CN113772980A - 一种高岭土基结合剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机粘结剂技术领域，提供了一种高岭土基结合剂，制备所述高岭土基结合剂的原料包括高岭土和磷酸，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～300)。本发明以高岭土为原料，以磷酸为粘结剂，制备高岭土基结合剂；高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，来源广泛，成本低，并且具有较强的耐酸性能；高岭土可与磷酸发生化学反应，通过控制磷酸与高岭土的质量比，生成粘结性能较强的磷酸二氢铝、磷酸一氢铝和硅胶。实施例的结果显示，本发明提供的高岭土基结合剂与石英砂和氧化镁制成的产品的抗压强度为11.59MPa。
Description
技术领域
本发明涉及无机粘结剂技术领域，尤其涉及一种高岭土基结合剂及其制备方法和应用。
背景技术
磷酸盐粘结剂是一种建筑胶凝材料，在凝结硬化前具有可塑性，可根据要求做成任何尺寸和形状的制品；可常温固化也可高温烧结；可与分散剂、固化剂、集料等配合使用，制成与混凝土一样的制品。并且，磷酸盐粘结剂强度大、硬度高、耐水性好、固化收缩率小且环保无毒、施工性能好、对材料的适应性强，进而广泛应用于耐火材料、建筑材料、金属铸造、无机涂料、复合材料等工业和民用领域。
常见的磷酸盐粘结剂有磷酸二氢铝和磷酸硅，但是，现有技术中通常用高品质氧化铝或氢氧化铝来制备磷酸二氢铝，成本较高，限制了其应用和推广；而现有技术中磷酸硅的制备通常以石英为基础原料，并在高温(700～1000℃)下合成，制造成本也较高。因此，亟需解决现有磷酸盐基粘结剂制造成本较高的问题，以实现磷酸盐粘结剂的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高岭土基结合剂及其制备方法和应用，本发明提供的高岭土基结合剂制造成本低、粘结性能好。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种高岭土基结合剂，制备所述高岭土基结合剂的原料包括高岭土和磷酸，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～300)。
优选地，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～180)。
优选地，所述高岭土包括高岭土原矿、高岭土精矿、偏高岭土和煅烧高岭土中的一种或多种。
优选地，所述磷酸以磷酸水溶液的形式加入；所述磷酸水溶液的质量浓度为60～80％。
本发明还提供了上述技术方案所述高岭土基结合剂的制备方法，包括以下步骤：
将磷酸与高岭土混合成型，得到生球；
将所述生球进行热合，得到熟球；
将所述熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。
优选地，所述热合的温度为50～200℃；所述热合的时间为30～180min。
优选地，所述粉碎后还包括：
将所述粉碎得到的粉料与磷酸混合成型，得到二次球；
将所述二次球进行第二热合，得到二次熟球；
将所述二次熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。
优选地，所述粉料与磷酸的质量比为100：(60～180)。
优选地，所述第二热合的温度为500～1000℃；所述第二热合的时间为30～180min。
本发明还提供了上述技术方案所述高岭土基结合剂或所述制备方法制备的高岭土基结合剂在制备无机废弃物固化体和水玻璃固化体中的应用。
本发明提供了一种高岭土基结合剂，制备所述高岭土基结合剂的原料包括高岭土和磷酸，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～300)。本发明以高岭土为原料，以磷酸为粘结剂，制备高岭土基结合剂；高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，来源广泛，成本低，并且具有较强的耐酸性能；高岭土可与磷酸发生化学反应，通过控制磷酸与高岭土的质量比，生成粘结性能较强的磷酸二氢铝、磷酸一氢铝和硅胶。实施例的结果显示，本发明提供的高岭土基结合剂与石英砂和氧化镁制成的产品的抗压强度为11.59MPa。
本发明提供的高岭土基结合剂的制备方法操作简单，反应条件温和。
具体实施方式
本发明提供了一种高岭土基结合剂，制备所述高岭土基结合剂的原料包括高岭土和磷酸，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～300)。
在本发明中，制备所述高岭土基结合剂的原料包括高岭土和磷酸。本发明以高岭土为原料，以磷酸为粘结剂，制备高岭土基结合剂；高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，来源广泛，成本低，并且具有较强的耐酸性能；高岭土可与磷酸发生化学反应，生成粘结性能较强的磷酸二氢铝、磷酸一氢铝和硅胶。
在本发明中，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～300)，优选为100：(50～180)。本发明通过控制磷酸与高岭土的质量比，可生成粘结性能较强的磷酸二氢铝、磷酸一氢铝和硅胶。
在本发明中，所述高岭土优选包括高岭土原矿、高岭土精矿、偏高岭土和煅烧高岭土中的一种或多种，更优选为高岭土精矿或偏高岭土。本发明对所述高岭土的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述高岭土中Al2O3的品位优选为≧35％；所述高岭土的粒度优选为-0.074mm，≧95％；所述高岭土的形态优选为粉末状。
在本发明中，所述磷酸优选以磷酸水溶液的形式加入；所述磷酸水溶液的质量浓度优选为60～80％，更优选为72～76％。
本发明以高岭土为原料，以磷酸为粘结剂，制备高岭土基结合剂；高岭土可与磷酸发生化学反应，通过控制磷酸与高岭土的质量比，生成粘结性能较强的磷酸二氢铝、磷酸一氢铝和硅胶。
本发明还提供了上述技术方案所述高岭土基结合剂的制备方法，包括以下步骤：
将磷酸与高岭土混合成型，得到生球；
将所述生球进行热合，得到熟球；
将所述熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。
本发明将磷酸与高岭土混合成型，得到生球。
在本发明中，所述磷酸在使用前优选进行加热。本发明通过将磷酸加热，可使磷酸易于流动，有利于将高岭土与磷酸混合均匀。在本发明中，所述加热的温度优选为45～90℃，更优选为45～70℃。
本发明对所述磷酸与高岭土混合成型的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的成型方式即可。在本发明中，所述成型的设备优选为对辊压球机、圆盘造球机或转鼓造粒机，更优选为转鼓造粒机。
在本发明中，所述生球的直径优选为5～30mm，更优选为15～30mm。
得到生球后，本发明将所述生球进行热合，得到熟球。本发明通过热合使磷酸和高岭土发生反应，进而生成粘结性能较强的物质。
在本发明中，所述热合的温度优选为50～200℃，更优选为100～150℃；所述热合的时间优选为30～180min，更优选为60～120min。在本发明中，所述热合的加热方式优选为直接加热或间接加热；所述热合所用设备优选为烘箱。
在本发明中，所述热合过程中磷酸和高岭土发生以下化学反应：
H3PO4+2SiO2·Al2O3·2H2O→Al(H2PO4)3+SiO2·nH2O
H3PO4+2SiO2·Al2O3·2H2O→Al2(HPO4)3+SiO2·nH2O
H3PO4+2SiO2·Al2O3·2H2O→AlPO4+SiO2·nH2O
得到熟球后，本发明将所述熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。本发明通过粉碎将熟球制成高岭土基结合剂粉末，便于使用。
在本发明中，所述粉碎的方式优选为研磨；所述研磨的方式优选为球磨；所述球磨所用设备优选为球磨机。
在本发明中，粉碎后所得高岭土基结合剂的粒度优选为-0.074mm，≧50％，更优选为-0.074mm，≧95％。
在本发明中，所述粉碎后优选还包括：
将所述粉碎得到的粉料与磷酸混合成型，得到二次球；
将所述二次球进行第二热合，得到二次熟球；
将所述二次熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。
本发明优选将所述粉碎得到的粉料与磷酸混合成型，得到二次球。
在本发明中，所述粉料与磷酸的质量比优选为100：(60～180)，更优选为100：(80～150)。在本发明中，通过调整磷酸和粉料的质量比，可以获得不同组成的磷酸硅。
在本发明中，所述二次球的混合成型方式与生球的混合成型方式相同，不再赘述。
得到二次球后，本发明优选将所述二次球进行第二热合，得到二次熟球。在本发明中，所述第二热合的温度优选为500～1000℃，更优选为700～800℃；所述第二热合的时间优选为30～180min，更优选为60～120min。
在本发明中，所述二次热合过程中粉料与磷酸发生以下化学反应：
H3PO4+SiO2→3SiO2·2P2O5+H2O
H3PO4+SiO2→SiO2·P2O5+H2O
在本发明中，粉碎后所得高岭土基结合剂的粒度优选为-0.074mm，≧75％，更优选为-0.074mm，≧95％。
本发明优选通过二次热合，使磷酸和粉料中的二氧化硅发生反应，生成磷酸硅，进一步提高高岭土基结合剂的粘结性能。
本发明通过将高岭土和磷酸依次进行混合成型、热合和粉碎，即可得到高岭土基结合剂，制备方法操作简单，反应条件温和。
本发明还提供了上述技术方案所述高岭土基结合剂或所述制备方法制备的高岭土基结合剂在制备无机固废物固化体和水玻璃固化体中的应用。
本发明将高岭土基结合剂用于制备无机废弃物固化体，在有效处理无机废弃物的同时得到了强度高的固化体。
在本发明中，所述无机废弃物固化体的制备方法优选为：将高岭土基结合剂与无机废弃物拌合后加水，然后浇注成型后静置2天，得到无机废弃物固化体。在本发明中，所述无机废弃物优选包括陶瓷板、耐火砖、石英砂、刚玉粉、石墨和石料中的一种或多种。
在本发明中，制备所述无机废弃物固化体的原料优选还包括掺和料、分散剂、固化剂和增强剂中的一种或多种。在本发明中，所述掺和料、分散剂、固化剂和增强剂优选在高岭土基结合剂与无机废弃物拌合时加入。
在本发明中，所述掺和料优选包括粉煤灰和/或高炉渣；所述分散剂优选包括磷酸盐和/或聚丙烯酸钠；所述固化剂优选包括氧化铜和/或氧化镁；所述增强剂优选包括SiO2和/或α-Al2O3。
本发明将高岭土基结合剂用于制备水玻璃固化体，得到的水玻璃固化体具有较高的强度。
在本发明中，所述水玻璃固化体的制备方法优选为：将固体废弃物、掺和料、稳定剂、水玻璃和高岭土基结合剂加水搅拌均匀，然后浇注成型后静置2天，得到水玻璃固化体。
在本发明中，所述水玻璃固化体优选用于处理产业固废或核工业废液；所述产业固废优选包括选矿尾砂、钡化工渣或冶金废渣；所述核工业废液优选为含有树脂、硼酸盐或油脂化学品的废液。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将600g磷酸和200g粉状高岭土混合均匀(高岭土和磷酸的质量比为100:300)，用转鼓造粒机制成15～30mm的生球，将生球置于烘箱中，加热至145℃并保温150min，得到熟球；将冷却后的熟球球磨为-0.074mm，≧95％的粉料，即为高岭土基结合剂。
应用例1
将200g石英砂、40g实施例1制备的高岭土基结合剂和6g氧化镁混合后粉碎，再加入36.9mL去离子水，拌匀，静置2天，得到固化体，测得固化体的失重率为0.93％，抗压强度为11.59MPa。
应用例2
将200g石英砂、40g实施例1制备的高岭土基结合剂和6g氧化镁混合后粉碎，再加入36.9mL去离子水，拌匀，静置2天后放入165℃恒温干燥箱中保温2h，得到固化体，测得固化体的失重率为14.30％，抗压强度为12.58MPa。
应用例3
将200g石英砂、50g实施例1制备的高岭土基结合剂、7.5g氧化镁和10.2g含铀废石混合后粉碎，加入32.1mL去离子水，拌匀，静置2天后放入175℃恒温干燥箱中，保温2h，得到固化体，测得固化体的失重率为17.06％。将固化体粉碎至-200目，用蒸馏水浸泡6天，测得铀浸出率为0.68％，继续浸泡2天，铀浸出率未增加。
实施例2
将400g磷酸和200g粉状高岭土混合均匀(高岭土和磷酸的质量比为100:200)，用转鼓造粒机制成15～30mm的生球，将生球置于烘箱中，加热至145℃并保温150min，得到熟球；将冷却后的熟球球磨为-0.074mm，≧95％的粉料，即为高岭土基结合剂。
应用例4
将200g石英砂、40g实施例2制备的高岭土基结合剂和6g氧化镁混合后粉碎，再加入36.9mL去离子水，拌匀，静置2天，得到固化体，测得固化体的失重率为3.3％。
实施例3
将200g磷酸和200g粉状高岭土混合均匀(高岭土和磷酸的质量比为100:100)，用转鼓造粒机制成15～30mm的生球，将生球置于烘箱中，加热至145℃并保温150min，得到熟球；将冷却后的熟球球磨为-0.074mm，≧95％的粉料，即为高岭土基结合剂。
应用例5
将200g石英砂、40g实施例3制备的高岭土基结合剂和6g氧化镁混合后粉碎，再加入36.9mL去离子水，拌匀，静置2天，得到固化体，测得固化体的失重率为13.37％。
实施例4
将600g磷酸和200g粉状高岭土混合均匀(高岭土和磷酸的质量比为100:300)，用转鼓造粒机制成15～30mm的生球，将生球置于烘箱中，加热至145℃并保温150min，得到熟球；将冷却后的熟球球磨为-0.074mm，≧95％的粉料；
将上述粉料与480g磷酸混合均匀(粉料和磷酸的质量比为100:60)，用转鼓造粒机制成15～30mm的二次球，将二次球置于烘箱中，加热至800℃并保温120min，得到二次熟球；将冷却后的二次熟球球磨为-0.074mm，≧95％的粉料，即为高岭土基结合剂。
应用例6
将200g石英砂、40g实施例4制备的高岭土基结合剂和6g氧化镁混合后粉碎，再加入36.9mL去离子水，拌匀，静置2天，得到固化体。
由以上实施例可以看出，本发明提供的高岭土基结合剂制造成本低、粘结性能好，与石英砂和氧化镁制成的产品的抗压强度为11.59MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高岭土基结合剂，制备所述高岭土基结合剂的原料包括高岭土和磷酸，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～300)。
2.根据权利要求1所述的高岭土基结合剂，其特征在于，所述高岭土和磷酸的质量比为100：(50～180)。
3.根据权利要求1所述的高岭土基结合剂，其特征在于，所述高岭土包括高岭土原矿、高岭土精矿、偏高岭土和煅烧高岭土中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高岭土基结合剂，其特征在于，所述磷酸以磷酸水溶液的形式加入；所述磷酸水溶液的质量浓度为60～80％。
5.权利要求1～4任一项所述高岭土基结合剂的制备方法，包括以下步骤：
将磷酸与高岭土混合成型，得到生球；
将所述生球进行热合，得到熟球；
将所述熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热合的温度为50～200℃；所述热合的时间为30～180min。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述粉碎后还包括：
将所述粉碎得到的粉料与磷酸混合成型，得到二次球；
将所述二次球进行第二热合，得到二次熟球；
将所述二次熟球进行粉碎，得到高岭土基结合剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粉料与磷酸的质量比为100：(60～180)。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第二热合的温度为500～1000℃；所述第二热合的时间为30～180min。
10.权利要求1～4任一项所述高岭土基结合剂或权利要求5～9任一项所述制备方法制备的高岭土基结合剂在制备无机废弃物固化体和水玻璃固化体中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114394775A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-26 | 南华大学 | 一种高岭土基固化剂及其制备方法和应用 |
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