赵毅

摘 要：粘结剂是冷固结工艺生产球团矿中必不可少的一种原料，它决定着铁矿球团的生产质量。普通水玻璃粘结性强度不高，作为粘结剂生产的铁矿球团的抗压强度较低，不能满足钢铁冶炼的要求。基于此对水玻璃进行改性研究，实验结果表明当复合改性剂双组份质量比为11，加入量为2%时，改性粘结剂粘结强度较高，利用其生产的球团抗压强度可达2.75 kN/个，满足高炉冶炼的需要。

关 键 词：给排水工程；水玻璃； 抗压强度

中图分类号：TQ 114 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）07-1471-02

Modification of Sodium Silicate

for Water Supply and Drainage Engineering

ZHAO Yi

（Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163000，China）

Abstract： Pellet binder is the key factor to affect the production process of cold-bonded pellet. Sodium silicate binder possesses non-toxic， environmental protection and other advantages， but it can not be directly used for pellet production because of its low bond strength. In this experiment， two-component compound modifiers were used to modify sodium silicate to prepare a new inorganic-organic composite cold pellet binder， the influence of modifier ratio and addition dosage on pellet structure and composition was analyzed. The results show that： when the compound modifier-component mass ratio is 1：1， adding amount is 2%， modified adhesive bond strength is higher， and compression strength of pellets produced with modified adhesive can reach to 2.75 kN.

Key words： Water supply and drainage； Water glass； Compressive strength

水玻璃是一種常见的粘结剂，从20世纪50年代初引入我国铸造行业[1]，到现在已有60多年的应用历史，其具有来源充足、廉价、无色、无味、无毒，长期使用对人体无害等优点[2，3]，是目前在粘结剂领域应用最成功的无害化学粘结剂。水玻璃在国民经济中的地位越来越显要，现代科技发展已预示到[4]，水玻璃可以应用到经济建设的各个领域，而且建筑业的应用越来越广泛深人。无机涂料与有机涂料相比[5，6]，具有省能源、无公害、无污染等优点[7]。因此，对无机涂料的研究日益引起人们的重视，尤其是水玻璃无机涂料原材料来源丰富，防火性能好，价格低廉，以致发展较为引人注目。粘结剂是冷固结工艺生产球团矿中必不可少的一种原料，它决定着铁矿球团的生产质量[8，9]。普通水玻璃粘结性强度不高，利用其做为粘结剂生产的铁矿球团的抗压强度较低，不能满足钢铁冶炼的要求。本文基于此对给排水工程的水玻璃进行了改性研究。

1 水玻璃特性

水玻璃为无色、青绿色或棕色的固体或粘稠类液体，其组成中包含无定形的二氧化硅、水合物、氢氧化物、正硅酸以及多种聚硅酸盐阴离子等。阴离子的种类及其含量与水玻璃的模数及pH值有关。液体水玻璃暴露在空气中，形成无定形硅酸，并逐渐干燥固化，反应式为：

图1 水玻璃反应

Fig.1 The water glass reaction

上述反应中，上述反应中，M为碱金属离子，如Na、K 等；m为水玻璃模数；x为不小于1的自然数。该过程自然进行时很缓慢，且不完全。因此，为加速固化和提高涂膜的耐水性常加入固化剂。现在常用的固化剂有缩合磷酸盐（Al、Mg、Ca盐等）、氧化物、硼酸盐等。

2 改进实验

水玻璃用作涂料基料时其耐水性欠佳，因此，需通过采取改性措施来提高其耐水性及其它性能。改性时应综合考虑反应时间、粘度、耐水性、凝胶时间和配伍性等。本文主要针对粘合剂特性进行改进。

2.1 改进材料

本实验的主要材料包括含铁粉矿，化学组成见表1。工业用水玻璃以及两种改性剂X（AR）与K（AR），其中，含铁粉矿由宝钢集团提供，其原料配比为：泥矿：中加粉：高铁粉=1∶5∶4，含铁量为50%；工业用水玻璃呈碱性，模数为2.6。

表1 含铁粉矿的化学组成

Table 1 Chemical composition of iron ore

项目 TFe FeO SiO2 TiO2 CaO P S As Zn

高铁粉 70.54 17.59 - 4.78 4.68 0.081 0.187 0.01 0.01

中加粉 37.91 - 23.35 0.411 1.1 0.071 0.274 - -

泥矿 37.14 - 23.97 4.81 0.34 0.024 0.024 0.01 0.01

2.2 仪器

主要利用LT-200超声波仪，Sirion200透射电镜，PHI-5702XPS/AES光电子能谱仪。

2.3 实验结果与分析

2.3.1 改性剂影响分析

改性剂加入量对水玻璃的粘结强度影响较大，在改性剂双组份X与K的比值为1：1条件下，考察改性剂加入量对水玻璃改性效果的影响。进行了试验，试验结果如图2所示。

图2 改性剂加入量对水玻璃粘结强度的影响

Fig.2 Influence of modifier addition on bonding strength of sodium silicate

可知随改性剂加入量的增加，铁矿球团试样的径向抗压力先增大后减小，在加入量为2%时达到最大值2.75 kN。分析原因，认为无机有机复合改性剂可细化水玻璃凝胶胶粒，同时可对水玻璃起到络合、增加粘结桥等作用，提高粘结效果，但改性剂过量会使水玻璃提前固化失效。

2.3.2 红外光谱分析

对普通水玻璃和改性水玻璃进行红外光谱测试，分析化合物中所含的主要官能团，了解改性前后水玻璃的分子结构变化规律，分别如图3和图4所示。

图3 普通水玻璃的红外光谱图

Fig.3 Infrared spectrum of modified sodium silicate

分析可知，图3中3 600～34 00 cm-1为硅羟基的特征吸收峰，l 700～1 600 cm-1为结构水中的羟基特征吸收峰，1 000～900 cm-1和500～400 cm-1处为硅氧基特征吸收峰；图4 中3 450～3 400 cm-1为硅羟基的特征吸收峰，1 640～1 620 cm-1为结构水中的羟基特征吸收峰、1 570～1 550 cm-1、1 460～1 440 cm-1和1 370～1 360 cm-1为羧酸根离子吸收峰，990～900 cm-1和490～450 cm-1为硅氧基特征吸收峰[5]。

圖4 改性水玻璃红外光谱图

Fig.4 Infrared spectrum of traditional sodium silicate

比较图3和图4，两条曲线的形状相似，说明水玻璃改性前后未出现新的官能团，即改性剂和水玻璃并没有发生实质性化学反应，仅形成了混合溶液。

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