CN101182138A - 一种钢渣性能优化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对一种钢渣性能优化处理方法。采用以下步骤：取一定量的钢渣，加入占钢渣重量百分比为2－10％的钙质材料(以CaO计)、1－5％硅质材料(以SiO2计)、1－4％铝质材料(以Al2O3计)，共同混合研磨成细粉，进行煅烧，烧成温度为1200℃－1550℃，煅烧完成后，在出渣口通过风冷或水冷，快冷造粒，研磨，得优化钢渣。本发明的有益效果是，从本质上优化了钢渣的矿物组成，提高钢渣的体积稳定性和水硬活性，使钢渣得到大量的、高效的资源化利用，同时使水泥、混凝土及其它相关制品降低成本和资源消耗，并有利于环境保护。
Description
(一)技术领域
本发明属于钢渣综合利用的技术领域，涉及对钢渣进行成分的调制及性能优化处理的钢渣性能优化处理方法。
(二)背景技术
钢渣是生产炼钢过程中排出的熔渣，2006年我国的钢产量约为3.6亿吨，全年各类钢渣近6000万吨，全国钢渣累计积存量达到3亿多吨。大量钢渣弃置堆积，既污染环境又占用大量的土地，同时造成了资源的浪费，影响钢铁工业的可持续发展，亟待解决。因此，有必要对钢渣进行减量化、资源化和高价值综合利用研究，使之变废为宝。如何实现钢渣高效的回收利用，是我国钢铁工业以及建材工业等相关产业面临的重要课题之一。对钢渣组成的分析表明，钢渣含有类似水泥熟料中的一些矿物，如C3S、C2S及铁铝酸盐等矿物，具有一定潜在的胶凝性，可以作为制备水泥的混合材料。然而，目前该领域研究成果工程化应用明显偏低，其根本原因在于钢渣中的有效活性组分的含量偏少、活性偏低，游离氧化钙和游离氧化镁含量高(一般钢渣的游离氧化钙为3-6％，游离氧化镁为4-11％)，而且钢渣组成的波动性较大，严重制约它的应用。因此，迫切需要采用一种新的技术和方法，对钢渣的组成进行优化，克服目前钢渣在组成和结构方面存在的固有缺陷，实现钢渣优质化处理的目标，为其在水泥和混凝土的生产中大量而高效地应用奠定基础。
(三)发明内容
为了提高钢渣的利用率和附加值，使之资源化，变废为宝，本发明的目的在于提供一种钢渣性能优化处理方法，通过向钢渣中加入一定的材料，并经加热处理，使添加的材料与钢渣进行物相形成反应，生成高活性矿物，提高钢渣的水化活性，同时消除或降低钢渣中的有害组分——游离氧化钙和游离氧化镁等的含量，改善钢渣的体积稳定性。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明的钢渣性能优化处理方法，采用以下步骤：取一定量的钢渣，加入占钢渣重量百分比为2-10％的钙质材料(以CaO计)、1-5％硅质材料(以SiO2计)、1-4％铝质材料(以Al2O3计)，共同混合研磨成细粉，进行煅烧，烧成温度为1200℃-1550℃，煅烧完成后，在出渣口通过风冷或水冷，快冷造粒，研磨，得优化钢渣。
上述本发明的处理方法，所述的钙质材料为3-9％，硅质材料为1-4％，铝质材料为1-3％，所述的烧成温度为1300℃-1450℃。
上述本发明的处理方法，所述细粉的比表面积300-400m2/Kg。
本发明的钢渣优化处理工艺和技术，处理后钢渣的f-CaO含量低于2％，压蒸安定性试验合格，28d活性指数达到85％，在42.5等级的复合水泥中，钢渣掺量不低于30％，各项物理性能指标均符合国家标准要求。
本发明所加入的钙质材料主要为方解石、石灰石、泥灰岩、白垩以及钙质工业废渣等。硅质材料主要为各种粘土、砂岩、某些工业废渣(如：赤泥、粉煤灰、煤矸石等)。铝质材料主要为铝矾土和煤矸石等。
本发明的处理方法，加入一定量的钙质、硅质、铝质等材料。其主要的反应是，添加的组分调整材料所含的CaO、Al2O3、SiO2等与钢渣中的已有组分，如硅酸二钙、含铁矿物及游离氧化钙和氧化镁等进行物相形成反应，分别形成硅酸三钙、铝酸盐和铁铝酸盐等高活性矿物，对钢渣的矿物组成和结构进行重构，从而使钢渣性能得到优化。
本发明是通过向原始钢渣中加入少量的价格低廉的钙质、硅质、铝质等材料，经过适当的加热处理，促进添加材料与钢渣进行物相反应，吸收钢渣中的有害组分，形成具有较高活性的矿物，同时显著降低有害组分的含量，从而达到优化钢渣的组成和性能的目标，提高钢渣的利用率和附加值，降低水泥和混凝土的生产成本，进而降低建筑工程的造价，同时减少或者消除钢渣对环境的污染；另外钢渣在水泥和混凝土中利用量的增加，必将减少水泥熟料的用量，进而减少水泥生产对资源的消耗和CO2的排放量。
本技术工艺简单，在钢渣中添加少量组分调制材料，利用简单的工艺设备即可完成对钢渣组成和性能的优化。
本发明的要点是发明了一种钢渣性能优化处理新工艺，通过向原始钢渣中添加适当组分材料并使之尽量均匀，对其化学成分进行调制，通过适当的热处理，使之发生固液相反应，形成具有较高水硬性的矿物组分，同时减少或消除游离CaO、MgO等有害组分的含量，改善其体积稳定性。最后在出渣口通过风冷或水冷，快冷造粒，进一步提高钢渣的活性。最终使钢渣性能得到优化，达到作为高活性水泥混合材和混凝土掺合料以及制备其它建筑材料制品的要求。
本发明的有益效果是，比一般的钢渣处理方法，从本质上优化了钢渣的矿物组成，提高钢渣的体积稳定性和水硬活性，使钢渣得到大量的、高效的资源化利用，同时使水泥、混凝土及其它相关制品降低成本和资源消耗，并有利于环境保护。
(四)附图说明
图1为发明实施例1的XRD分析图。下图是未经处理的原始钢渣的XRD分析图，上图为优化钢渣的XRD分析图。图中，1-C2S，2-C3S，3-Fe1.5Ca0.5[SiO3]2，4-Fe2O3，5-C2F，6-MgO。
图2为发明实施例1的SEM图。图2(a)是原始钢渣的SEM图，图2(b)是优化钢渣的SEM图。
图3为发明实施例1的钢渣混合水泥硬化28d浆体的SEM图。图3(a)是以原始钢渣为混合材的水泥硬化浆体的SEM图，图3(b)是以优化钢渣为混合材的水泥硬化浆体的SEM图。
(五)具体实施方式
如无特殊说明，本发明所述的均为重量百分比。
原始钢渣选取济南钢铁集团排放的钢渣，其化学成分为：CaO38.96％，SiO2 13.27％，Fe2O3 22.62％，FeO 9.17％，Al2O3 1.59％，MgO6.68％，P2O5 1.45％，MnO2 2.22％，烧失量及其它4.34％。其中游离CaO为2.6％，游离MgO为6.68％。
实施例1：
以原始钢渣为准，将原始钢渣中添加组分调整原料石灰石(以CaO计为4.47％)、粘土(以SiO2计为2.19％)和铝矾土(以Al2O3计为1.86％)，共同混合粉磨至比表面积325m2/Kg。用1600℃硅钼棒炉对添加组分调整原料的钢渣进行煅烧，烧成温度为1300℃。煅烧完成后，在出渣口通过风冷，快冷造粒，研磨，得优化钢渣。
钢渣经以上优化处理后，f-CaO含量约为1.2％左右，压蒸安定性合格，28天活性指数约为89.6％。
钢渣经优化处理前后的XRD分析图如图1所示，上图为优化后的XRD分析图，下图为优化前原始钢渣的XRD分析图。图中，1-C2S，2-C3S，3-Fe1.5Ca0.5[SiO3]2，4-Fe2O3，5-C2F，6-MgO。从图1中可以看出，优化钢渣中的胶凝性矿物的含量明显提高，而有害组分游离氧化钙和游离氧化镁的含量则明显降低。
实施例1的原始钢渣和优化钢渣的SEM图如图2所示。图2(a)是原始钢渣的SEM图，图2(b)是优化钢渣的SEM图。从图2可以看出，优化钢渣生成了一些晶界清晰且晶型完整的物质。这表明钢渣经过优化处理已经生成了较多的胶凝性矿物。
实施例1的钢渣混合水泥硬化28d浆体的SEM图如图3所示。图3(a)是以原始钢渣为混合材的水泥硬化浆体的SEM图，图3(b)是以优化钢渣为混合材的水泥硬化浆体的SEM图。从图3可以看出，优化钢渣硬化浆体生成的水化产物较多，大量的絮状水化凝胶填充在孔隙中，因而其孔隙较少，结构比较致密。与之相比，原始钢渣硬化浆体生成的水化产物较少，可以观察到部分未参与反应的钢渣颗粒分布在硬化浆体之中，其孔隙较多，硬化浆体结构疏松；此外，还可以明显观察到大量的CH富集、定向排列在硬化浆体的界面处。
以上测试结果说明，钢渣经优化处理后，其水化活性得到显著提高，安定性得到改善。
实施例2：
将原始钢渣中添加组分调整原料石灰石(以CaO计为6.82％)、粘土(以SiO2计为1.52％)和铝矾土(以Al2O3计为2.11％)，共同混合粉磨至比表面积336m2/Kg。用1600℃硅钼棒炉对添加组分调整原料的钢渣进行煅烧，烧成温度为1300℃。煅烧完成后，在出渣口通过水冷，快冷造粒，研磨，得优化钢渣。
钢渣经以上优化处理后，f-CaO含量约为1.8％左右，压蒸安定性合格，28天活性指数约为87.6％。
实施例3：
将原始钢渣中添加组分调整原料石灰石(以CaO计为2.27％)、粘土(以SiO2计为4.28％)和铝矾土(以Al2O3计为1.20％)，共同混合粉磨至比表面积336m2/Kg。用1600℃硅钼棒炉对添加组分调整原料的钢渣进行煅烧，烧成温度为1300℃。煅烧完成后，在出渣口通过风冷，快冷造粒，研磨，得优化钢渣。
钢渣经以上优化处理后，f-CaO含量约为1.0％左右，压蒸安定性合格，28天活性指数约为85.2％。
上述实施例1、2和3制备的优化钢渣，与原始钢渣相比，其性能对比见表1：
表1优化钢渣与原始钢渣的主要物理性能比较
| 试样编号 | 安定性 | 28天抗压强度(MPa) | |
| 未加石膏 | 添加5％石膏 | ||
| 原始钢渣实施例1优化钢渣实施例2优化钢渣实施例3优化钢渣 | 不合格合格合格合格 | 3.1918.7516.2215.83 | 11.0651.6748.9246.58 |
Claims (3)
1.一种钢渣性能优化处理方法，其特征在于采用以下步骤：
取一定量的钢渣，加入占钢渣重量百分比为2-1 0％的钙质材料(以CaO计)、1-5％硅质材料(以SiO2计)、1-4％铝质材料(以Al2O3计)，共同混合研磨成细粉，进行煅烧，烧成温度为1200℃-1550℃，煅烧完成后，在出渣口通过风冷或水冷，快冷造粒，研磨，得优化钢渣。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述的钙质材料为3-9％，硅质材料为1-4％，铝质材料为1-3％，所述的烧成温度为1300℃-1450℃。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述细粉的比表面积300-400m2/Kg。
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