CN103435278B - 一种提高钢渣水化活性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用重力、磁力或者静电场分选出其中的RO相；本发明的另一种方法，可以组合分选出RO相。本发明通过分选RO相来提高钢渣的水化活性，过程中不会改变钢渣活性矿物特性。原钢渣粉、分选RO相后钢渣粉，粉磨到相同粒度水平，以钢渣粉：矿渣粉：石膏粉=35:60:5的比例配制成水泥，分选RO相钢渣粉配制水泥的终凝时间缩短5.5小时，28天抗压强度提高8.5MPa。采用组合分选方式，可以使活性钢渣粉产品中RO相含量降低到5%以下，而RO相产品的纯度提高到90%以上。因此本发明可提高钢渣的水化活性，分选后得到的钢渣为作为胶凝性矿物含量较高的建材原料。
Description
技术领域
本发明属于钢渣处理技术领域，特别涉及一种提高钢渣水化活性的方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程产生的废渣，中国2011年粗钢产量达到68 388.3万t，钢渣产生量约10 942.1万t，2010年钢渣综合利用率仅为21%。钢渣含有硅酸盐水泥熟料的胶凝性矿物：阿利特（A矿）、贝利特（B矿）、铁铝酸盐，能用作水泥混合材或水泥生料原料。钢渣还含有约30%RO相(二价金属氧化物固溶体)惰性矿物，过多掺入钢渣影响水泥的早期性能。现有的钢渣改性方法：1）强化粉磨的机械力活化、蒸气养护、加激发剂的化学活化。这需要额外的能耗或激发剂，仅仅是强化或加速钢渣中胶凝性矿物的水化，而对占钢渣中约30%的RO相几乎没有作用，因此该方法只能有限地改善钢渣或钢渣水泥的性能，不能从根本上克服钢渣活性低的缺陷。2）钢渣高温重构技术。排渣时向熔融态钢渣中加入组分调节料，使两者发生化学反应以生成活性矿物。实施该技术不仅影响炼钢生产，而且固、液组分混合不均匀，盛渣容器边角残留未反应的粉料。钢渣中RO相在高温重构过程中或保留原来的结构，或转变为新的惰性矿物-镁铁尖晶石（MgFe2O4），甚至分解出危害水泥安定性的方镁石，而不能转变为活性矿物来改善钢渣的活性，钢渣28d活性指数仅提高4%-8%。总之，现有提高钢渣水化活性技术，没有涉及到处理钢渣中30%的RO相惰性矿物，不能从根本上解决钢渣水化活性低的问题，要使钢渣作为性能稳定和具有良好胶凝性的混合材而大规模应用，必须开发一种新的钢渣处理技术。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高钢渣水化活性的方法，将RO相从钢渣中分选出来，从而提高钢渣的水化活性，分选后得到的钢渣作为胶凝性矿物含量较高的建材原料。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用重力、磁力或者静电场分选出其中的RO相。
所述钢渣粉的颗粒粒度小于65μm。
所述利用重力分选是在分散介质中将钢渣粉按粒度分级，切割粒径为r，30μm＜r＜45μm，大于r的为粗粒级，即RO相产品；小于r的为细粒级，即活性钢渣粉产品。
所述利用重力分选是在分散介质中将钢渣粉按照密度分级，RO相密度4.0～4.5g/cm3，伴生矿物密度≤3.28g/cm3，重组分即为RO相产品，轻组分即为活性钢渣粉产品。
所述利用重力分选是将钢渣粉在重力场和离心场中按沉降速率大小不同分级，钢渣粉颗粒在重力场中的沉降末速率u1＝d2(ps-p)g/(18μ)，钢渣粉颗粒在离心场中的沉降末速率u2＝d2(ps-p)ω2r/(18μ)。式中：d为颗粒粒径；Ps、P分别为颗粒、空气密度；μ为空气黏度；ω为颗粒在离心场运动角速率；r为旋转运动半径；g为重力加速度。RO相组分密度和粒度大，而伴生矿物密度和粒度小，则沉降速率大的物料为RO相产品，沉降速率小的物料为活性钢渣粉产品。
所述利用磁力分选是在背景磁感应强度约为0.774T的中磁场中进行分选，磁性精矿为RO相产品，非磁性的尾矿为活性钢渣粉产品。
所述利用静电场分选是在电势为－15～－18kV的高压静电选矿机中进行分离，导体矿物即为RO相产品，非导体矿物即为活性钢渣粉产品。
更佳地，一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，将钢渣粉进行重力分选，所得的活性钢渣粉经过磁力分选得到终活性钢渣粉产品；磁力分选获得的RO相与重力分选获得的RO相，选择如下两种分选方法之一进行提纯：
方法1，将混合的RO相物料利用静电场分选得到终RO相产品，并将所得的活性钢渣粉返回到钢渣粉原料，再次进行分选；
方法2，将混合的RO相物料进行二段粉磨，然后再经过磁力分选得到终RO相产品，并将所得的活性钢渣粉返回到钢渣粉原料，再次进行分选。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明首次提出通过分选RO相来提高钢渣的水化活性，通过实验证明，原钢渣粉、分选RO相后钢渣粉，粉磨到相同粒度水平，以钢渣粉：矿渣粉：石膏粉=35:60:5的比例配制成水泥，分选RO相钢渣粉配制水泥的终凝时间缩短5.5小时，28天抗压强度提高8.5MPa。
（2）本发明利用钢渣中RO相与伴生矿物物理性质或物理化学性质的差异将其分选出来，过程中不会改变钢渣活性矿物特性，能够保证分选效果。
（3）经过粉磨制得的钢渣粉，用机械筛分分级，细组分中RO相含量由原钢渣中的28.85%，降到20%以下；在重介质溶液中分离，轻组分中RO相含量降低到24%以下；用涡流选粉机和袋式分离器组合，最细组分中RO相的含量可降低到9%以下。
（4）RO相含量为28.85%的钢渣粉，用中等磁场强度磁选机分选，非磁性产品中RO相降低到15%以下；若将钢渣粉经过900℃氧化焙烧，非磁性产品中RO相含量降低到8%以下。RO相含量为28.85%的钢渣粉，用高压静电选矿机分选，非导体矿物中RO相含量降低到20%以下。
（5）将上述3种分选方式有效组合，可以使活性钢渣粉产品中RO相含量降低到5%以下，而RO相产品的纯度提高到90%以上。
附图说明
图1为本发明方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例一
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用重力分选出其中的RO相，具体过程如下：
将原钢渣经过棒磨机破碎到5mm以下，选除物料中剥离的金属铁后，在盘式磨或立式辊磨中粉磨，钢渣粉粒度小于65μm，使RO相单体矿物解离度达到80%以上。钢渣粉经过磁力除铁器剔除粉磨解离的金属铁颗粒，将钢渣粉分散在惰性液体介质中或空气介质中，用筛孔尺寸约为30μm～45μm的筛子筛分。筛上的粗粒级产品为RO相产品；筛下的细粒级产品为活性钢渣粉产品。
实施例二
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用重力分选出其中的RO相，具体过程如下：
将原钢渣经过棒磨机破碎到5mm以下，选除物料中剥离的金属铁后，在盘式磨或立式辊磨中粉磨，钢渣粉粒度小于65μm，使RO相单体矿物解离度达到80%以上。钢渣粉经过磁力除铁器剔除粉磨解离的金属铁颗粒，将钢渣粉分散在重液（如二碘甲烷，密度3.32g/cm3等）或重悬浮液（高密度的固体颗粒和水构成的固液两相分散体系，如硅铁或磁铁矿与水构成的两相分散体系，混合密度约为3.32g/cm3）。钢渣粉在重液或重悬浮液中上浮的组分为轻组分（密度≤3.32g/cm3），即活性钢渣粉产品；在重液或重悬浮液中沉降的组分为重组分（密度≥3.32g/cm3），即RO相产品。
或者，可以在空气介质中分散并一定水平速度抛落，颗粒在重力作用下沉降，颗粒密度不同降落点离抛落点的距离不同。距离近的物料为重组分（密度≥3.32g/cm3），即RO相产品；距离远的物料为轻组分（密度≤3.32g/cm3），即活性钢渣粉产品。
实施例三
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用重力分选出其中的RO相，利用重力分选是将钢渣粉在重力场和离心场中按沉降速率大小不同分级，钢渣粉颗粒在重力场中的沉降末速率u1＝d2(ps-p)g/(18μ)，钢渣粉颗粒在离心场中的沉降末速率u2＝d2(ps-p)ω2r/(18μ)。式中：d为颗粒粒径；Ps、P分别为颗粒、空气密度；μ为空气黏度；ω为颗粒在离心场运动角速率；r为旋转运动半径；g为重力加速度。RO相组分密度和粒度大，而伴生矿物密度和粒度小，则沉降速率大的为RO相产品，沉降速率小的为活性钢渣粉产品。具体过程如下：
将原钢渣经过棒磨机破碎到5mm以下，选除物料中剥离的金属铁后，在盘式磨或立式辊磨中粉磨，钢渣粉粒度小于65μm，使RO相单体矿物解离度达到80%以上。钢渣粉经过磁力除铁器剔除粉磨解离的金属铁颗粒，然后在空气介质中将钢渣粉按粒度分级，由旋风筒分离器和袋式收尘器组成的分离收集系统。将旋风筒分离器分选的切割粒径约为30μm，其收集的粗粒级物料为RO相产品，在袋式收尘器收集的细粒级物料为活性钢渣粉产品。
沉降速率大小与颗粒粒径、密度、离心角速率、半径等因素有关，即取决于钢渣粉的颗粒特征和分选设备的结构特征。
实施例四
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用磁力分选出其中的RO相，具体过程如下：
利用选择性粉磨作用强的粉磨设备制备钢渣粉，钢渣粉粒度小于65μm，使RO相单体矿物解离度达到80%以上。因为RO相的比磁化率(0.6～4.6)×10–5m3/kg，基本属于中磁性矿物，而伴生矿物的比磁化率(0.005～0.015)×10–5m3/kg，属于典型的非磁性矿物。两类矿物在磁场中受到的比磁力不同，在中等磁场强度（背景磁感应强度约为0.774T）的磁场中能进行分选，磁性精矿为RO相产品，非磁性的尾矿为活性钢渣粉产品。
实施例五
一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，然后利用静电场分选出其中的RO相，具体过程如下：
将原钢渣经过棒磨机破碎到5mm以下，选除物料中剥离的金属铁后，在盘式磨或立式辊磨中粉磨制备钢渣粉，钢渣粉粒度小于65μm，使RO相单体矿物解离度达到80%以上。
由于RO相的矿物电阻为（3.02×105～2.61×106）Ω，为导体矿物或中等导体矿物，伴生矿物的矿物电阻约为1.09×109Ω，为非导体矿物，两类矿物的矿物电阻相差约3个数量级，在电势为－15～－18kV的高压静电选矿机中能进行分离。导体矿物即为RO相产品，非导体矿物即为活性钢渣粉产品。
实施例六
如图1所示，一种提高钢渣水化活性的方法，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，将原钢渣经过棒磨机破碎到5mm以下，选除物料中剥离的金属铁后，在盘式磨或立式辊磨中粉磨设备制备钢渣粉，钢渣粉粒度小于65μm，使RO相单体矿物解离度达到80%以上。
将钢渣粉进行重力分选（粒度分级或者密度分级或者沉降分级），所得的活性钢渣经过磁力分选得到终活性钢渣粉产品。磁力分选获得的RO相与重选获得的RO相，选择如下两种分选方法之一进行提纯：
方法1，将混合的RO相物料利用静电场分选得到终RO相产品，并将所得的活性钢渣粉返回到钢渣粉原料，再次进行分选；
方法2，将混合的RO相物料进行二段粉磨，然后再经过磁力分选得到终RO相产品，并将所得的活性钢渣粉返回到钢渣粉原料，再次进行分选。
钢渣粉经过组合分选后，终活性钢渣粉中RO相的含量降低到5%以下，钢渣粉的28天活性指数比同细度原钢渣粉提高20%；终RO相产品中纯度提高到90%以上，基本满足炼铁原料的品质要求。
Claims (2)
1.一种提高钢渣水化活性的方法，其特征在于，利用粉磨设备将钢渣加工成钢渣粉，将钢渣粉进行重力分选，所得的活性钢渣粉经过磁力分选得到终活性钢渣粉产品；磁力分选获得的RO相与重力分选获得的RO相，选择如下两种分选方法之一进行提纯：
方法1，将混合的RO相物料利用静电场分选得到终RO相产品，并将所得的活性钢渣粉返回到钢渣粉原料，再次进行分选；
方法2，将混合的RO相物料进行二段粉磨，然后再经过磁力分选得到终RO相产品，并将所得的活性钢渣粉返回到钢渣粉原料，再次进行分选；
其中：
所述利用重力分选是：
在分散介质中将钢渣粉按粒度分级，切割粒径为r，30μm＜r＜45μm，大于r的为粗粒级，即RO相产品；小于r的为细粒级，即活性钢渣粉产品，所述分散介质为空气；或者，
在分散介质中将钢渣粉按照密度分级，RO相密度4.0～4.5g/cm3，伴生矿物密度≤3.28g/cm3，重组分即为RO相产品，轻组分即为活性钢渣粉产品，所述分散介质为重液或者重悬浮液密度的固体颗粒和水构成的固液两相分散体系，在重液或重悬浮液中上浮的组分为轻组分，即活性钢渣粉产品；在重液或重悬浮液中沉降的组分为重组分，即RO相产品；或者，
将钢渣粉在重力场和离心场中按沉降速率大小不同分级，钢渣粉颗粒在重力场中的沉降末速率u1＝d2(ps-p)g/(18μ)，钢渣粉颗粒在离心场中的沉降末速率u2＝d2(ps-p)ω2r/(18μ)，式中：d为颗粒粒径；Ps、P分别为颗粒、空气密度；μ为空气黏度；ω为颗粒在离心场运动角速率；r为旋转运动半径；g为重力加速度，RO相组分密度和粒度大，而伴生矿物密度和粒度小，则沉降速率大的为RO相产品，沉降速率小的为活性钢渣粉产品；
所述利用磁力分选是在背景磁感应强度为0.774T的中磁场中进行分选，磁性精矿为RO相产品，非磁性的尾矿为活性钢渣粉产品；
所述利用静电场分选是在电势为－15～－18kV的高压静电选矿机中进行分离，导体矿物即为RO相产品，非导体矿物即为活性钢渣粉产品。
2.根据权利要求1所述的提高钢渣水化活性的方法，其特征在于，所述钢渣粉的颗粒粒度小于65μm。
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