的结构调整大变革，这些都限制了电石渣的发展。开发研究一种电石渣新的用途对实现电石渣再利用具有重要的意义。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电石渣回收时，能量消耗大，电石渣作为原料生产得到的产品受限制等缺陷，从而提供一种粘结剂及其制备方法和应用。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种电石渣在制备粘结剂中的应用。
本发明提供了一种粘结剂的制备方法，包括以下步骤，
电石渣与酒石酸盐溶液混合，搅拌均匀，取下层固体产物，烘干后得到粘结剂；
其中，所述酒石酸盐溶液的pH≥13。
以氢氧化钠作为pH调节剂调节酒石酸溶液pH，得到pH≥13的酒石酸盐溶液；
所述酒石酸溶液中酒石酸质量浓度为5-10wt％。
调酒石酸溶液pH后形成酒石酸盐溶液，电石渣与酒石酸溶液的质量比为1：(3-10)。
烘干的温度为60-80℃。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的粘结剂。
此外，本发明还提供了一种赤泥球团的制备方法，采用上述制备方法制得的粘结剂或上述的粘结剂，包括以下步骤，
赤泥与粘结剂混合，经冷压处理、烘干后得到赤泥球团。
粘结剂与赤泥的质量比为(2-3)：50；
赤泥与粘结剂混合前还包括破碎得到赤泥颗粒的步骤；
破碎后的赤泥颗粒中，粒径小于2mm的赤泥颗粒至少占赤泥质量的80％。
赤泥与粘结剂混合时，还包括加水的步骤；
所述水的加入量为赤泥质量的8-12％。
冷压处理中，对辊间最大压力为800-1000t，最大线压比为8-10t/cm2，线速度为0.5-0.8m/s。
所述赤泥中的含水率低于8wt％。
所述赤泥球团中的含水率低于5wt％。
进一步地，本发明提供了一种上述方法制备得到的赤泥球团。
更进一步地，本发明提供了一种上述方法制备得到的赤泥球团或上述赤泥球团在转炉炼钢中作为化渣剂的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的粘结剂的制备方法，包括以下步骤，电石渣与酒石酸盐溶液混合，搅拌均匀后，取下层固体产物，烘干后得到粘结剂；其中，所述酒石酸盐溶液的pH≥13。本发明提供的方法在强碱条件下可以使酒石酸根吸附在电石渣表面，酒石酸与电石渣间具有较好的络合能力，吸附性能好，得到的粘结剂的粘结效果好。当pH值低于13时，酒石酸与电石渣发生化学反应生成酒石酸钙，粘结剂不能起到粘结作用，粘结效果差。本发明通过以电石渣和酒石酸作为原料，调节酒石酸溶液的pH值，既能得到粘结性能好的粘结剂，又可以实现电石渣的回收再利用。
本发明提供的粘结剂的制备方法，原料易得，同时能够变废为宝，对矿产资源的可持续发展意义重大，且工艺简单、能耗低、占地少。
2.本发明提供的赤泥球团的制备方法，本发明粘结剂作为原料制备得到的赤泥球团的强度高，能满足生产所需。一方面，电石渣与酒石酸盐溶液得到的粘结剂具有羟基和羧基，这些基团可以与赤泥中的铁、钙发生络合反应；另一方面，羟基的存在可以使粘结剂具有较好的粘性，增强赤泥球团的强度。
现有技术中，通常以粉煤灰作为赤泥球团的粘结剂，但是粉煤灰作为赤泥球团的粘结剂制备球团时，强度不能满足使用需求，电石渣作为原料制得的粘结剂可以克服粉煤灰作为球团粘结剂的缺陷，提高球团的强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中制备粘结剂的流程图；
图2是本发明实施例1中酒石酸、电石渣和粘结剂的红外光谱图；
图3是本发明实施例1电石渣的XPS光谱图；
图4是本发明实施例1得到的粘结剂的XPS光谱图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备流程见图1，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，得到赤泥颗粒，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
图2是本实施例中酒石酸、电石渣和粘结剂的红外光谱图，粘结剂在1398cm-1和1578cm-1位置的峰为羰基特征峰，说明酒石酸和钙阳离子之间发生了反应。1079cm-1位置属于C-O的拉伸振动，说明酒石酸的羟基吸附在了电石渣上。
图3是电石渣的XPS光谱图，图4是本实施例得到的粘结剂的XPS光谱图。图3中，电石渣中的Ca2p为Ca—O，吸附酒石酸后，见图4，Ca2p光谱可分解为三个单独的峰：Ca—O(348.6和352.1eV)、C-O-Ca(346.7和350.2eV)和COO-Ca(347.7和351.2eV)，说明电石渣中的Ca离子与酒石酸中的羟基发生了络合反应，酒石酸吸附在了电石渣上，与图2保持一致。说明酒石酸主要通过羟基和羧基与钙离子间通过络合反应吸附在了电石渣上。
实施例2
本实施例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在6.67wt％、360kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的60kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在80℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，得到赤泥颗粒，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒80kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为800t，最大线压比为8t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
实施例3
本实施例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在6.25wt％、560kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的70kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在60℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，得到赤泥颗粒，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒80kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为850t，最大线压比为8.5t/cm2，线速度为0.8m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
实施例4
本实施例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在7.5wt％、640kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与40kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为900t，最大线压比为9t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
实施例5
本实施例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在7.5wt％、560kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的70kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒120kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为1000t，最大线压比为10t/cm2，线速度为0.5m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
实施例6
本实施例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与60kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
对比例1
本对比例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至12，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，得到赤泥颗粒，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
对比例2
本对比例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至8，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，得到赤泥颗粒，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与60kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
对比例3
本对比例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg酒石酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至3，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
对比例4
本对比例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg柠檬酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
对比例5
本对比例提供了一种粘结剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
在10wt％、800kg苹果酸水溶液中加入氢氧化钠水溶液调pH至13，调pH后与过200目筛的80kg电石渣搅拌混合后，取下层固体产物，在70℃下烘干，过200目筛，得到粘结剂。
本实施例还提供了一种赤泥球团及其制备方法，制备方法包括以下步骤，
将赤泥破碎，过3mm筛，筛上物重新破碎，使小于2mm赤泥颗粒占比至少达到90％，1000kg筛下物与50kg上述粘结剂混合均匀，在混合均匀的物料上喷洒100kg水后送至压球机的入料口进行冷压处理，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm2，线速度为0.6m/s，冷压处理后过3cm筛，筛上物经烘干后得到赤泥球团，筛下物返回压球机的入料口重新进行冷压处理。
试验例
本试验例提供了实施例1-6和对比例1-5得到的粘结剂和赤泥球团的性能测试及测试结果。
赤泥球团的强度测试方法为：将干燥后的赤泥球团放在万能试验机的钢板表面，用直径10.00cm的压头以5.00mm/min的速度径向压缩赤泥球团。传感器实时记录压头施加的力，赤泥球团材料的最大载荷记录为抗压强度(N/P)。在每批赤泥球团中，随机选取15个进行测试，取平均值，得到赤泥球团的强度。
赤泥球团的含水率的测试方法为：取各实施例和对比例得到的赤泥球团，称重(M1)，将其置于50℃烘箱中干燥直至恒重，再次称重(M2)，计算得到赤泥球团的含水率，单位为％；其中，含水率通过如下公式计算得到，
Figure BDA0003125513760000111
表1赤泥球团的性能测试结果
Figure BDA0003125513760000112
Figure BDA0003125513760000121
通过表1的结果可以看出，对比例1-3的实验结果说明，酒石酸溶液的pH值对赤泥球团的强度影响较大，pH值低于13的酒石酸盐溶液得到的粘结剂作为球团的原料，得到的赤泥球团的强度低。对比例4-5的结果说明，将酒石酸改为柠檬酸或苹果酸后，也会降低赤泥球团的强度。
本发明中，酒石酸溶液与电石渣在强碱条件下作用，得到的粘结剂的粘结效果好，且以该粘结剂作为原料制得的赤泥球团的强度好。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
电石渣与酒石酸盐溶液混合，搅拌均匀，取下层固体产物，烘干后得到粘结剂；
其中，所述酒石酸盐溶液的pH≥13；
以氢氧化钠作为pH调节剂调节酒石酸溶液pH，得到pH≥13的酒石酸盐溶液；
所述酒石酸溶液中酒石酸质量浓度为5-10wt％；
所述电石渣与酒石酸溶液的质量比为1：(3-10)。
2.权利要求1所述的制备方法制备得到的粘结剂。
3.一种赤泥球团的制备方法，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制得的粘结剂或权利要求2所述的粘结剂，包括以下步骤，
赤泥与粘结剂混合，经冷压处理、烘干后得到赤泥球团。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，粘结剂与赤泥的质量比为(2-3)：50；
赤泥与粘结剂混合前还包括破碎得到赤泥颗粒的步骤；
破碎后的赤泥颗粒中，粒径小于2mm的赤泥颗粒至少占赤泥质量的80％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，赤泥与粘结剂混合时，还包括加水的步骤；
所述水的加入量为赤泥质量的8-12％。
6.权利要求3-5任一项所述的方法制备得到的赤泥球团。
7.权利要求3-5任一项所述的方法制备得到的赤泥球团或权利要求6所述的赤泥球团在转炉炼钢中作为化渣剂的应用。
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