钢渣的表面改性研究
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[ 7 ] 韩跃信 ,陈经华 ,王泽红 ,等. 纳米碳酸钙表面改性 [J ] . 矿治 ,2003 ,1 (12) :48～51.
Study on the Surface Modif ication of Steel Slag
Zhao Guo , L u L ei
(College of Materials Science and Engineering ,Nanjing Universit y of Technology , Jiangsu 210009 , China) Abstract : In t his article stearic acid was used to modify steel slag in t he planetary mill wit h average particle size and activation index as token parameters. The change of activation index of modified steel slag was studied in order to find t he best way to modify t he slag. The activation index of t he steel slag reached t he highest level when ground for 20 minutes in t he planetary mill wit h 0. 5 % (weight rate) of stearic acid . Infrared spectrum analysis revealed t hat t he stearic acid and steel slag had combined in chemical bond. Keywords : Steel slag ; Surface modification ; Activation index
(1. Guangxi Universit y , Nanning 530004 ,China ; 2. Nanning Jie Tong Foundry , Nanning 530010 , China) Abstract :Feasibility experiment of a new technique for t he melting of heat resistant aluminium bearing cast iron was carried out . The results showed t hat wit h t he technique ,dead of t he aluminium kept in 8 %～9 % ,t he segregation of aluminium in t he cast iron was avoided ,and t he chemical composition metallographic structure and mechanical properties are satisfaltory. Keywords :Aluminium heat resisting cast iron ; Segregation ; Deads ; New melting technique
使用 CILAS920 镭射粒度分布仪对改性和未 改性钢渣进行粒度测试 ,研究硬脂酸对粉磨效果 的影响 。 1. 3 红外光谱分析
将改性后和未改性的钢渣粉末用红外光谱仪 进行分析 ,以进行改性机理研究 。
1. 1 原料处理 将预粉磨钢渣 (平均粒径为 30μm) 放入烘箱
中在 130 ℃左右烘干 12h ,取出待用 。取 50g 干燥 后的钢渣加适量硬脂酸投入行星磨中 ,200r/ min 转速下粉磨一定时间 ,取出干燥保存 。 1. 2 改性效果的表征 1. 2. 1 活化指数的测定
表征矿物粉体表面改性效果的评价标准有多 种 ,如“活化指数”、“表面湿润性”、“包覆率”等 。 目前应用最多的是“活性指数”[4 ] 。未进行表面改 性的钢渣表面亲水 ,改性后由于硬脂酸的附着使
收稿日期 :2004 - 03 - 15
2 试验结果及讨论
2. 1 活化指数 2. 1. 1 硬脂酸加入量对改性钢渣活化指数的影
图 2 活化指数与球磨时间关系图
2. 2 粒度分析 粒度分析发现加了硬脂酸的钢渣比未加的钢
渣更易粉磨 ,如加入 0. 35g 的硬脂酸粉磨 1h 后的 平均粒径为 6. 8μm ,而相同粉磨时间未加硬脂酸 的钢渣平均粒径为 7. 39μm 。可见硬脂酸的加入 提高了细度 ,硬脂酸在粉磨过程中起到了助磨剂 的作用 。这是因为硬脂酸分子可以中和钢渣颗粒 破碎时被截断颗粒内部的电价键 ,防止细颗粒的 团聚 。 2. 3 红外光谱分析
响 图 1 是加入不同量硬脂酸,钢渣量相同 (50g) ,在行星球磨机中粉磨 1h 后测得的各样品 的活化指数 。可 以 看 出 ,当 硬 脂 酸 添 加量小于 0. 1g 时 ,改性钢渣的活化指数变化不大 ,当超过 0. 1g 时 ,其活化指数由 0. 1g 时的 2. 68 %上升到 0. 2g 的 95 % ,变化十分明显 ,不到 0. 3g 时即达到
[4 ] 孙 红 ,刘志强 ,单永奎 ,等. 剥片高岭土的有机改 性[J ] . 矿物学报 ,2003 ,23 (2) :97～101.
[ 5 ] 郑水林. 粉体表面改性[ M ] . 北京 :中国建材工业出 版社 ,1995.
[ 6 ] 陈烨璞 ,吉红恋 ,赵英刚 ,等. 碳酸钙填料的表面改性 [J ] . 无锡轻工大学学报 ,1999 ,4 (18) :11～15.
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材 料 开 发 与 应 用 2004 年 8 月
最大值 100 %。但当硬脂酸用量大于 0. 35g (占钢 渣 0. 7 %) 时 ,活化指数不再增大 ,反而减小 。这 是因为当硬脂酸用量较少时 ,钢渣表面改性不完 全 ,大部分钢渣颗粒呈亲水性不能漂浮在水面上 , 即活化指数很小 ;随着硬脂酸用量的增加 ,钢渣的 活性逐渐增强 ,活化指数逐渐增大 ;当硬脂酸用量 达到钢渣质量的 0. 5 %时钢渣表面的硬脂酸达到 单分子层覆盖[6 ,7 ] ,硬脂酸的疏水基朝向外侧 ,此 时活化指数达到最大值 ;再增加硬脂酸用量时 ,由 于在钢渣表面形成的多层物理吸附使部分极性基 团朝外 ,钢渣表面疏水性降低 ,引起活化指数减 小。
第 19 卷第 4 期 材 料 开 发 与 应 用 ·13 ·
文章编号 :100321545 (2004) 0420013203
钢渣的表面改性研究
赵 国 ,陆 雷
(南京工业大学材料学院 ,江苏 南京 210009)
摘 要 :用硬脂酸在行星磨中对钢渣进行表面改性研究 ,并用平均粒径和活化指数作为表征参数 。研究了不 同条件下的改性钢渣活化指数的变化 ,探索了最佳改性条件 。发现当硬脂酸用量为 0. 5 % ,粉磨 20min 时活 化指数最大 。通过红外光谱分析其改性机理 ,发现硬脂酸是以化学键与钢渣颗粒结合 。 关键词 :钢渣 ;表面改性 ;活化指数 中图分类号 : TQ423. 99 文献标识码 :A
图 1 硬脂酸用量与活化指数关系
2. 1. 2 行星磨粉磨时间对改性钢渣活化指数的 影响
图 2 是 50g 钢渣中加入 0. 14g 硬脂酸后不同 球磨时间对改性后钢渣活化指数的影响 。可以看 出 ,随着时间的增加 ,改性钢渣的活化指数不断增 大 。这是由于研磨促进了硬脂酸与钢渣颗粒表面 进行反应 ,使硬脂酸定向吸附于钢渣表面增加其 疏水性 。当研磨时间达到 5min 时 ,改性钢渣的活 化指数已达到 38. 63 % ,当达到 10min 时 ,其活化 指数由 38. 63 %上升到 75. 16 % ,变化十分明显 。 到 20min 时达到 92. 36 %。但当研磨时间大于 20min 时 ,活化指数不再增大 ,反而减小 。这是因 为当研磨时间短的时候 ,改性钢渣和硬脂酸混合 不完全 ,钢渣表面改性不完全 ,大部分改性钢渣不 能漂浮在水面上 ,即活化指数很小 ;随着研磨时间 的增加 ,钢渣与硬脂酸充分反应 ,活化指数逐渐增 大 ;当研磨时间达到 20min 时钢渣表面的硬脂酸 达到单分子层覆盖 ,硬脂酸的疏水基朝向外侧 ,此 时活化指数达到最大值 ;再增加研磨时间 ,由于机 械力的作用破坏了单分子层的覆盖 ,反而降低了 钢渣的活性 ,引起活化指数减小 。
硬脂酸为有机羧酸 ,而钢渣呈碱性 ,它们的改 性应为化学键合作用 。图 3 、图 4 分别为加改性剂 硬脂酸和未加改性剂硬脂酸经相同时间粉磨后的 钢渣红外光谱图 。
图 3 改性后钢渣红外谱图
图 4 未改性钢渣的红外谱图
第 19 卷第 4 期 赵国等 :钢渣的表面改性研究
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钢渣是在炼钢时加入石灰石 、白云石和铁矿 石等冶炼熔剂以及造渣材料石灰后 ,从高温下融 化成的两个互不熔解的液相炉料中分离出来的杂 质 。现在一般大型钢厂年产几百万吨钢 ,产出钢 渣量大约是钢产量的 15 %～20 %[1 ] 。大量的钢 渣堆积不仅带来了环境污染而且占用大量良田 , 如能将钢渣变废为宝必将产生巨大的经济效益和 社会效益 。目前钢渣的再利用主要是直接利用或 经破碎细化后做添加剂[2 ] ,也有将其进行处理后 使用的[3 ] 。另外 ,还可对粉体进行表面改性使粉 体获得新的性能 ,以拓展其应用领域 ,但目前国内 外对钢渣粉体进行表面改性研究的报道很少 ,本 文通过硬脂酸对钢渣进行表面改性 ,为钢渣的综 合利用进行了有益的尝试 。
由图 3 可见 ,在 2960cm - 1 处出现了很小的吸收 峰 ,为 CH3 中的 C - H 吸收峰 。图 4 在 1444cm - 1 处的 宽 的 吸 收 峰 在 图 3 中 变 得 尖 锐 , 并 在 1446cm - 1处出现小的吸收峰 。羧酸盐 ( COO - ) 基 团的特征吸收峰在 1440 ～ 1360cm - 1 处 , 图 3 中 1446cm - 1处小的吸收峰应为硬脂酸盐中的 C - O 振动吸收峰 。因而可以断定硬脂酸在粉磨过程中 与钢渣发生了化学反应 ,生成了硬脂酸盐 。
1Hale Waihona Puke Baidu 试验
表面疏水 ,在水中由于水的表面张力便会漂浮于 水面 。用“活性指数”H ( H = 样品中漂浮部分的 质量/ 样品总质量) 可以很好地表征改性的效果 。 H 在 0～100 %变化 ,可反映表面活化程度的变 化[5 ] 。H 的测定方法如下 : 取改性钢渣 1g 放入 100ml 烧杯中 ,加入 80ml 水 ,充分搅拌后用超声 波振荡 10min ,静置 5h ,取漂浮在水上的钢渣 ,过 滤 ,在 65 ℃烘箱中烘干后用分析天平测量其质 量。 1. 2. 2 粒度分析
3 结论
(1) 用硬脂酸可以对钢渣进行改性并达到很 好的效果 。当硬脂酸用量在 0. 5 %时达到单分子 覆盖 ,此时活化指数最大达 100 % ;在粉磨 20min 时 ,改性钢渣的活化指数最高 。
(2) 粉磨改性时 ,硬脂酸同时起到了助磨剂的 作用 ,可降低钢渣颗粒的平均粒径 。
(3) 红外光谱分析表明 ,硬脂酸通过化学键吸 附于钢渣表面从而达到改性目的 。 参考文献 :
(上接第 3 页)
Feasibitity of A Ne w Technique f or Melting of Heat Resistant Al2bearing Cast Iron
Z HA N G Xi u2hai1 , S U Guang2cai1 , PA N G Zu2gao1 , L I Hua2
[ 1 ] 董保澍. 固体废弃物的处理与利用[ M ] . 北京 :冶金 工业出版社 ,1999.
[ 2 ] 王 博 ,戴连鹏 ,周明辉. 磨细钢渣高性能混凝土的 实验研究 [J ] . 沈阳建筑工程学院学报 : 自然科学 版 ,2003 ,19 (2) :148～149.
[ 3 ] 谢维民 ,周伟明. 改性钢渣的除铅性能 [J ] . 环境工 程 ,1992 ,10 (6) :30～33.
Study on the Surface Modif ication of Steel Slag
Zhao Guo , L u L ei
(College of Materials Science and Engineering ,Nanjing Universit y of Technology , Jiangsu 210009 , China) Abstract : In t his article stearic acid was used to modify steel slag in t he planetary mill wit h average particle size and activation index as token parameters. The change of activation index of modified steel slag was studied in order to find t he best way to modify t he slag. The activation index of t he steel slag reached t he highest level when ground for 20 minutes in t he planetary mill wit h 0. 5 % (weight rate) of stearic acid . Infrared spectrum analysis revealed t hat t he stearic acid and steel slag had combined in chemical bond. Keywords : Steel slag ; Surface modification ; Activation index
(1. Guangxi Universit y , Nanning 530004 ,China ; 2. Nanning Jie Tong Foundry , Nanning 530010 , China) Abstract :Feasibility experiment of a new technique for t he melting of heat resistant aluminium bearing cast iron was carried out . The results showed t hat wit h t he technique ,dead of t he aluminium kept in 8 %～9 % ,t he segregation of aluminium in t he cast iron was avoided ,and t he chemical composition metallographic structure and mechanical properties are satisfaltory. Keywords :Aluminium heat resisting cast iron ; Segregation ; Deads ; New melting technique
使用 CILAS920 镭射粒度分布仪对改性和未 改性钢渣进行粒度测试 ,研究硬脂酸对粉磨效果 的影响 。 1. 3 红外光谱分析
将改性后和未改性的钢渣粉末用红外光谱仪 进行分析 ,以进行改性机理研究 。
1. 1 原料处理 将预粉磨钢渣 (平均粒径为 30μm) 放入烘箱
中在 130 ℃左右烘干 12h ,取出待用 。取 50g 干燥 后的钢渣加适量硬脂酸投入行星磨中 ,200r/ min 转速下粉磨一定时间 ,取出干燥保存 。 1. 2 改性效果的表征 1. 2. 1 活化指数的测定
表征矿物粉体表面改性效果的评价标准有多 种 ,如“活化指数”、“表面湿润性”、“包覆率”等 。 目前应用最多的是“活性指数”[4 ] 。未进行表面改 性的钢渣表面亲水 ,改性后由于硬脂酸的附着使
收稿日期 :2004 - 03 - 15
2 试验结果及讨论
2. 1 活化指数 2. 1. 1 硬脂酸加入量对改性钢渣活化指数的影
图 2 活化指数与球磨时间关系图
2. 2 粒度分析 粒度分析发现加了硬脂酸的钢渣比未加的钢
渣更易粉磨 ,如加入 0. 35g 的硬脂酸粉磨 1h 后的 平均粒径为 6. 8μm ,而相同粉磨时间未加硬脂酸 的钢渣平均粒径为 7. 39μm 。可见硬脂酸的加入 提高了细度 ,硬脂酸在粉磨过程中起到了助磨剂 的作用 。这是因为硬脂酸分子可以中和钢渣颗粒 破碎时被截断颗粒内部的电价键 ,防止细颗粒的 团聚 。 2. 3 红外光谱分析
响 图 1 是加入不同量硬脂酸,钢渣量相同 (50g) ,在行星球磨机中粉磨 1h 后测得的各样品 的活化指数 。可 以 看 出 ,当 硬 脂 酸 添 加量小于 0. 1g 时 ,改性钢渣的活化指数变化不大 ,当超过 0. 1g 时 ,其活化指数由 0. 1g 时的 2. 68 %上升到 0. 2g 的 95 % ,变化十分明显 ,不到 0. 3g 时即达到
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材 料 开 发 与 应 用 2004 年 8 月
最大值 100 %。但当硬脂酸用量大于 0. 35g (占钢 渣 0. 7 %) 时 ,活化指数不再增大 ,反而减小 。这 是因为当硬脂酸用量较少时 ,钢渣表面改性不完 全 ,大部分钢渣颗粒呈亲水性不能漂浮在水面上 , 即活化指数很小 ;随着硬脂酸用量的增加 ,钢渣的 活性逐渐增强 ,活化指数逐渐增大 ;当硬脂酸用量 达到钢渣质量的 0. 5 %时钢渣表面的硬脂酸达到 单分子层覆盖[6 ,7 ] ,硬脂酸的疏水基朝向外侧 ,此 时活化指数达到最大值 ;再增加硬脂酸用量时 ,由 于在钢渣表面形成的多层物理吸附使部分极性基 团朝外 ,钢渣表面疏水性降低 ,引起活化指数减 小。
第 19 卷第 4 期 材 料 开 发 与 应 用 ·13 ·
文章编号 :100321545 (2004) 0420013203
钢渣的表面改性研究
赵 国 ,陆 雷
(南京工业大学材料学院 ,江苏 南京 210009)
摘 要 :用硬脂酸在行星磨中对钢渣进行表面改性研究 ,并用平均粒径和活化指数作为表征参数 。研究了不 同条件下的改性钢渣活化指数的变化 ,探索了最佳改性条件 。发现当硬脂酸用量为 0. 5 % ,粉磨 20min 时活 化指数最大 。通过红外光谱分析其改性机理 ,发现硬脂酸是以化学键与钢渣颗粒结合 。 关键词 :钢渣 ;表面改性 ;活化指数 中图分类号 : TQ423. 99 文献标识码 :A
图 1 硬脂酸用量与活化指数关系
2. 1. 2 行星磨粉磨时间对改性钢渣活化指数的 影响
图 2 是 50g 钢渣中加入 0. 14g 硬脂酸后不同 球磨时间对改性后钢渣活化指数的影响 。可以看 出 ,随着时间的增加 ,改性钢渣的活化指数不断增 大 。这是由于研磨促进了硬脂酸与钢渣颗粒表面 进行反应 ,使硬脂酸定向吸附于钢渣表面增加其 疏水性 。当研磨时间达到 5min 时 ,改性钢渣的活 化指数已达到 38. 63 % ,当达到 10min 时 ,其活化 指数由 38. 63 %上升到 75. 16 % ,变化十分明显 。 到 20min 时达到 92. 36 %。但当研磨时间大于 20min 时 ,活化指数不再增大 ,反而减小 。这是因 为当研磨时间短的时候 ,改性钢渣和硬脂酸混合 不完全 ,钢渣表面改性不完全 ,大部分改性钢渣不 能漂浮在水面上 ,即活化指数很小 ;随着研磨时间 的增加 ,钢渣与硬脂酸充分反应 ,活化指数逐渐增 大 ;当研磨时间达到 20min 时钢渣表面的硬脂酸 达到单分子层覆盖 ,硬脂酸的疏水基朝向外侧 ,此 时活化指数达到最大值 ;再增加研磨时间 ,由于机 械力的作用破坏了单分子层的覆盖 ,反而降低了 钢渣的活性 ,引起活化指数减小 。
硬脂酸为有机羧酸 ,而钢渣呈碱性 ,它们的改 性应为化学键合作用 。图 3 、图 4 分别为加改性剂 硬脂酸和未加改性剂硬脂酸经相同时间粉磨后的 钢渣红外光谱图 。
图 3 改性后钢渣红外谱图
图 4 未改性钢渣的红外谱图
第 19 卷第 4 期 赵国等 :钢渣的表面改性研究
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钢渣是在炼钢时加入石灰石 、白云石和铁矿 石等冶炼熔剂以及造渣材料石灰后 ,从高温下融 化成的两个互不熔解的液相炉料中分离出来的杂 质 。现在一般大型钢厂年产几百万吨钢 ,产出钢 渣量大约是钢产量的 15 %～20 %[1 ] 。大量的钢 渣堆积不仅带来了环境污染而且占用大量良田 , 如能将钢渣变废为宝必将产生巨大的经济效益和 社会效益 。目前钢渣的再利用主要是直接利用或 经破碎细化后做添加剂[2 ] ,也有将其进行处理后 使用的[3 ] 。另外 ,还可对粉体进行表面改性使粉 体获得新的性能 ,以拓展其应用领域 ,但目前国内 外对钢渣粉体进行表面改性研究的报道很少 ,本 文通过硬脂酸对钢渣进行表面改性 ,为钢渣的综 合利用进行了有益的尝试 。
由图 3 可见 ,在 2960cm - 1 处出现了很小的吸收 峰 ,为 CH3 中的 C - H 吸收峰 。图 4 在 1444cm - 1 处的 宽 的 吸 收 峰 在 图 3 中 变 得 尖 锐 , 并 在 1446cm - 1处出现小的吸收峰 。羧酸盐 ( COO - ) 基 团的特征吸收峰在 1440 ～ 1360cm - 1 处 , 图 3 中 1446cm - 1处小的吸收峰应为硬脂酸盐中的 C - O 振动吸收峰 。因而可以断定硬脂酸在粉磨过程中 与钢渣发生了化学反应 ,生成了硬脂酸盐 。
1Hale Waihona Puke Baidu 试验
表面疏水 ,在水中由于水的表面张力便会漂浮于 水面 。用“活性指数”H ( H = 样品中漂浮部分的 质量/ 样品总质量) 可以很好地表征改性的效果 。 H 在 0～100 %变化 ,可反映表面活化程度的变 化[5 ] 。H 的测定方法如下 : 取改性钢渣 1g 放入 100ml 烧杯中 ,加入 80ml 水 ,充分搅拌后用超声 波振荡 10min ,静置 5h ,取漂浮在水上的钢渣 ,过 滤 ,在 65 ℃烘箱中烘干后用分析天平测量其质 量。 1. 2. 2 粒度分析
3 结论
(1) 用硬脂酸可以对钢渣进行改性并达到很 好的效果 。当硬脂酸用量在 0. 5 %时达到单分子 覆盖 ,此时活化指数最大达 100 % ;在粉磨 20min 时 ,改性钢渣的活化指数最高 。
(2) 粉磨改性时 ,硬脂酸同时起到了助磨剂的 作用 ,可降低钢渣颗粒的平均粒径 。
(3) 红外光谱分析表明 ,硬脂酸通过化学键吸 附于钢渣表面从而达到改性目的 。 参考文献 :
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Feasibitity of A Ne w Technique f or Melting of Heat Resistant Al2bearing Cast Iron
Z HA N G Xi u2hai1 , S U Guang2cai1 , PA N G Zu2gao1 , L I Hua2
[ 1 ] 董保澍. 固体废弃物的处理与利用[ M ] . 北京 :冶金 工业出版社 ,1999.
[ 2 ] 王 博 ,戴连鹏 ,周明辉. 磨细钢渣高性能混凝土的 实验研究 [J ] . 沈阳建筑工程学院学报 : 自然科学 版 ,2003 ,19 (2) :148～149.
[ 3 ] 谢维民 ,周伟明. 改性钢渣的除铅性能 [J ] . 环境工 程 ,1992 ,10 (6) :30～33.