有机聚合物改性含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究

论文摘要

攀西钒钛磁铁矿经选矿后,原矿中54% TiO2进入钒钛磁铁矿精矿,再经烧结、高炉冶炼与铁水分离,全部进入高炉渣中,形成TiO2含量高达23-24%的含钛高炉渣。至今累积已超过5000万t,并以300万t/a的速度递增。大量含钛高炉渣的堆积不仅浪费资源,占用耕地,而且严重污染环境,急需找到一条有效的利用途径。《攀钢资源综合利用规划》指出：“攀钢是冶炼共生矿石,二次资源的利用,特别是高炉渣、钢渣的利用难度较大,因此,攀钢二次资源综合利用是一项更迫切和重要的任务。”由此提出了选择性析出分离技术理论,并已成功地应用于含钛高炉渣的处理。攀钢每年300多万t高炉渣,30多万t钢渣,全部经选择性析出分离技术处理,将得到90多万t富钛精矿即精矿（TiO2品位在40%以上的富钛相）和180万t贫钛尾矿（TiO2品位在10%以下的贫钛相）。尾矿主体矿物相是含钛的硅酸盐,用作钛原料,TiO2品位偏低不可取,因此寻找有效的、大规模的利用途径是可持续发展的重要保证。利用含钛高炉渣生产建筑材料,可实现含钛高炉渣的大规模利用。本课题从一种全新的角度去利用含钛高炉渣制备新型建筑材料,即用有机聚合物代替无机胶凝材料,配以添加剂,免烧免蒸条件下制备新型墙体砖,以实现含钛高炉渣的资源化利用。本研究工作具体体现在以下几个方面：1.通过不同激发剂对含钛高炉渣活化效果的对比,研究了含钛高炉渣的活性,发现组合碱氢氧化物—氧化物对含钛高炉渣的活性激发效果最好,m（M（OH）n）: m（MmOn）=0.75-2.5,试样强度为8.0-12.56 MPa,辅以助激发剂可使试样强度增加到12.27-14.83 MPa。2.研究了以聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、苯丙乳液和改性废聚苯乙烯乳液为胶凝材料,含钛高炉渣为集料,掺加有机—无机复合激发剂和复合添加剂,制备了含钛高炉渣免烧免蒸砖试样。3.通过对试样强度性能试验,研究了含钛高炉渣免烧免蒸砖试样制备适宜的工艺条件。结果表明,利用上述有机聚合物乳液为胶凝材料制备的含钛高炉渣免烧免蒸砖,其含钛高炉渣掺量均可达到85%以上。4.通过含钛高炉渣免烧免蒸砖试样的外观质量、强度性能、体积密度、吸水率和干燥收缩性能等指标的测试和分析,表明以含钛高炉渣为集料,辅以激发剂和添加剂,聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、苯丙乳液和改性废聚苯乙烯乳液为胶凝材料制得的含钛高炉渣免烧免蒸砖的各项性能满足墙体砖的基本要求。5.无皂乳液由于在合成过程中不使用乳化剂,消除了乳化剂对环境的污染、产品纯度及性能的影响。将其应用于含钛高炉渣的改性,既可以保持聚合物改性的优点,又能避免乳化剂带来的不利影响。在聚（甲基丙烯酸丁酯/丙烯酸钠）P（BMA/AANa）齐聚物存在下,合成了无皂聚（α-甲基苯乙烯/甲基丙烯酸丁酯）P（AMS/BMA）乳液和（醋酸乙烯酯/甲基丙烯酸丁酯）P（VAC/BMA）乳液,考察了无皂乳液对改性含钛高炉渣免烧免蒸砖试样性能的影响。6.通过X射线衍射（XRD）,红外光谱（IR）,扫描电镜（SEM）等手段探讨了有机聚合物改性含钛高炉渣免烧免蒸砖的增强机理。结果表明,试样强度主要来源于聚合物和含钛高炉渣中金属离子之间的交联作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 普通高炉渣资源综合利用现状
• 1.1.1 高炉渣在建筑和建材工业中的应用
• 1.1.2 高炉渣在交通工程中的应用
• 1.1.3 高炉渣在农田中的应用
• 1.1.4 高炉渣在污水处理中的应用
• 1.2 含钛高炉渣资源综合利用现状
• 1.3 课题的提出及研究方案
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 课题的研究方案
• 第二章 含钛高炉渣活化研究
• 2.1 前言
• 2.1.1 高炉渣的活性评价
• 2.1.2 高炉渣的活化机理
• 2.1.3 高炉渣的常用激发剂及其活化机理举例
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 含钛高炉渣的活性分析
• 2.3.2 含钛高炉渣粒度的选择
• 2.3.3 含钛高炉渣活化的研究
• 2.4 结论
• 第三章 聚醋酸乙烯为胶凝材料制备含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚醋酸乙烯乳液作为胶凝材料的可行性研究
• 3.3.2 含钛高炉渣免烧免蒸砖试样制备的工艺条件
• 3.3.3 含钛高炉渣免烧免蒸砖试样的性能测试分析
• 3.3.4 聚醋酸乙烯乳液改性含钛高炉渣制备免烧免蒸砖的作用机理
• 3.3.5 含钛高炉渣免烧免蒸砖的成本核算
• 3.4 结论
• 第四章 聚乙烯醇为胶凝材料制备含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 仪器
• 4.2.3 实验步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚乙烯醇作为胶凝材料的可行性研究
• 4.3.2 含钛高炉渣免烧免蒸砖试样制备的工艺条件
• 4.3.3 含钛高炉渣免烧免蒸砖试样的性能测试分析
• 4.3.4 聚乙烯醇改性含钛高炉渣制备免烧免蒸砖的作用机理
• 4.3.5 含钛高炉渣免烧免蒸砖的成本核算
• 4.4 结论
• 第五章 苯丙乳液为胶凝材料制备含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 仪器
• 5.2.3 实验步骤
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 苯丙乳液作为胶凝材料的可行性研究
• 5.3.2 含钛高炉渣免烧免蒸砖试样制备的工艺条件
• 5.3.3 含钛高炉渣免烧免蒸砖试样的性能测试分析
• 5.3.4 苯丙乳液改性含钛高炉渣制备免烧免蒸砖的作用机理
• 5.3.5 含钛高炉渣免烧免蒸砖的成本核算
• 5.4 结论
• 第六章 废聚苯乙烯泡沫改性乳液为胶凝材料制备含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究
• 6.1 前言
• 6.2 废聚苯乙烯泡沫的回收利用
• 6.2.1 国内外回收利用聚苯乙烯泡沫塑料的现状
• 6.2.2 废聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用
• 6.2.3 改性制备胶粘剂
• 6.2.4 回收废聚苯乙烯泡沫塑料的意义
• 6.3 废聚苯乙烯泡沫改性乳液的制备
• 6.3.1 实验部分
• 6.3.2 结果与讨论
• 6.3.3 结论
• 6.4 废聚苯乙烯泡沫改性乳液为胶凝材料制备含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究
• 6.4.1 实验部分
• 6.4.2 结果与讨论
• 6.4.3 结论
• 第七章 无皂聚合物乳液为胶凝材料制备含钛高炉渣免烧免蒸砖的研究
• 7.1 前言
• 7.2 VAc/BMA无皂乳液的合成与应用
• 7.2.1 实验部分
• 7.2.2 结果与讨论
• 7.3 AMS/BMA无皂乳液的合成与应用
• 7.3.1 实验部分
• 7.3.2 结果与讨论
• 7.4 结论
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读博士期间发表的论文