一种固废复合协同型功能颜填料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种固废复合协同型功能颜填料及其制备方法，属于固废资源利用领域。该功能颜填料包括高炉干法除尘灰、电炉灰、河道底泥和磷酸‑氧化石墨烯基激发剂。所述高炉干法除尘灰的粒径为3.9μm～58.6μm；所述电炉灰的粒径为0.9μm～4.1μm；所述河道底泥的粒径为8.2μm～227.0μm；所述磷酸‑氧化石墨烯基激发剂为氧化石墨烯、水和磷酸的混合物。本发明专利技术解决了目前现有颜填料功能单一、防火性能差、价格昂贵的问题；拓展了高炉干法除尘灰、电炉灰、河道底泥的大规模、高附加值的利用，实现“以废增效”、“以废提性”的新思路，符合相关节能环保、循环经济的政策要求。

【技术实现步骤摘要】
一种固废复合协同型功能颜填料及其制备方法
本专利技术属于固废资源利用领域，具体涉及一种固废复合协同型功能颜填料及其制备方法，并且可以用于涂料领域。
技术介绍
高炉干法除尘灰是钢铁企业在高炉炼铁过程中经干式除尘器收集的粉尘，其主要化学成分为FeO、Fe/Fe2O3、C、Zn；电炉灰是电炉炼钢时，电炉烟尘经捕集器、烟道、最后经袋式除尘器处理捕集的灰尘，其主要化学成分为Fe/Fe2O3；河道底泥是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间物理、化学及生物等作用及水体传输而沉积于水体底部所形成的污泥，其主要化学成分为SiO2、Al2O3。目前高炉干法除尘灰、电炉灰与河道底泥均属于难处理冶金固废，其利用率均较低且大量露天堆存，不仅占用宝贵土地，而且对周围环境和地下水造成污染。因此，如何大规模、高效的综合利用高炉干法除尘灰、电炉灰与河道底泥，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。涂料主要由基料、溶剂、颜填料、助剂配制而成，其中颜填料不仅可以起到着色与填充作用，而且可以有效改善涂料的贮存稳定性与漆膜的相关性能，如提高涂膜的耐久性、耐热性、耐磨性，以及降低涂膜的收缩性。防锈涂料使用的颜填料主要分为防锈颜填料、着色颜填料与体质颜填料，上述三种颜填料在防锈涂料中起到的作用各不相同，即防锈颜填料主要起到增强防锈涂料的耐腐蚀性，从而提高防锈涂料的使用寿命；着色颜填料主要起到着色的作用，从而实现防锈涂料具有特定的颜色；体质颜填料主要起到填充的作用，从而提高防锈涂料的固体含量与遮盖率。目前主要的防锈涂料颜填料主要包括氧化铁、云母氧化铁、氧化铬、氧化锌、氧化钛、立德粉、碳酸钙、滑石、纳米黏土等，然而上述填颜料不仅价格昂贵而且功能性单一，即多功能一体化较差。
技术实现思路
为了解决目前现有颜填料功能单一、防火性能差、价格昂贵的问题；高炉干法除尘灰、电炉灰与河道底泥难处理且利用附加值低的问题。本专利技术提供了一种固废复合协同型功能颜填料，以期解决以上问题。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种固废复合协同型功能颜填料，该功能颜填料按重量百分比原料如下：所述高炉干法除尘灰的粒径为3.9μm～58.6μm；所述电炉灰的粒径为0.9μm～4.1μm；所述河道底泥的粒径为8.2μm～227.0μm；所述磷酸-氧化石墨烯基激发剂为氧化石墨烯、水和磷酸的混合物。进一步的，所述高炉干法除尘灰的化学成分，以质量百分数计，分别为：Fe3O4(1.65％)、FeO(7.88％)、Fe/Fe2O3(18.87％)、SiO2(2.87％)、CaO(2.18％)、MgO(0.70％)、Al2O3(2.49％)、K(0.76％)、Na(0.28％)、C(34.00％)、Zn(16.60％)和其他(11.72％)。进一步的，所述电炉灰的化学成分，以质量百分数计，分别为：Fe3O4(0.34％)、FeO(8.91％)、Fe/Fe2O3(58.65％)、SiO2(2.06％)、CaO(2.92％)、MgO(1.38％)、Al2O3(0.56％)、K(1.32％)、Na(1.32％)、C(1.14％)、Zn(2.61％)和其他(18.79％)。进一步的，所述河道底泥的化学成分，以质量百分数计，分别为：SiO2(47.04％)、Al2O3(27.06％)、CO2(6.85％)、SO3(3.52％)、K2O(2.12％)、CaO(1.88％)、P2O5(1.00％)、MgO(0.95％)、TiO2(0.67％)、Na2O(0.43％)和其他(8.48％)；进一步的，所述磷酸-氧化石墨烯基激发剂中氧化石墨烯、水和磷酸的质量比1:25:100～1:25:150。本专利技术同时提供了上述固废复合协同型功能颜填料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)利用高能球磨机对高炉干法除尘灰进行氧气气氛机械合金化处理，其转速为500r/min～750r/min、时间为24h～48h，得到I型复合粉体。(2)将I型复合粉体与河道底泥、磷酸-氧化石墨烯基激发剂进行混合，利用高能球磨机对其进行氮气气氛机械合金化处理，其转速为400r/min～600r/min、时间为36h～72h，得到II型复合粉体。(3)将II型复合粉体与电炉灰进行混合，利用高能球磨机对其进行氮气气氛机械合金化处理，其转速为400r/min～600r/min、时间为24h～48h，得到固废复合协同型功能颜填料。本专利技术的科学原理：(1)磷酸(H3PO4)属于中强酸，由于磷酸分子中P原子是sp3杂化的，3个杂化轨道与氧原子间形成3个σ键，另一个P—O键是由一个从磷到氧的σ配键和两个由氧到磷的d-pπ键组成的。磷酸受强热后脱水易生成焦磷酸、三磷酸和多聚偏磷酸，能与高炉干法除尘灰、河道底泥中硅元素(SiO2)、金属元素(FeO、Fe/Fe2O3和Al2O3)形成稳定的硅-磷-铁消烟体系与硅-磷-铝阻燃体系，达到阻燃效果。(2)机械合金化是将粉末混合物在机械力作用下不断产生新的分子或原子面，通过变形-破碎-细化过程的反复进行，形成层状结构并不断细化，从而缩短固态粒子之间相互扩散的距离，加速粉末化合进程，以形成均匀且稳定结构的固溶体或化合物。采用氧气气氛机械合金化处理技术发生氧化反应，即高炉干法除尘灰中Zn与氧气中O在较长时间内发生合金化反应生成ZnO具有促进环氧基与羧基反应、降低腐蚀介质渗入的作用；同时此过程中无明火，不会促使高炉干法除尘灰中C与氧气中O发生反应，保持了C在涂料中调色、防絮凝的作用。采用氮气气氛机械合金化处理技术，电炉灰进一步细化有利于所含Fe2O3代替铁红发挥防锈性能。(3)氧化石墨烯具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。利用氧化石墨烯所含含氧官能团协同高炉干法除尘灰、电炉灰、河道底泥、磷酸-氧化石墨烯基激发剂中各功能组分，实现防锈、防腐、阻燃、调色、防絮凝的一体化。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术解决了目前现有颜填料功能单一、防火性能差、价格昂贵的问题；高炉干法除尘灰、电炉灰与河道底泥难处理且利用附加值低的问题。2、本专利技术利用高炉干法除尘灰、电炉灰和河道底泥制备固废复合协同型功能颜填料，拓展了高炉干法除尘灰、电炉灰和河道底泥的大规模、高附加值的利用，实现“以废增效”、“以废提性”的新思路。3、本专利技术一种固废复合协同型功能颜填料及其制备方法，符合相关节能环保、循环经济的政策要求。附图说明图1为耐火性实验示意图；图中：1、支撑物；2、测试板；3、带铁夹的铁架台；4、酒精喷灯；a、多功能涂料。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1以制备本专利技术产品100g为例所用的组分及其质量配比为：所述高炉干法除尘灰的粒径为3.9μm～58.6μm，化学成分(质量分数)为Fe3O4(1.65％)、FeO(7.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固废复合协同型功能颜填料，其特征在于，该功能颜填料按重量百分比原料如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种固废复合协同型功能颜填料，其特征在于，该功能颜填料按重量百分比原料如下：



所述高炉干法除尘灰的粒径为3.9μm～58.6μm；所述电炉灰的粒径为0.9μm～4.1μm；所述河道底泥的粒径为8.2μm～227.0μm；所述磷酸-氧化石墨烯基激发剂为氧化石墨烯、水和磷酸的混合物。


2.如权利要求1所述的一种固废复合协同型功能颜填料，其特征在于，所述高炉干法除尘灰的化学成分，以质量百分数计，分别为：





3.如权利要求1所述的一种固废复合协同型功能颜填料，其特征在于，所述电炉灰的化学成分，以质量百分数计，分别为：





4.如权利要求1所述的一种固废复合协同型功能颜填料，其特征在于，所述河道底泥的化学成分，以质量百分数计，分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，龙红明，吴胜华，陈婉，刘秀玉，杜晓燕，张梅，宗志芳，韩震，王石林，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34