CN101544480B - 球磨钢渣尾泥活性粉掺合料及其在制备混凝土中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球磨钢渣尾泥活性粉掺合料及在制备混凝土中的应用。首先将含水量较高球磨钢渣尾泥自然风干晾晒至含水率10％以下，然后在一定的温度进行烘干脱水热处理，使钢渣尾泥的含水量降至4％以下内，将天然石膏与烘干破碎后的球磨钢渣尾泥按比例配入球磨机粉磨至一定的细度，即可作为混凝土掺合料应用；采用合适的混凝土配合比，球磨钢渣尾泥活性粉掺合料可以按20～40％wt部分替代水泥胶材，即可制备C20～C45强度等级的混凝土。本发明高效利用了钢铁企业的固体废弃物，变废为宝，且生产工艺简单，混凝土生产成本显著降低，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

球磨钢渣尾泥活性粉掺合料及其在制备混凝土中的应用

技术领域

本发明涉及一种球磨钢渣尾泥活性粉掺合料及制备混凝土的应用方法，属于建材、环保技术领域。

背景技术

钢渣是钢铁企业炼钢过程中产生的副产品，绝大部分为转炉钢渣，目前，由于国内各大钢铁公司的转炉钢渣绝大部分仍采取粗放型的湿法处理方式，即红热钢渣经打水淬裂成块渣后，送渣场破碎、磁选和筛分，磁选后的尾渣在含铁量(TFe含量20％左右)较高的情况下，除小部分用于生产钢渣粉在建材领域得到应用外，大部分尾渣则被用于筑路与填埋土地等，不仅浪费资源，而且污染环境。转炉钢渣中一般含有5％～9％的金属铁和14％～20％的含铁磁性物质。目前国内外钢铁工业采用各种方法破碎转炉钢渣，以提取钢渣中的铁和铁磁性物质，作为炼铁原料回收利用。一般情况，破碎的块度愈小，提取金属铁和含铁磁性物质的比例也愈高，为此，国内部分钢铁企业采用湿法水洗球磨技术对粒度较小的钢渣进行磨碎、水洗、磁选处理，尽可能多的回收钢渣中的含铁成分，生产粒钢和钢精粉，同时也产生大量的钢渣污泥。如果不采取有效技术措施对钢渣污泥进行合理利用，大量的污泥将对环境造成污泥，同时占用大量的土地，对钢铁企业的清洁生产和环境保护将非常不利。迄今为止，国内采用球磨生产线深度处理钢渣尾渣回收渣钢的钢厂很少，其钢渣尾泥均用于生产免烧砖或建筑砌砖，由于受生产成本及销售市场的限制，基本是亏本经营。因此，这种钢渣尾泥有待于在其他领域中得到开发利用。

混凝土已经成为全世界建筑行业的主要结构材料，而活性超细粉体也随着建筑业的发展已经成为国内生产混凝土不可缺少的掺合料。钢渣活性超细粉体本身就是微晶结构，采取恰当的活化方法或者直接使用同样可以作为混凝土的原料。掺有超细钢渣粉的混凝土具有水化热低、抗侵蚀、抗微缩、与钢筋的结合力强、后期强度高等特点，能显著改善混凝土的强度和耐久性，应用领域更加广泛，同时可以使混凝土的成本大大降低。使用超细钢渣掺合料，每立方米混凝土可节约成本20～40元。同时利用活性钢渣粉作为混凝土的高效掺合料对于改善环境保护、促进国民经济的可持续发展具有重大的社会意义。

CN1401607公开了一种用于混凝土的复合型低放热高活性超细粉掺合料及其制造方法和其性能检验方法。该复合型低放热高活性超细粉掺合料由钢渣、粉煤灰、粒化高炉矿渣、磷渣中不少于二种废渣加少量石膏复合制成。其中按重量百分比计算为：1.钢渣50～95％，粉煤灰5～50％；2.钢渣15～85％，粒化高炉矿渣10～80％，粉煤灰5～50％，石膏0～5％；3.钢渣15～85％，磷渣10～80％，粉煤灰5～50％，石膏0～5％。该复合型掺合料比表面积≥400m²/kg，均匀性指数≥80％(重量)，活性指数≥75％(强度比值)，流动度比≥95％，掺入水泥中取代30％水泥时使胶凝材料3天水化放热量减少20％以上，7天水化放热量减少15％以上。该复合型掺合料采用以下三种方法之一制造：(1)将各种原料分别单独粉磨至比表面积≥400m²/kg，然后按照给定比例混合均匀。(2)将各种原料分别单独粉磨至比表面积≥200m²/kg，按照给定比例混合，然后将混合物粉磨至比表面积400m²/kg。(3)将各种原料分别粉碎至直径小于50mm，按照给定比例混合，然后将混合物粉磨达到比表面积≥400m²/kg。

CN1318528公开了一种水泥和混凝土高效掺合料，其特征在于：是由含有钢渣、锰渣、镁渣、镍渣、矿渣等冶金工业废渣和激发剂混合而成的混合体。

发明内容

为了进一步开拓球磨钢渣尾泥的资源化利用途径，克服现有技术中混凝土掺合料资源不足的问题，本发明提供一种球磨钢渣尾泥活性粉掺合料及其在混凝土生产上的应用，实现球磨钢渣尾泥高附加值利用的同时，使混凝土的综合性能得到提高。

发明概述

本发明研究发现，钢渣经水洗球磨后产生的尾泥，除含铁量减少外，其他主要成分与钢渣相比变化不大，而且球磨钢渣尾泥经水洗处理后，其中的游离氧化钙和氧化镁大部分得到消解生成了Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，使得其作为掺合料对钢渣水泥和混凝土的体积安定性的影响大幅度减小。而国内建材领域的学者认为，经湿法水洗球磨处理后的钢渣尾泥，其化学活性与水硬活性均有较大程度的降低，并不适于生产高附加值的建材产品，只适合于生产建筑砌砖和免烧砖等，这不仅大大限制球磨钢渣尾泥的应用，而且钢渣的价值也未得到最大化利用。国内至今未见将球磨钢渣尾泥活性粉作为掺合料成功应用于混凝土生产的报道。本发明克服现有技术的偏见，首次成功地将球磨钢渣尾泥活性粉用于混凝土生产，球磨钢渣尾泥的含水量较高，在20％左右，在应用于混凝土生产前，需对其进行烘干脱水和破碎处理。

发明详述

一种球磨钢渣尾泥活性粉掺合料，重量份组成为：钢渣尾泥100份，天然石膏5-8份，经球磨机粉磨至勃氏比表面积至500m²/kg-600m²/kg。所述的钢渣尾泥为转炉钢渣经湿法球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥，并经热处理含水量在4％以下。

本发明球磨钢渣尾泥活性粉掺合料的制备方法，步骤如下：

(1)将含水量较高的大块球磨钢渣尾泥饼破碎至50～100cm，自然晾晒或利用冶金生产的废热进行鼓热风，使球磨钢渣尾泥的含水率至9～10％。

(2)采用颚式破碎机将步骤(1)得到的球磨钢渣尾泥破碎至9～10cm，在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使球磨钢渣尾泥的含水率降至4％以下，冷却至28～30℃。

上述在100℃～120℃温度进行烘干热处理是利用冶金生产的余热锅炉产生的蒸汽作为热源的。

(3)将天然石膏破碎至5～10mm，按球磨钢渣尾泥重量的5～8％wt取天然石膏，与破碎后的球磨钢渣尾泥一起送入球磨机粉磨，磨至勃氏比表面积至500m²/kg-600m²/kg，出料即得。

在生产过程中，由于从水洗球磨系统出来的钢渣饼泥含水量较高，且粘性较强，不利于后续工艺的直接加工利用，必须通过烘干预处理对尾泥进行干燥后才能进行后续的活化处理。本发明的方法为节约能源，在生产条件允许的情况下，在烘干处理前将含水量较高的大块湿球磨钢渣尾泥饼经简单破碎至50～100cm左右后，利用阳光和自然风进行自然晾晒，使尾泥的含水率至10％左右。若生产安排比较紧凑时，则可以考虑利用就近的冶金生产工序的废热进行鼓热风进行快速烘干使含水率降至4％以下。

本发明球磨钢渣尾泥活性粉掺合料的应用，其特征在于用作混凝土的掺合料。

按照国家“普通混凝土配合比技术规定”，以300～450kg/m³的水泥胶材标准总量计，掺入水泥胶材标准总量的20～40％wt的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料，等量替代部分水泥胶材，配制不同强度的混凝土，混凝土其他配料按现有技术及国家标准。

以上方法所得混凝土的性能和抗压强度按GB/50080-2002、GB/50081-2002要求进行测试。混凝土浇注后，在实验室静置24h后拆模，然后在养护室标准养护。抗压强度采用100mm×100mm×100mm立方体试件。

以上方法所得混凝土产品是C20～C45强度等级的混凝土，适合于泵送要求。

与现有技术相比，本发明的技术特点及优良效果如下：

1、本发明所采用的球磨钢渣尾泥与常规的钢渣不同，是常规转炉钢渣经破碎磁选后的钢渣尾渣，再经水洗球磨工艺处理后产生的尾泥，由于球磨钢渣尾泥经水洗处理后，其化学活性与水硬活性与常规钢渣相比均有较大程度的降低，但尾泥中的游离氧化钙和氧化镁经水洗后大部分得到消解生成了Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，使得其作为掺合料对钢渣水泥和混凝土的体积安定性的影响远远小于常规钢渣所造成的不良影响。

2、本发明将球磨钢渣尾泥粉作为活性掺合料成功应用于混凝土的生产，在不影响混凝土力学强度的前提下，消除游离氧化钙对混凝土体积安定性的不良影响，可以节约水泥，降低混凝土的生产成本，增加经济性。

2、球磨钢渣尾泥活性粉掺合料具有物美价廉的优点，在等量替代部分水泥胶材后附加值大幅度提高，在混凝土泵送过程中，它还发挥着良好的微珠效应，增强混凝土的可泵性和抗侵蚀能力，硬化过程中还能发挥其活性效应。

3、球磨钢渣尾泥活性粉掺合料掺入混凝土后，能降低混凝土的水化热温升，保证混凝土早期强度，提高后期强度，增强混凝土的抗磨损性能和抗腐蚀性能，提高混凝土耐久性。且由于这种混凝土力学强度好，微膨胀，抗渗水性好，耐腐蚀，水化热低，和易性好等优点，可以满足绝大部分的土木工程要求。

4、在混凝土强度等级不变的前提下，水泥胶材总量是一个关键参数，混凝土中掺入的水泥胶材越少，混凝土的生产成本越低；本发明以300～450kg/m³的水泥胶材标准总量计，掺入水泥胶材标准总量的20～40％wt的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料，等量替代水泥胶材，较大地降低了混凝土生产成本。

5、本发明最突出的特点在于高效利用了钢铁企业的固体废弃物，充分反映了变废为宝，发展循环经济的特点，且生产工艺简单，混凝土生产成本显著降低，经济效益、社会效益和环境效益显著。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用的球磨钢渣尾泥产自莱芜钢铁泰东实业公司资源利用分公司，转炉炼钢钢渣采用露天水淬法处理，经“三破五选”后的尾渣，粒径≤5mm的颗粒占95％以上，经湿法水洗球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥。球磨钢渣尾泥的化学成分如表1所示。

表1球磨钢渣尾泥主要化学成分分析结果

实施例中的混凝土的原料如下：

选用P.O 42.5水泥作为水泥胶材；选用粒径为5～31.5mm、含泥量为0.6％、泥块含量为0.3％、针片状颗粒含量为8％、压碎指标值为17％、表观密度为2680kg/m³的碎石作为粗骨料；选用细度模数为3.1、含泥量为1.6％、泥块含量为0.5％、表观密度为2590kg/m³的河砂为细骨料；选用减水率达20％以上的市售GT-C2高效减水剂作为混凝土减水剂。

实施例1：球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料及在制备混凝土中的应用

球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料，重量份组成为：钢渣尾泥100份，天然石膏5份。制备方法如下：

(1)将含水量较高的大块湿球磨钢渣尾泥饼经简单破碎至50～100cm后，利用阳光和自然风进行自然晾晒，使球磨钢渣尾泥的含水率至10％；

(2)上述经自然凉晒后的球磨钢渣尾泥，采用颚式破碎机将大块的尾泥破碎至10cm下，利用钢铁企业余热锅炉产生的蒸汽作为热源对含水量在10％的钢渣尾泥在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使尾泥的含水率降至4％以下，冷却至30℃。

(3)将天然石膏破碎至10mm以下，按5％的重量比与破碎后的球磨钢渣尾泥一起送入球磨机粉磨，使钢渣尾泥粉的勃氏比表面积至500m²/kg-550m²/kg；得球磨钢渣尾泥活性粉掺合料。

按规定每立方米混凝土中P.O 42.5水泥胶材总量原应为320kg标准计，将以上步骤(3)得到的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料等量代替20％wt的水泥胶材，即每立方米混凝土按以下重量比配料：P.042.5水泥256kg，球磨钢渣尾泥活性粉掺合料64kg，水160kg，粗骨料(石子)1015kg，细骨料(砂)860kg，减水剂按0.025％的比例加入即可。产品性能列于表3中。

实施例2-6：球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料制备方法同实施例1，所不同的是球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料应用时配料重量比各不相同，具体用量及产品性能见表2。

表2球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料应用实例

表2中混凝土产品性能的检测方法按国际标准。

实施例7：球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料及应用

球磨钢渣尾泥活性粉作混凝土掺合料，重量份组成为：钢渣尾泥100份，天然石膏7份。制备方法同实施例1。

将以上球磨钢渣尾泥活性粉掺合料等量代替30％wt的水泥胶材(按规定每立方米混凝土中P.O 42.5水泥胶材总量原应为320kg)，即每立方米混凝土按以下重量比配料：P.O 42.5水泥224kg，球磨钢渣尾泥活性粉掺合料96kg，水160kg，粗骨料(石子)1015kg，细骨料(砂)860kg，减水剂按0.025％的比例加入即可。

Claims (5)

1.一种球磨钢渣尾泥活性粉掺合料，重量份组成为：钢渣尾泥100份，天然石膏5-8份，经球磨机粉磨至勃氏比表面积至500m²/kg-600m²/kg；

所述的钢渣尾泥为转炉钢渣经湿法球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥，并经热处理含水量在4％以下；

是按以下方法制备的：

(1)将大块球磨钢渣尾泥饼破碎至50～100cm，自然晾晒或利用冶金生产的废热进行鼓热风，使球磨钢渣尾泥的含水率至9～10％；

(2)采用颚式破碎机将步骤(1)得到的球磨钢渣尾泥破碎至9～10cm，在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使球磨钢渣尾泥的含水率降至4％以下，冷却至28～30℃；

(3)将天然石膏破碎至5～10mm，按球磨钢渣尾泥重量的5～8wt％取天然石膏，与破碎后的球磨钢渣尾泥一起送入球磨机粉磨，磨至勃氏比表面积至500m²/kg-600m²/kg，出料即得。

2.如权利要求1所述的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的在100℃～120℃温度进行烘干热处理是利用冶金生产的余热锅炉产生的蒸汽作为热源的。

3.权利要求1球磨钢渣尾泥活性粉掺合料的应用，其特征在于用作混凝土的掺合料。

4.如权利要求3所述的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料的应用，其特征在于以300～450kg/m³的水泥胶材标准总量计，掺入水泥胶材标准总量的20～40％wt的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料，等量替代水泥胶材，配制不同强度的混凝土。

5.如权利要求4所述的球磨钢渣尾泥活性粉掺合料的应用，其特征在于所得混凝土产品是C20～C45强度等级的混凝土。