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        基于給排水工程的水玻璃改性研究

        2015-10-21 18:42:04趙毅
        當(dāng)代化工 2015年7期
        關(guān)鍵詞:耐水性鐵粉球團(tuán)

        趙毅

        摘 要:粘結(jié)劑是冷固結(jié)工藝生產(chǎn)球團(tuán)礦中必不可少的一種原料,它決定著鐵礦球團(tuán)的生產(chǎn)質(zhì)量。普通水玻璃粘結(jié)性強(qiáng)度不高,作為粘結(jié)劑生產(chǎn)的鐵礦球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度較低,不能滿足鋼鐵冶煉的要求?;诖藢?duì)水玻璃進(jìn)行改性研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)復(fù)合改性劑雙組份質(zhì)量比為11,加入量為2%時(shí),改性粘結(jié)劑粘結(jié)強(qiáng)度較高,利用其生產(chǎn)的球團(tuán)抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.75 kN/個(gè),滿足高爐冶煉的需要。

        關(guān) 鍵 詞:給排水工程;水玻璃; 抗壓強(qiáng)度

        中圖分類號(hào):TQ 114 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1671-0460(2015)07-1471-02

        Modification of Sodium Silicate

        for Water Supply and Drainage Engineering

        ZHAO Yi

        (Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163000,China)

        Abstract: Pellet binder is the key factor to affect the production process of cold-bonded pellet. Sodium silicate binder possesses non-toxic, environmental protection and other advantages, but it can not be directly used for pellet production because of its low bond strength. In this experiment, two-component compound modifiers were used to modify sodium silicate to prepare a new inorganic-organic composite cold pellet binder, the influence of modifier ratio and addition dosage on pellet structure and composition was analyzed. The results show that: when the compound modifier-component mass ratio is 1:1, adding amount is 2%, modified adhesive bond strength is higher, and compression strength of pellets produced with modified adhesive can reach to 2.75 kN.

        Key words: Water supply and drainage; Water glass; Compressive strength

        水玻璃是一種常見的粘結(jié)劑,從20世紀(jì)50年代初引入我國鑄造行業(yè)[1],到現(xiàn)在已有60多年的應(yīng)用歷史,其具有來源充足、廉價(jià)、無色、無味、無毒,長期使用對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)[2,3],是目前在粘結(jié)劑領(lǐng)域應(yīng)用最成功的無害化學(xué)粘結(jié)劑。水玻璃在國民經(jīng)濟(jì)中的地位越來越顯要,現(xiàn)代科技發(fā)展已預(yù)示到[4],水玻璃可以應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域,而且建筑業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛深人。無機(jī)涂料與有機(jī)涂料相比[5,6],具有省能源、無公害、無污染等優(yōu)點(diǎn)[7]。因此,對(duì)無機(jī)涂料的研究日益引起人們的重視,尤其是水玻璃無機(jī)涂料原材料來源豐富,防火性能好,價(jià)格低廉,以致發(fā)展較為引人注目。粘結(jié)劑是冷固結(jié)工藝生產(chǎn)球團(tuán)礦中必不可少的一種原料,它決定著鐵礦球團(tuán)的生產(chǎn)質(zhì)量[8,9]。普通水玻璃粘結(jié)性強(qiáng)度不高,利用其做為粘結(jié)劑生產(chǎn)的鐵礦球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度較低,不能滿足鋼鐵冶煉的要求。本文基于此對(duì)給排水工程的水玻璃進(jìn)行了改性研究。

        1 水玻璃特性

        水玻璃為無色、青綠色或棕色的固體或粘稠類液體,其組成中包含無定形的二氧化硅、水合物、氫氧化物、正硅酸以及多種聚硅酸鹽陰離子等。陰離子的種類及其含量與水玻璃的模數(shù)及pH值有關(guān)。液體水玻璃暴露在空氣中,形成無定形硅酸,并逐漸干燥固化,反應(yīng)式為:

        圖1 水玻璃反應(yīng)

        Fig.1 The water glass reaction

        上述反應(yīng)中,上述反應(yīng)中,M為堿金屬離子,如Na、K 等;m為水玻璃模數(shù);x為不小于1的自然數(shù)。該過程自然進(jìn)行時(shí)很緩慢,且不完全。因此,為加速固化和提高涂膜的耐水性常加入固化劑?,F(xiàn)在常用的固化劑有縮合磷酸鹽(Al、Mg、Ca鹽等)、氧化物、硼酸鹽等。

        2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

        水玻璃用作涂料基料時(shí)其耐水性欠佳,因此,需通過采取改性措施來提高其耐水性及其它性能。改性時(shí)應(yīng)綜合考慮反應(yīng)時(shí)間、粘度、耐水性、凝膠時(shí)間和配伍性等。本文主要針對(duì)粘合劑特性進(jìn)行改進(jìn)。

        2.1 改進(jìn)材料

        本實(shí)驗(yàn)的主要材料包括含鐵粉礦,化學(xué)組成見表1。工業(yè)用水玻璃以及兩種改性劑X(AR)與K(AR),其中,含鐵粉礦由寶鋼集團(tuán)提供,其原料配比為:泥礦:中加粉:高鐵粉=1∶5∶4,含鐵量為50%;工業(yè)用水玻璃呈堿性,模數(shù)為2.6。

        表1 含鐵粉礦的化學(xué)組成

        Table 1 Chemical composition of iron ore

        項(xiàng)目 TFe FeO SiO2 TiO2 CaO P S As Zn

        高鐵粉 70.54 17.59 - 4.78 4.68 0.081 0.187 0.01 0.01

        中加粉 37.91 - 23.35 0.411 1.1 0.071 0.274 - -

        泥礦 37.14 - 23.97 4.81 0.34 0.024 0.024 0.01 0.01

        2.2 儀器

        主要利用LT-200超聲波儀,Sirion200透射電鏡,PHI-5702XPS/AES光電子能譜儀。

        2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.3.1 改性劑影響分析

        改性劑加入量對(duì)水玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度影響較大,在改性劑雙組份X與K的比值為1:1條件下,考察改性劑加入量對(duì)水玻璃改性效果的影響。進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

        圖2 改性劑加入量對(duì)水玻璃粘結(jié)強(qiáng)度的影響

        Fig.2 Influence of modifier addition on bonding strength of sodium silicate

        可知隨改性劑加入量的增加,鐵礦球團(tuán)試樣的徑向抗壓力先增大后減小,在加入量為2%時(shí)達(dá)到最大值2.75 kN。分析原因,認(rèn)為無機(jī)有機(jī)復(fù)合改性劑可細(xì)化水玻璃凝膠膠粒,同時(shí)可對(duì)水玻璃起到絡(luò)合、增加粘結(jié)橋等作用,提高粘結(jié)效果,但改性劑過量會(huì)使水玻璃提前固化失效。

        2.3.2 紅外光譜分析

        對(duì)普通水玻璃和改性水玻璃進(jìn)行紅外光譜測試,分析化合物中所含的主要官能團(tuán),了解改性前后水玻璃的分子結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,分別如圖3和圖4所示。

        圖3 普通水玻璃的紅外光譜圖

        Fig.3 Infrared spectrum of modified sodium silicate

        分析可知,圖3中3 600~34 00 cm-1為硅羥基的特征吸收峰,l 700~1 600 cm-1為結(jié)構(gòu)水中的羥基特征吸收峰,1 000~900 cm-1和500~400 cm-1處為硅氧基特征吸收峰;圖4 中3 450~3 400 cm-1為硅羥基的特征吸收峰,1 640~1 620 cm-1為結(jié)構(gòu)水中的羥基特征吸收峰、1 570~1 550 cm-1、1 460~1 440 cm-1和1 370~1 360 cm-1為羧酸根離子吸收峰,990~900 cm-1和490~450 cm-1為硅氧基特征吸收峰[5]。

        圖4 改性水玻璃紅外光譜圖

        Fig.4 Infrared spectrum of traditional sodium silicate

        比較圖3和圖4,兩條曲線的形狀相似,說明水玻璃改性前后未出現(xiàn)新的官能團(tuán),即改性劑和水玻璃并沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性化學(xué)反應(yīng),僅形成了混合溶液。

        (下轉(zhuǎn)第1476頁)

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