废弃硅藻土钢渣制备硅藻泥建筑涂料

1、废弃硅藻土钢渣制备硅藻泥建筑涂料摘要:固体废弃物再利用不仅可以提高资源的利用率，还可以降低 生产总本钱。以废弃低品味硅藻土和钢渣为主要原料，制备室内装 修涂料普通硅藻土,并测试多项指标。结果说明:硅藻土和钢渣随着 粉磨时间的延长，比外表积随之增大，活性指数随之升高，而粉磨 效率随之降低;依据活性指数优选硅藻土粉磨20min ,钢渣粉磨 120min;以硅藻土、钢渣、石英砂、脱硫石膏为原料,当水料比约 为1 ： 1时，配置的硅藻泥状态最优，当水料比高于1: 1时，会降 低施工性、强度和耐久性。关键词:硅藻土 ；钢渣；硅藻泥；建筑涂料1概述硅藻土属于非金属矿产，是我国重要的应用资源，国内已探明储

2、量4亿多吨远景储量高达20亿多吨具有广泛的利用途自1-3 1 主要应用于:食品过滤（包含:水处理）、建材、农业及化工（包含:环保 方面）等方向。因硅藻土是由白垩纪后期时期的单细胞硅藻遗骸形成 的多孔硅质沉积岩，且在形成过程中与火山喷发和活动有密切关系, 所以其矿物成分主要为矿物蛋白石及其他杂质，主要成分为非晶二 氧化硅。目前我国仅对优质一级硅藻土加工再利用，而二级、三级 或中、低品味的资源，因含有大量黏土、砂质等杂质，不能直接用 来生产高性能高附加值产品，仍处于闲置废弃状态。因硅藻土具有 微火山活性4 ,所以应激活其活性后，使反响提高能后，再加 以利用，本文采用机械粉磨方式激活。随着居家装饰及

3、胶粘剂的大 量使用，室内空气的有害污染已严重超标，净化功能的内墙涂料也 呈现多样化，可分为:光催化降解型、物理吸附型、吸附催化复合型。 硅藻土的多孔性，孔隙率达80% 90% ,是活性炭的5 x 103倍以 上5,适合作为吸附材料应用于涂料中。结合内墙装饰设计对 视觉、触觉、嗅觉的要求，硅藻土产品在艺术表现力上和后期保养 等方面优于传统装饰材料。以硅藻土为主要原料，并掺有胶结材料 以及其他辅助功能材料制备而成的水性涂料，称为硅藻泥，一般是 以干粉态储存。以提高资源利用率、降低能源的消耗为原那么，本文 欲利用废弃硅藻土及钢渣为主要原料制备普通硅藻泥，测试各个技 术指标，并分析指标性能。2实验及方

4、法2 . 1实验原料废弃硅藻土取自吉林长白矿区，主要化学成分见表lo如图1所 示为硅藻土的X R D分析，主要矿物组成为石英、蛋白石。硅藻土 SEM图中存在有多种形状，包括:圆盘形、椭圆形、圆柱形等,具 有特殊的多级孔道结构6,7。钢渣取自天津某钢铁厂，为空气 中自然冷却的转炉钢渣，主要化学成分见表lo根据冶金行业标准 YB/T1402009钢渣化学分析方法，参照MasonB 8 的反响活 性计算碱度值的方法，试验选用钢渣碱度为3 . 34 1 . 8 ,具有潜 在活性，属于高碱度钢渣。钢渣主要矿物相为硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙（C3S）和RO相。脱硫石膏化学成分见表L由表1可知脱硫石膏的主

5、要化学成分为CaO和S03e机械活化将5kg硅藻土加入实验室用SM500mmx 500mm小型球磨机,分别粉磨lOmin , 15min , 20min ,并测试 比外表积。用颗式破碎机将钢渣破碎至1mm2mm后，将5kg 硅藻土加入实验室用SM500mmx500mm小型球磨机，分别粉 磨lOOmin , HOmin , 120min ,并测试比外表积。2 .2 .2胶砂制备将硅藻土、钢渣粉磨不同时间的物料，按表2 , 表3制备胶砂试块，在不低于95%的相对湿度、（20lC的标养 室内养护24h后脱模，将试样放入（20lC水中养护至28d ,测 定试样的抗压强度及活性。硅藻泥制备取一定量的激活

6、硅藻土、激活钢渣粉、石英 砂、脱硫石膏等原料,配合比方表4所示，用搅拌机搅拌至各原料 混合均匀，制得硅藻泥干粉;再加入干料质量3%。的三聚磷酸钠、乙 二醇和适量水，最后用搅拌机拌和均匀，无结块，即制得普通硅藻 泥。样品测试采用GB/T80742008水泥比外表积测定方 法（勃氏法）测定各物料的比外表积;采用X PertPowder型X射线 衍射仪进行原料X R D分析，Cu靶扫描，速度5/min ,扫描范围 10 80。,步长0 .02。胶砂试样的抗压强度测试参照GB/T17671 1999水泥胶砂强度检验方法(ISO)法;试样的力学性能测试压力 机的加荷速率为(2 . 50.5)kN/se硅

7、藻泥施工性:将硅藻泥涂抹在 430mmxl50mm的无石棉纤维水泥板上,厚度为(20 . 5)mm , 观察外表是否能均匀、有无结块。干燥抗裂性:按照国标GB/T9779 2015复层建筑涂料中6 . 10规定的测试方法进行实验，将硅藻 泥涂抹在规格为200mmxl50mm的无石棉纤维水泥板上,将硅 藻泥置于吹风机下，恒定风速吹3h ,结束后，在板子正上方50cm 处，观察硅藻泥外表有无裂纹出现，没有或者裂纹较少即为合格。 表干时间:按照国标GB/T17281979漆膜，腻子膜干燥时间的乙 法测定硅藻泥的表干时间，将硅藻泥涂抹在规格为150mmx 70mm的无石棉纤维水泥板上，用秒表测定硅藻泥

8、外表干燥的时间, 即用手指触摸，外表不出现裂痕。粘结强度:按照GB/T97792015 复层建筑涂料中6 .18规定的in型复层建筑涂料的测试方法进行实 验。3结果与讨论3 . 1废弃硅藻土的机械力活化硅藻土、钢渣粉磨后比外表积见表5 ,表6 ,活性指数见表7e通 过对硅藻土和钢渣比外表积的测定发现，在机械力作用下，随粉磨 时间增长，比外表积越来越大。而随着粉磨时间的延长粉磨效率反 而降低，说明物料在粉磨过程中开始或已经存在团聚现象，其中粉 体间的范德华力和静电作用是主要推手，粉体粒径的减小和比较面 积的增大是凸显范德华力的主要原因，粉磨介质对粉体的做功及粉 体分子间弱能键断裂是产生静电作用的

9、主要原因。而团聚的出现表 明物料接近粉磨的极限值，如果继续延长粉磨时长，会造成能源的 过耗。因此各物料不再依靠延长粉磨时间提升活性。通过对硅藻土 和钢渣活性指数的计算发现，各个粉磨活性均已到达GB/T12957 -2005用作水泥混合材料的工业废渣活性试验方法标准要求。硅 藻土粉磨后，原硅氧四面体的共价键的网络结构被破坏，产生了大 量断裂的化学键，破坏了原稳定结构，从而产生火山活性，并与 Ca(OH)2反响形成硅氧四面体三元链及钙氧八面体形成的单链重 复排列C-S-Ho C-S-H因其孔隙率高，热稳定性好,可作为保温材 料应用于建筑领域9 。钢渣质地坚硬，耐磨指数为0.7 ,因此 需要长时间的

10、粉磨。由钢渣的化学组成和XRD矿物分析可以看出， 其与水泥成分相似，有过烧型水泥熟料之称，因具有潜在活性， 也可以做矿物掺合料10-12 。钢渣在磨细后，其矿物组成和化 学成分基本不会发生变化。但粉磨细度会影响其活性，主要是大颗 粒的C3S和C2S比外表积增大导致的13e因此采用活性指数 最高的粉磨时长为最正确配料。3 . 2硅藻泥相关性能施工性:观察无石棉纤维水泥板，发现Cl , C2外表较为平整，稍 有颗粒感，保水性较为合适;而C3 , C4外表略有饱和,在搅拌锅内 也可看到浆料外表有水层，水泥板反面也有局部水渍。说明用水量 为310g时，浆体可塑性较好，便于施工;当增大用水量,浆体粘稠

11、度降低，且保水性差，增大施工本钱。表干时间如表8所示。当用 水量大时，表干时间会延长;当同样用水量时，硅藻土含量高的，表 干时间长。胶体表干的过程，主要依靠水分的蒸发。而硅藻土含量 高时，表干时间较长是因为硅藻土的多孔性及高比外表积，所带来 的储水功能:孔隙内的外表羟基与水接触时发生羟基反响，产生化学 吸附及物理吸附，锁定水分，产生保湿性,而水化的C-S-H虽是高 孔隙率，但固水能力在此可以忽略14-16 。干燥抗裂性:观察发 现Cl , C2的平整度较为均匀，肉眼可见少量短细裂纹;C3 , C4平 整度较差，有少量波浪状态，边缘有起褶和少量脱落。产生裂缝和 褶皱可能是由于硅藻土含量不同，保湿效果存在差异，使得抵抗水 分快速蒸发能力的异样;产生波浪状可能是因为低含量硅藻土试样 粘稠度大，在水分快速蒸发时产生的局部的不均匀。粘结强度如表 9所示。低水料比强度自然高于高水料比。钢渣的水化速率要慢， 水化生成C-S-H的量较少,造成早期强度较低13