[发明专利]一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣及其制备方法，属于资源循环利用领域。该改性多孔钢渣包括磷酸溶液、硅烷偶联剂、硬酯酸和钢渣，所述磷酸溶液的质量分数为70％～90％；所述钢渣的粒径为2.2μm～115.0μm。上述改性多孔钢渣的制备方法是：首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，在常温下对其进行搅拌4h～6h，得到多孔钢渣；然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器搅拌获得。本发明解决了现有橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高，钢渣直接加入橡胶中极易发生团聚，以及钢渣无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题，实现了工业废料的循环利用。

技术领域

本发明属于资源循环利用领域，具体涉及一种用于橡胶填料的改性钢渣及其制备方法。

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，约占炼钢产量的15％～20％。钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁等。按照中国2014年产生的钢渣超过1.2亿吨，2015年产生的钢渣超过1.5亿吨，目前累计堆存钢渣超过10亿吨。大量钢渣的堆存，不仅占用宝贵土地，而且还会对周围环境和地下水造成污染，因此，如何大规模、高效的利用钢渣，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。

橡胶作为广泛应用的聚合物材料，其在制备加工过程中需要大量使用填料以改善其的力学性能、加工性能和填充增容。目前常用的橡胶填料主要包括炭黑、白炭黑等，但是炭黑与白炭黑的生产不仅工艺繁杂，而且需要消耗大量能源和资源，导致成本较高。面对上述问题，钢渣作为一种碱性富硅物质，是一种潜在的补强填料，利用含有的SiO₂、CaO、MgO、FeO等成分发挥补强作用，实现工业废料的循环利用，促进钢铁企业增效、橡胶制品行业降成本。

发明内容

为了解决现有橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高，钢渣直接加入橡胶中极易发生团聚，以及钢渣无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题，本发明提供了一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣，以期解决以上问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣，该改性多孔钢渣按重量百分比配方如下：

所述磷酸溶液的质量分数为70％～90％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为2.2μm～115.0μm，化学成分(质量分数)为SiO₂(10.0％～18.0％)、Fe₂O₃(10.0％～35.0％)、Al₂O₃(2.0％～12.0％)、CaO(35.0％～55.0％)、MgO(3.0％～7.0％)、P₂O₅(0.5％～1.0％)、MnO(0.5％～4.0％)、SO₃(0.1％～3.0％)和其他(4.0％～9.0％)。

本发明同时提供了上述改性多孔钢渣的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温下对其进行搅拌4h～6h，得到多孔钢渣。然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃～80℃与搅拌时间20min～60min下对其进行搅拌，获得改性多孔钢渣。

本发明的科学原理：

一方面，利用磷酸溶液去除钢渣中的f-CaO，从而有利于提高钢渣的比表面积、孔体积和孔径，形成多孔钢渣，实现丰富孔结构的目的，提高钢渣与橡胶的接触面积，从而提高补强效果。