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利用钢渣开发高性能无机填料的研究

马晓辉  
【摘要】:钢渣是炼钢过程中产生的废渣,我国每年排出钢渣约1400万t,历年来累积钢渣堆弃量超过2亿t,侵占农田1333km~2以上,大部分钢渣作为废物抛弃,占用良田,污染环境。解决钢渣污染问题的最佳的方法是开发钢渣的综合利用,变废为宝。将钢渣研制成高性能的无机填料,为钢渣的综合利用开辟了一条新的道路,带来直接经济效益,而且也保护环境,具有很大的社会效益。 本文通过对国内外浅色塑料橡胶填料的制备和开发现状进行综合考察研究,将钢渣通过粉磨和表面改性工艺,使之成为达到国家工业标准的塑料橡胶填料。首先,选用一种合适的助磨剂,提高了钢渣的粉磨效率,使钢渣粉末的粒径尽可能更小。一般来说,作为填料的粉体,细度的增加有助于粉体在本体中的分散,并充分发挥增量、补强、耐磨等功能。又由于钢渣是亲水性填料,在材料与有机高聚物间的界面性质不同,相容性差,难以在高聚物中均匀分散。因此,对钢渣进行表面改性,可改善其表面的物化性质,增强其与有机高聚物的相容性,提高其分散性,以提高材料的力学强度及综合性能。 本文选用NaSiO_3、MnO_2、无水乙醇、三乙醇胺、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钠+氨水作为助磨剂对钢渣进行粉磨。研究结果表明,六偏磷酸钠+氨水复合型助磨剂对钢渣有很好的助磨效果,粉磨效率可以提高8.9%;此外,采用四种硅烷偶联剂WD—20、WD—21、WD—53、WD—70对钢渣进行表面改性,使得钢渣微粉吸碘值增加,达到作为国家工业标准的塑料橡胶填料的吸碘值要求。 采用红外光谱对钢渣改性机理进行分析,结果表明,硅烷对钢渣的改性,主要是在钢渣表面形成了化学吸附,生成牢固的化学键。改性后钢渣微粉的红外吸收光谱中出现了硅烷偶联剂乙烯基C=C键特征吸收峰,并且Si—O—Si振动吸收区的变宽则表明硅烷偶联剂在钢渣表面既有物理吸附,又有硅烷的化学吸附。 本研究为钢渣的粉磨和表面改性提供了一定依据,并对助磨剂吸附机理和表面改性机理进行了理论探讨,对寻找更有效的钢渣助磨剂、表面改性剂,以及推动钢渣的开发利用和深加工都有一定的实际意义。


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