硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法
技术领域
[0001] 本
发明属于使用
烧结料废物制备用作
砂浆、
混凝土或人造石等
建筑材料掺合料的方法,涉及一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法。制得的导电掺合料特别适用于制备导电混凝土或导电砂浆、也可用于其它建筑材料中。
背景技术
[0002] 硫铁矿烧渣是采用硫铁矿或含硫尾砂为原料生产
硫酸过程中所排出的一种废渣。我国硫酸产量现居世界第二位,而采用硫铁矿或含硫尾砂生产的硫酸,约占我国硫酸总产量的80%以上。每生产1吨酸大约排放0.7吨的硫铁矿烧渣,
排放量相当大,我国每年排放烧渣几百万至上千万吨,在制酸过程中,硫铁矿
焙烧后产生的硫铁矿烧渣中含有较多的有用组分,如
氧化铁和残留的硫化亚铁,以及少量
铜、铅、锌、
银、金及其他稀贵元素和
放射性元素,具有较高的利用价值。然而在现实中许多企业将其直接排放,不仅浪费资源而且对环境危害巨大。
[0003] 目前对硫铁矿烧渣的综合利用主要集中在如下方面:一是用硫铁矿烧渣做炼铁原料,但由于含铁量较低,有害杂质含量高,不符合炼铁要求,必须经过选矿等预处理,才能用于炼铁,这就增加了炼铁成本和工艺复杂性,限制了应用的幅度。一是从硫铁矿烧渣中回收有色金属、生产固体污
水处理剂以及三氯化铁等,但这些工艺由于需求量少而限制了硫铁矿烧渣的消耗量。一是用做
水泥的配料,硫铁矿烧渣经过
磁选和重选后,含铁量在30%左右,可以作为水泥的辅助配料;可以利用硫铁矿烧渣代替铁
矿石粉作为水泥烧成的矿化剂,但此法应用不广,消耗量不大。
[0004] 导电混凝土是由普通混凝土组分掺加适量的导电掺合料制成。导电混凝土由于导电掺合料的掺入而使其具有较低的
电阻率,良好的
导电性。导电混凝土集结构特性与导电性于一身,此外还具有机敏特性。广泛被在
电磁屏蔽、工业防静电、电加热器、结构的内部损伤检测和健康状况
自诊断等方面,是一种多功能智能材料。
[0005] 影响导电混凝土电阻率的因素很多,其中最为主要的是导电掺合料的性能、掺量及与水泥基材料的作用状况。目前,制备导电混凝土的导电掺合料最常用的有
石墨粉、
炭黑、
碳纤维、金属屑及金属纤维等。石墨粉、炭黑掺量较高时会明显降低导电混凝土的抗压强度;
碳纤维价格昂贵,在水泥基体中不易分散;金属屑、金属纤维会随着混凝土龄期发展被逐渐
钝化而使电阻率大大增加,这些不足之处限制了导电混凝土的发展。
发明内容
[0006] 发明内容
[0007] 本发明的目的旨在克服上述
现有技术中的不足,提供一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,本发明制得的导电掺合料成本低、电阻率较低、与水泥基材料作用较好且不明显降低导电混凝土抗压强度。
[0008] 本发明的内容是:一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,其特征是包括下列步骤:
[0009] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂
煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0010] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂
煤粉为50∶10~25的
质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0011] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0012] d、焙烧:将混合料置于还原气氛的高温炉内焙烧,以6~8℃/min的升温速率,升温到600~800℃,再保温焙烧60~120min,得焙烧后物料;
[0013] e、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细(较好的是磨细至≤0.1mm),即制得导电掺合料成品。
[0014] 本发明的内容中:所述步骤d和步骤e可以替换为:
[0015] d、成型:将混合料在压
力下成型为片或
块,以避免物料被快速氧化;
[0016] e、焙烧:将成型后的片或块置于还原气氛的高温炉内焙烧,以6~8℃/min的升温速率,均匀升温到600~800℃,再保温焙烧60~120min,得焙烧后物料;
[0017] f、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细(较好的是磨细至≤0.1mm),即制得导电掺合料成品。
[0018] 步骤d所述成型可以是将混合料在30~40MPa的压力下经成型模具成型为每片或块6~50g的片或块。
[0019] 步骤e和步骤f中所述还原气氛为还原剂煤粉与氧气反应形成的
一氧化碳气体的气氛。
[0020] 本发明的内容中:步骤a所述硫铁矿烧渣的主要化学组成和质量百分比例为:三氧化二铁25%~60%,
二氧化硅20%~35%,三氧化二
铝15%~30%。
[0021] 本发明的内容中:步骤c所述硫铁矿烧渣与还原剂煤粉的混合方式可以为原位混合(原位混合是将大掺量组分分成若干等份依次与小掺量组分混合),即将硫铁矿烧渣分成2~6份,依次加入还原剂煤粉中混合,每加入一份的混合搅拌时间为1~5分钟。
[0022] 本发明的内容中:步骤d和步骤e中所述还原气氛为还原剂煤粉与氧气反应形成的一氧化碳气体的气氛。
[0023] 本发明的内容中:所述还原剂煤粉可以替换为
焦炭。
[0024] 采用本发明制备的导电掺合料,与胶凝材料、水、粗细集料和外加剂等混合可制备导电混凝土或导电砂浆,其中导电掺合料的掺量根据其电阻率大小与导电性需求而定,一般掺量范围为20~80%(为原料中导电掺合料的质量百分比例),制备方法同现有技术。
[0025] 与现有技术相比,本发明具有下列特点和有益效果:
[0026] (1)本发明制备的导电掺合料来自于对
工业废弃物——硫铁矿废渣的改性,满足国家节能减排要求,变废为宝,成本低廉;
[0027] (2)由于硫铁矿烧渣的主要化学组成和质量百分比例为:三氧化二铁25%~60%,
二氧化硅20%~35%,三氧化二铝15%~30%,还含有
氧化钙3%~5%,三氧化硫
1%~5%等;鉴于此,可以用还原剂对其进行处理,把烧渣三价铁离子部分还原为二价铁离子而使其带有
磁性和导电性;因此,可用其制备导电掺合料,进一步可制备导电混凝土、导电砂浆以及机敏砂浆等;并且,由于硫铁矿烧渣中硅铝含量较高,可用于
碱激发砂浆,即使掺量较大也不显著减低砂浆强度,制得的导电掺合料用途广且性能良好;
[0028] (3)本发明制备导电掺合料的反应及导
电机理:首先在还原气氛下,C以及由C与O2不充分反应形成的CO与硫铁矿烧渣中的Fe2O3反应,将Fe2O3还原为FeO、Fe3O4以及Fe而导电;其次在反应的高温下,由于还原物质以及其它组分作用而使Fe2O3形成
缺陷而导电;最后在反应的高温下煤粉过量形成未反应完的焦炭而具有的石墨微晶结构而导电;这三种作用协同导电而较大的降低电阻率从而制得导电掺合料;
[0029] (4)本发明制备工艺简单,容易操作,实用性强。
具体实施方式
[0030] 下面给出的
实施例拟以对本发明作进一步说明,但不能理解为是对本发明保护范围的限制,该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
[0031] 实施例1:
[0032] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0033] 1)原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体;
[0034] 煤粉的工业分析为挥发份19.38%,固定碳61.51%、水分0.59%,灰分18.51%;百分比为质量百分比例,后同;
[0035] 硫铁矿烧渣的主要组成成分和质量百分比例为:SiO230.47%,Al2O325.82%,Fe2O328.38%;后同;
[0036] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比50∶10取量并进行原位混合,即将硫铁矿烧渣分为5等分,依次与煤粉混合,每次搅拌一分钟,共计5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0037] 3)成型:按每份8g称取混合均匀的粉料,各份放入一个直径25mm的成型模具中,在抗
压实验机下以200N/S的速度,目标压力40Mpa,保压时间60S进行压片成型,得成型后物料;
[0038] 4)焙烧:将成型后物料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以8℃/min的升温速率,均匀升温到800℃,保温120min;
[0039] 5)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,
破碎磨细至≤0.1mm后,制得导电掺合料成品。
[0040] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为15.345kΩ·cm,FeO含量为0.65%,Fe2O3含量为24.25%。
[0041] 实施例2:
[0042] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0043] 1)原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体;
[0044] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比50∶15取量并进行原位混合,即将硫铁矿烧渣分为5等分,依次与煤粉混合,每次搅拌一分钟,共计5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0045] 3)成型:按每份8g称取混合均匀的粉料,各份放入一个直径25mm的成型模具中,在抗压实验机下以200N/S的速度,目标压力40Mpa,保压时间60S进行压片成型,得成型后物料;
[0046] 4)焙烧:将成型后物料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以8℃/min的升温速率,均匀升温到800℃,保温120min;
[0047] 5)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,破碎磨细至≤0.1mm后,制得导电掺合料成品。
[0048] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为8.836kΩ·cm,测得FeO含量为0.81%,Fe2O3含量为23.91%。
[0049] 实施例3:
[0050] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0051] 1)原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体;
[0052] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比50∶20取量并进行原位混合,即将硫铁矿烧渣分为5等分,依次与煤粉混合,每次搅拌一分钟,共计5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0053] 3)成型:按每份8g称取混合均匀的粉料,各份放入一个直径25mm的成型模具中,在抗压实验机下以200N/S的速度,目标压力40Mpa,保压时间60S进行压片成型,得成型后物料;
[0054] 4)焙烧:将成型后物料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以8℃/min的升温速率,均匀升温到800℃,保温120min;
[0055] 5)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,破碎磨细至≤0.1mm后,制得导电掺合料成品。
[0056] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为0.323kΩ·cm,FeO含量为1.43%,Fe2O3含量为22.38%。
[0057] 实施例4:
[0058] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0059] 1)原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体;
[0060] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比50∶25取量并进行原位混合,即将硫铁矿烧渣分为5等分,依次与煤粉混合,每次搅拌一分钟,共计5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0061] 3)成型:按每份8g称取混合均匀的粉料,各份放入一个直径25mm的成型模具中,在抗压实验机下以200N/S的速度,目标压力40Mpa,保压时间60S进行压片成型,得成型后物料;
[0062] 4)焙烧:将成型后物料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以8℃/min的升温速率,均匀升温到800℃,保温120min;
[0063] 5)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,破碎磨细至≤0.1mm后,制得导电掺合料成品。
[0064] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为0.203kΩ·cm,FeO含量为1.08%,Fe2O3含19.04%。
[0065] 实施例5:
[0066] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0067] 1)原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体;
[0068] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比50∶15取量并进行原位混合,即将硫铁矿烧渣分为5等分,依次与煤粉混合,每次搅拌一分钟,共计5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0069] 3)成型:按每份8g称取混合均匀的粉料,各份放入一个直径25mm的成型模具中,在抗压实验机下以200N/S的速度,目标压力40Mpa,保压时间60S进行压片成型,得成型后物料;
[0070] 4)焙烧:将成型后物料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以8℃/min的升温速率,均匀升温到800℃,保温60min;
[0071] 5)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,破碎磨细至≤0.1mm后,制得导电掺合料成品。
[0072] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为0.969kΩ·cm,FeO含量为1.19%,Fe2O3含量为20.97%。
[0073] 实施例6:
[0074] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0075] 1)将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体;
[0076] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比50∶15进行原位混合,即将硫铁矿烧渣分为5等分,依次与煤粉混合,每次搅拌一分钟,共计5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0077] 3)焙烧:将混合均匀的粉料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以6℃/min的升温速率,均匀升温到600℃,保温120min。
[0078] 4)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,得导电掺合料成品。
[0079] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为10.382kΩ·cm,FeO含量为0.36%,Fe2O3含量为23.43%。
[0080] 实施例7:
[0081] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括如下步骤:
[0082] 1)将硫铁矿烧渣粉磨成细粉,使其粒径≤0.1mm;煤粉为市售的粒径≤0.1mm的粉体。
[0083] 2)原料混合:将硫铁矿烧渣与煤粉以质量比2∶1进行混合,搅拌5分钟,使其充分均匀,得混合均匀的粉料;
[0084] 3)焙烧:将混合均匀的粉料送入还原气氛高温炉内焙烧(所述的还原气氛为CO气体),以8℃/min的升温速率,均匀升温到800℃,保温120min。
[0085] 4)制成品:将焙烧后的料冷却至常温取出,得到导电掺合料成品。
[0086] 经检测,制得的导电掺合料成品的电阻率为0.532kΩ·cm,FeO含量为0.94%,Fe2O3含量为16.64%。
[0087] 实施例8:
[0088] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括下列步骤:
[0089] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0090] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂煤粉为50∶11的质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0091] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0092] d、焙烧:将混合料置于还原气氛的高温炉内焙烧,以6℃/min的升温速率,升温到600℃,再保温焙烧120min,得焙烧后物料;
[0093] e、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细,即制得导电掺合料成品。
[0094] 实施例9:
[0095] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括下列步骤:
[0096] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0097] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂煤粉为50∶23的质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0098] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0099] d、焙烧:将混合料置于还原气氛的高温炉内焙烧,以8℃/min的升温速率,升温到800℃,再保温焙烧60min,得焙烧后物料;
[0100] e、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细,即制得导电掺合料成品。
[0101] 实施例10:
[0102] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括下列步骤:
[0103] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0104] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂煤粉为50∶17的质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0105] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0106] d、焙烧:将混合料置于还原气氛的高温炉内焙烧,以7℃/min的升温速率,升温到700℃,再保温焙烧80min,得焙烧后物料;
[0107] e、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细,即制得导电掺合料成品。
[0108] 实施例11:
[0109] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括下列步骤:
[0110] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0111] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂煤粉为50∶12的质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0112] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0113] d、成型:将混合料在压力下成型为片或块,以避免物料被快速氧化;
[0114] e、焙烧:将成型后的片或块置于还原气氛的高温炉内焙烧,以6℃/min的升温速率,均匀升温到650℃,再保温焙烧110min,得焙烧后物料;
[0115] f、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细,即制得导电掺合料成品。
[0116] 实施例12:
[0117] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括下列步骤:
[0118] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0119] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂煤粉为50∶21的质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0120] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0121] d、成型:将混合料在压力下成型为片或块,以避免物料被快速氧化;
[0122] e、焙烧:将成型后的片或块置于还原气氛的高温炉内焙烧,以8℃/min的升温速率,均匀升温到750℃,再保温焙烧90min,得焙烧后物料;
[0123] f、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细,即制得导电掺合料成品。
[0124] 实施例13:
[0125] 一种硫铁矿烧渣制备导电掺合料的方法,包括下列步骤:
[0126] a、原料预处理:将硫铁矿烧渣粉磨为粒径≤0.1mm的粉体,还原剂煤粉为市售的或粉磨为粒径≤0.1mm的粉体;
[0127] b、配料:按硫铁矿烧渣∶还原剂煤粉为50∶16的质量比例,取原料硫铁矿烧渣和还原剂煤粉;
[0128] c、原料混合:将硫铁矿烧渣与还原剂煤粉混合搅拌,使其充分混合均匀,制得混合料;
[0129] d、成型:将混合料在压力下成型为片或块,以避免物料被氧化;
[0130] e、焙烧:将成型后的片或块置于还原气氛的高温炉内焙烧,以7℃/min的升温速率,均匀升温到660℃,再保温焙烧70min,得焙烧后物料;
[0131] f、制成品:将焙烧后物料在还原气氛下冷却至常温、取出,磨细,即制得导电掺合料成品。