矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂及其制备方法与应用

271 编辑：中冶有色技术网来源：华南理工大学

2023-11-30 14:00:40

权利要求书： 1.一种矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，其组分按质量百分比包括：水泥10％～20％，镍渣复合矿物掺合料2％～5％，偏高岭土3％～5％，矿热炉镍铁渣机制砂

70％～80％，可再分散乳胶粉1％～3％，纤维素醚0.1％～0.3％，早强剂0％～0.2％。

2.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述矿热炉镍铁渣机制砂的粒径为：在0.075mm以下的含量为20％～25％，粒径在0.15mm以下的含量为

40％～45％，粒径在0.3mm以下的含量为65％～70％，粒径在0.6mm以下的含量为98％～

100％。

3.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述矿热炉镍铁渣机制砂是以RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中产生的矿热炉镍铁渣经破碎筛分而得的机制砂。

4.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述镍渣复合矿物掺合料是以RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中产生的高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣、不锈钢精炼混合渣中的两种或三种经复配粉磨而得的复合掺合料。

5.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述水泥为

42.5R硅酸盐水泥。

6.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述偏高岭

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土的45μm筛余量为0.2％～0.5％，比表面积为15m/g～20m/g。

7.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为乙烯?醋酸乙烯酯共聚物和丙烯酸酯?苯乙烯共聚物中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述纤维素醚为甲基羟乙基纤维素醚和甲基羟丙基纤维素醚中的一种或两种；所述早强剂为甲酸钙。

9.权利要求1?8任一项所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的制备方法，其特征在于，将所述矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的各组分搅拌混合即可得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂。

10.权利要求1?8任一项所述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂在胶粘陶瓷砖中的应用，其特征在于，水与所述矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂按质量比为0.18～0.20：1进行混合搅拌后使用。

说明书：一种矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂及其制备方法与应用技术领域[0001] 本发明属于工业固体废弃物资源化利用领域,具体涉及一种矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂及其制备方法与应用。

背景技术[0002] 广东省阳江市有大型的不锈钢冶企业，企业在用RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中排放了大量的镍渣。这些露天堆积或者填埋的镍渣不仅严重污染了周边环境也占

用了大量的土地资源，找到合适的无害化处理方式已经迫在眉睫。另一方面，随着绿色发展

理念的深入与落实，天然河砂的开采受到限制。广东省面临着砂资源短缺的问题，建材行业

存在着大量的用砂缺口，根据广东省建筑材料行业协会调研表明，2019年，广东省水泥消耗

量为1.78亿吨，按照水泥与骨料的需求比例测算，广东省的砂石需求量为12.46亿吨，其中

砂需求量为5.6亿吨。因此，必须使用机制砂来填补巨大的用砂缺口。机制砂的主要原材料

为岩石、矿山尾矿和工业冶炼废渣。经过研究广东省阳江市不同种类镍渣的物理化学性质

后发现矿热炉镍铁渣破碎后适合作为骨料，因此经过合理的工艺改良矿热炉镍铁渣的颗粒

特性并将其制备为机制砂是一种镍渣无害化处理的有效方式。

[0003] 陶瓷砖胶粘剂是一种特种砂浆，目前广泛的应用在瓷质地砖、墙砖的铺设中，相比普通水泥、防水砂浆之类产品，陶瓷砖胶粘剂有更高的拉伸粘结强度与抗老化性能，能够有

效抑制瓷质墙、地砖的空鼓、脱落等现象。使用陶瓷砖胶粘剂时需要薄层铺贴，对砂质量要

求较高，一般是粒径小于30目(0.6mm)的石英砂或者河砂。将矿热炉镍铁渣制备为陶瓷砖胶

粘剂用砂可以在缓解用砂紧缺的同时，提高矿热炉镍铁渣无害化利用的附加值。

[0004] 目前，有最新相关研究使用再生细骨料来制备陶瓷砖胶粘剂，以达到节约河砂、增加再生细骨料附加值的效果。中国发明专利CN112028567A中公开了一种用全再生细骨料制

备陶瓷砖胶粘剂的方法。但是，全再生细骨料的来源为建筑物废弃物，其级配与颗粒特性不

良，发明中公布的陶瓷砖胶粘剂只达到《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547?2017)中C1?普通型陶瓷

砖胶粘剂的性能要求。

发明内容[0005] 本发明针对阳江市镍渣大量排放、堆积以及广东省砂资源短缺的一系列问题，提供了一种矿热炉镍铁渣陶瓷砖胶粘剂的制备方法，在缓解环保压力的同时减少了天然砂资

源的消耗。

[0006] 本发明针对矿热炉镍铁渣的特性，应用了Dinger_Funk紧密堆积模型对矿热炉镍铁渣机制砂的级配进行优化，并且矿热炉镍铁渣自身具有一定的火山灰活性，可以进一步

提高陶瓷砖胶粘剂的拉伸粘结强度。使其不仅能够达到陶瓷砖胶粘剂的用砂要求，还节约

了水泥消耗量，可以再较低的水泥含量下达到《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547?2017)中C2?增强

型陶瓷砖胶粘剂的性能要求。使用矿热炉镍铁渣机制砂制备陶瓷砖胶粘剂在缓解了建材行

业砂资源缺口的同时，有效提升了镍渣资源化利用的经济效益。本发明具有节约自然资源，

保护环境的重要意义。

[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：[0008] 一种矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂，其组分按质量百分比包括：水泥10％～20％，镍渣复合矿物掺合料2％～5％，偏高岭土3％～5％，矿热炉镍铁渣机制砂70％～

80％，可再分散乳胶粉1％～3％，纤维素醚0.1％～0.3％，早强剂0％～0.2％。

[0009] 优选的，所述矿热炉镍铁渣机制砂的粒径为：在0.075mm以下的含量为20％～25％，粒径在0.15mm以下的含量为40％～45％，粒径在0.3mm以下的含量为65％～70％，粒

径在0.6mm以下的含量为98％～100％。

[0010] 优选的，所述矿热炉镍铁渣机制砂是以RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中产生的矿热炉镍铁渣经破碎筛分而得的机制砂。

[0011] 优选的，所述镍渣复合矿物掺合料是以RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中产生的高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣、不锈钢精炼混合渣中的两种或三种经复配粉磨而得的

复合掺合料。

[0012] 优选的，所述水泥为42.5R硅酸盐水泥。[0013] 优选的，所述偏高岭土的45μm筛余量为0.2％～0.5％，比表面积为15m2/g～20m2/g。

[0014] 优选的，所述可再分散乳胶粉为乙烯?醋酸乙烯酯共聚物和丙烯酸酯?苯乙烯共聚物中的一种或两种。

[0015] 优选的，所述纤维素醚为甲基羟乙基纤维素醚和甲基羟丙基纤维素醚中的一种或两种；

[0016] 优选的，所述早强剂为甲酸钙。[0017] 上述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的制备方法，将所述矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的各组分搅拌混合即可得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂。

[0018] 上述的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂在胶粘陶瓷砖中的应用，水与所述矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂按质量比为0.18～0.20：1进行混合搅拌后使用。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：[0020] 由于本发明中的矿热炉镍铁渣陶瓷砖胶粘剂对用砂的级配进行精确控制。同时，矿热炉镍铁渣的自身具有的颗粒形貌与火山灰活性，使得本发明制备的陶瓷砖胶粘剂具有

优秀的工作性能与拉伸粘结强度。在具有较高拉伸粘结强度的同时会消耗更少的水泥。并

且使用不锈钢冶炼过程中产生的废渣制备的机制砂与复合矿物掺合料也进一步有效的降

低了陶瓷砖胶粘剂的生产成本。

附图说明[0021] 图1为应用Dinger_Funk紧密堆积模型对矿热炉镍铁渣进行级配优化试验过程中，矿热炉镍铁渣机制砂的松散堆积密度值随分布系数n不同取值的变化趋势曲线。

[0022] 图2为实施例1?5的陶瓷砖胶粘剂拉伸粘结强度图。具体实施方式[0023] 下面结合实施例对发明作进一步的阐述，但本发明的实施方式不限于此。[0024] 应用Dinger_Funk紧密堆积模型对矿热炉镍铁渣进行级配优化试验过程中，矿热炉镍铁渣机制砂的松散堆积密度值随分布系数n不同取值的变化趋势(图1)。从图1可以看

出：分布系数n为0.5时，矿热炉镍铁渣机制砂能取得最大松散堆积密度，这可以使得陶瓷砖

胶粘剂的结构更加致密，从而具有更高的拉伸粘结强度。Dinger_Funk紧密堆积模型如下：

[0025][0026] 式中：D―当前颗粒尺寸；[0027] n―分布系数；[0028] DL―最大颗粒尺寸；[0029] Ds―最小颗粒尺寸；[0030] CPTF―颗粒粒径中低于D的累计含量。[0031] 将矿热炉镍铁渣破碎后筛分为粒径在0.075mm以下、0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm四个范围，经过应用Dinger_Funk颗粒紧密堆积理论以及大量的实验

得出针对矿热炉镍铁渣机制砂的最紧密堆积级配为：0.075mm以下的含量为20％～25％，粒

径在0.15mm以下的含量为40％～45％，粒径在0.3mm以下的含量为65％～70％，粒径在

0.6mm以下的含量为98％～100％。在此搭配下，用于制备陶瓷砖胶粘剂的矿热炉机制砂能

够达到最大的松散堆积密度。

[0032] 实施例中所用级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂的粒径为：在0.075mm以下的含量为25％，粒径在0.15mm以下的含量为41％，粒径在0.3mm以下的含量为65％，粒径在0.6mm

以下的含量为100％。

[0033] 实施例中所用没有级配优化的矿热炉镍铁渣仅做通过0.6mm方孔筛处理。[0034] 实施例中所用石英砂也未作级配优化，仅做通过0.6mm方孔筛处理。[0035] 实施例中所用偏高岭土的45μm筛余量为0.2％，比表面积为16m2/g。[0036] 实施例中所用镍渣复合矿物掺合料是以RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中产生的高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣、不锈钢精炼混合渣三种渣经复配粉磨而得的复合掺

合料。

[0037] 实施例1[0038] 石英砂陶瓷砖胶粘剂的原材料：42.5(R)硅酸盐水泥、石英砂、可再分散乳胶粉(乙烯?醋酸乙烯酯共聚物)、纤维素醚(甲基羟乙基纤维素醚)、偏高岭土、镍渣复合矿物掺合

料、早强剂(甲酸钙)；

[0039] 将上述原料按比例(原料配比见表1)搅拌混合得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂；

[0040] 使用时加入使陶瓷砖胶粘剂达到稠度为70mm～90mm的水(以下实例为相同稠度要求)，实际操作的水料比为0.17:1。

[0041] 实施例2[0042] 未级配优化的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的原材料：42.5(R)硅酸盐水泥、未级配优化的矿热炉镍铁渣机制砂、可再分散乳胶粉(乙烯?醋酸乙烯酯共聚物)、纤维素醚

(甲基羟乙基纤维素醚)、偏高岭土、镍渣复合矿物掺合料、早强剂(甲酸钙)；

[0043] 将上述原料按比例(原料配比见表1)搅拌混合得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂；

[0044] 使用时水料比为0.17:1。[0045] 实施例3[0046] 级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的原材料：42.5(R)硅酸盐水泥、级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂、可再分散乳胶粉(乙烯?醋酸乙烯酯共聚物)、纤维素醚

(甲基羟乙基纤维素醚)、偏高岭土、镍渣复合矿物掺合料、早强剂(甲酸钙)；

[0047] 将上述原料按比例(原料配比见表1)搅拌混合得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂；

[0048] 使用时水料比为0.17:1。[0049] 实施例4[0050] 级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的原材料：42.5(R)硅酸盐水泥、级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂、可再分散乳胶粉(乙烯?醋酸乙烯酯共聚物)、纤维素醚

(甲基羟乙基纤维素醚)、偏高岭土、镍渣复合矿物掺合料、早强剂(甲酸钙)；

[0051] 将上述原料按比例(原料配比见表1)搅拌混合得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂；

[0052] 使用时水料比为0.18:1。[0053] 实施例5[0054] 级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的原材料：42.5(R)硅酸盐水泥、级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂、可再分散乳胶粉(乙烯?醋酸乙烯酯共聚物)、纤维素醚

(甲基羟乙基纤维素醚)、偏高岭土、镍渣复合矿物掺合料、早强剂(甲酸钙)；

[0055] 将上述原料按比例(原料配比见表1)搅拌混合得到矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂；

[0056] 使用时使用时水料比为0.20:1。[0057] 测试例[0058] 将实施例1?5制备的胶粘剂进行粘结陶瓷砖，按照标准《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547?2017)中规定的测试方法测试原强度、浸水强度和晾置20min的强度。

[0059] 实施例1?5的具体配合比见表1，强度数据见图2。[0060] 表1实施例陶瓷砖胶粘剂配合比[0061][0062] 实施例1中所用的砂为石英砂，其原拉伸粘结强度为1.12MPa达到《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547?2017)标准中C2?增强型陶瓷砖胶粘剂1.0MPa的要求。

[0063] 实施例2中所用的砂为级配优化前的矿热炉镍铁渣机制砂，其原拉伸粘结强度为1.23MPa,对比实施例1可以看出，矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂在达到与石英砂陶瓷

砖胶粘剂相同强度等级时，所用水泥量更少，这是矿热炉镍铁渣自身的火山灰活性带来的

优势。

[0064] 实施例3中所用的矿热炉镍铁渣机制砂为级配优化后的，其拉伸粘结强度达到《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547?2017)标准中C1?普通型陶瓷砖胶粘剂等级为0.5MPa的要求时水泥

用量仅占10.5％。

[0065] 在实例4、5中适当提升水泥用量后陶瓷砖胶粘剂的拉伸粘结强度进一步增强，达到《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547?2017)标准中C2?增强型陶瓷砖胶粘剂等级要求。

[0066] 对比实施例2、4、5看出，经过级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂水泥用量为14.5％与18.0％，级配优化之前的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂水泥用量为

23.4％时。实例4与5的原拉伸粘结强度分别为1.18MPa和1.55MPa,而实施例2为1.23MPa。这

体现出级配优化对陶瓷砖胶粘剂性能的巨大提升效果。

[0067] 以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，

均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。