CN103539417B - 一种利用铁尾矿、钢渣制蒸压砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用铁尾矿、钢渣制蒸压砖的方法，采用以下重量分数比原料：铁尾矿50～70份、钢渣粉20～35份、活性掺合料5～20份、中温专用消解剂0.7～2份、石膏1.5～3份、激发剂0.3～1份、水5.3~12.5份。技术关键在于对钢渣进行物理、化学改性和活性激发，改善其安定性、提高活性。本发明制成的蒸压砖中，钢渣为主要胶凝材料，无水泥和石灰或氢氧化钙，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸压砖及利用铁尾矿、钢渣制蒸压砖的方法，具体为用经改性的钢渣粉、掺合料及助剂作主要胶凝材料代替水泥或石灰制得的铁尾矿蒸压砖及其制备方法。
背景技术
我国是矿业和钢铁大国，资源消耗巨大，尾矿和钢渣的排放量也很巨大。仅2012年我国粗钢产量7.17亿吨，产生钢渣1亿吨。全国尾矿堆积总量已达80亿吨。受地域、成分、利用技术等各种条件的制约，这两种大宗固体废弃物的利用率都较低。因此，产生大量的铁尾矿和钢渣的堆积，容易造成大气、土壤和地下水污染，引起生态破坏，甚至造成严重的人为地质灾害。经过多年的研究，我国在尾矿、钢渣的资源化利用方面取得了一些进展。其中，发明专利CN1186782A提供了一种利用尾矿制蒸压砖的技术，以含有水泥熟料的固化剂为胶凝材料。本发明则是对钢渣进行改性，作为主要胶凝材料生产尾矿蒸压砖。
钢渣是炼钢过程中产生的废渣，生成温度高（1600℃以上），其化学组成（硅酸三钙、硅酸二钙）与水泥熟料相似是一种具有潜在活性的材料。但是，钢渣中含有大量的不稳定的游离CaO、游离FeO和游离MgO，这些成分完全水化需要经历很长的时间且伴随着体积膨胀，钢渣掺量大时会造成建材制品严重开裂的体积安定性问题。这是制约钢渣在建材生产中大量应用的主要原因。因此，急需一种处理工艺技术，改善钢渣的在建材生产过程中的体积安定性问题。同时，通过活性激发技术，对钢渣-尾矿蒸压过程进行强化，提高蒸压砖的力学强度。
发明内容
本发明针对制备蒸压砖过程中钢渣掺量大时安定性差的问题，提供一种利用铁尾矿、钢渣为主要材料，并对钢渣进行改性后制备的蒸压砖及所述蒸压砖的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种蒸压砖及其制备方法。本发明所采用的具体技术方案为：
一种蒸压砖，其特征在于：由以下重量份数比的组分组成：铁尾矿50～70份、改性钢渣粉20.7～37份、活性掺合料5～20份、石膏1.5～3份、激发剂0.3～1份；其中，所述改性钢渣粉的制备方法为：将钢渣粉20~35份、中温专用消解剂0.7～2份和适量水按比例混合均匀后，送入蒸压釜中，关闭釜门、抽真空，然后通入蒸汽，混合料在蒸压釜内于70～90℃温度下改性15～20小时后取出，其中水与其他固体物料重量比（简称水料比）为0.04~0.06。
上述改性钢渣粉的重量份数是指干物料质量份数。
本发明所述蒸压砖中，所述铁尾矿中二氧化硅含量为40～56%，最大粒径≤2mm；所述钢渣粉由炼钢水淬钢渣经破碎、磁选后粉磨得到，比表面积为380～500m2/kg，游离氧化钙含量为1～5%；所述活性掺合料为Ⅲ级以上粉煤灰或矿渣粉；所述中温专用消解剂由重量比为1.5:0.5:0.5的磷酸二氢钠、硫酸钠和木质素磺酸钙组成；所述石膏为脱硫石膏或磷石膏；所述激发剂由重量比为8:2的铝酸钠和硅酸钠组成，其中，所述硅酸钠的模数为1.0（硅酸钠的模数是指硅酸钠中SiO2与Na2O的摩尔比值）。
本发明还提供上述蒸压砖的制备方法，所述制备方法采用以下重量份数比的原料：铁尾矿50～70份、钢渣粉20～35份、活性掺合料5～20份、中温专用消解剂0.7～2份、石膏1.5～3份、激发剂0.3～1份、水5.3~12.5份；所述制备方法包含如下步骤：（1）将钢渣粉、中温专用消解剂和适量水按比例混合均匀制成混合料，将混合料送入蒸压釜中，关闭釜门、抽真空，然后通入蒸汽，混合料在蒸压釜内于70～90℃温度下改性15～20小时，改性后取出改性钢渣粉；（2）将改性钢渣粉和铁尾矿、活性掺合料、石膏、激发剂和适量水按比例混合、搅拌均匀、压制成砖坯，经静置后，在180℃条件下蒸压养护6～8小时制成蒸压砖。
优选地，为更好地控制钢渣改性过程，上述制备方法，步骤（1）中水与其他固体物料重量比（简称水料比）为0.04~0.06，进一步优选为0.05。
优选地，为更好地控制蒸压砖成品质量，上述制备方法中，步骤（2）中压制砖坯的压强为25～30MPa，步骤（2）中水与其他固体物料重量比（简称水料比）为0.08~0.11，进一步优选为0.10。
优选地，本发明所述蒸压砖制备方法中，所述的铁尾矿二氧化硅含量为40～56%，最大粒径≤2mm。
所述的钢渣粉由炼钢水淬钢渣经破碎、磁选后粉磨得到，比表面积为380～500m2/kg，游离氧化钙含量为1～5%。
所述的活性掺合料为Ⅲ级以上粉煤灰或矿渣粉。
所述的中温专用消解剂以磷酸二氢钠为主要成分，由重量比为1.5:0.5:0.5的磷酸二氢钠、硫酸钠和木质素磺酸钙组成，加入中温专用消解剂主要用以解决钢渣安定性不良的问题，本发明所述中温专用消解剂，经试验证明尤其适用于70～90℃下消解。
优选地，所述的石膏为脱硫石膏或磷石膏。
所述的激发剂由重量比为8:2的铝酸钠和硅酸钠组成，其中，所述硅酸钠的模数为1.0。
步骤（1）中所使用的蒸汽可以采用本发明制备方法步骤（2）中蒸压砖生产排放的废蒸汽，可进一步降低工艺成本。
本发明的有益效果为：钢渣经物理、化学改性和活性激发，其安定性得到改善，活性提高，解决了普通钢渣中大量游离CaO、游离FeO和游离MgO在水化过程中急剧膨胀，导致蒸压砖整批开裂的问题；通过蒸压养护工艺，使钢渣中的活性组分与铁尾矿中的二氧化硅反应，生产出钢渣-尾矿蒸压砖。在蒸压砖中，钢渣作为主要胶凝材料代替传统的水泥和石灰，降低生产成本，有利于环保。由本方法制得的蒸压砖，满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
具体实施方式
实施例1
1. 钢渣改性
在20份钢渣粉中加入0.7份中温专用消解剂和适量水（水料比为0.04），钢渣混合料在蒸压釜中于70℃保温改性20小时。
2. 蒸压砖生产
配比：铁尾矿70份、改性钢渣20份、粉煤灰18份、脱硫石膏1.5份、激发剂0.3份，混合料总水料比为0.11。
生产工艺：混合料经混合搅拌、轮蹍后在30MPa下压制成型，砖坯静置3小时后，在180℃条件下蒸压养护6小时制成蒸压砖。蒸压砖满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
实施例2
1. 钢渣改性
在30份钢渣粉中加入1.5份中温专用消解剂和适量水（水料比为0.05）搅拌均匀，钢渣混合料在70℃保温改性18小时。
2. 蒸压砖生产
配比：铁尾矿60份、改性钢渣30份、粉煤灰13份、磷石膏2.2份、0.6份激发剂，混合料总水料比为0.10。
生产工艺：混合料经混合搅拌、轮蹍后在25MPa下压制成型，砖坯静置4小时后，在180℃条件下蒸压养护7小时制成蒸压砖。蒸压砖满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
实施例3
1. 钢渣改性
在35份钢渣粉中加入2份中温专用消解剂和适量水（水料比为0.06）搅拌均匀，钢渣混合料在90℃保温改性15小时。
2. 蒸压砖生产
配比：铁尾矿50份、改性钢渣35份、矿渣粉7份、脱硫石膏2.6份、1份激发剂，混合料总水料比为0.08。
生产工艺：混合料经混合搅拌、轮蹍后在27MPa下压制成型，砖坯静置4小时后，在180℃条件下蒸压养护8小时制成蒸压砖。蒸压砖满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
对比例1
（除钢渣未经改性外其他操作与实施例1相同）
蒸压砖生产工艺
配比：铁尾矿70份、钢渣（未经改性）20份、粉煤灰18份、脱硫石膏1.5份、激发剂0.3份，混合料总水料比为0.11。
生产工艺：混合料经混合搅拌、轮蹍后在30MPa下压制成型，砖坯静置3小时后，在180℃条件下蒸压养护6小时制成蒸压砖。蒸压砖满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
对比例2
（除钢渣未经改性外其他操作与实施例2相同）
蒸压砖生产工艺
配比：铁尾矿60份、钢渣（未经改性）30份、粉煤灰13份、磷石膏2.2份、0.6份激发剂，混合料总水料比为0.10。
生产工艺：混合料经混合搅拌、轮蹍后在25MPa下压制成型，砖坯静置4小时后，在180℃条件下蒸压养护7小时制成蒸压砖。蒸压砖满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
对比例3
（除钢渣未经改性外其他操作与实施例3相同）
蒸压砖生产工艺
配比：铁尾矿50份、钢渣（未经改性）35份、矿渣粉7份、脱硫石膏2.6份、1份激发剂，混合料总水料比为0.08。
生产工艺：混合料经混合搅拌、轮蹍后在27MPa下压制成型，砖坯静置4小时后，在180℃条件下蒸压养护8小时制成蒸压砖。蒸压砖满足《蒸压灰砂砖》GB11945的MU10强度等级。
实施例4
对实施例1~3以及对比例1~3所制得的蒸压砖各项性能，按照相关标准进行测定，结果如下：
表1 各实施例蒸压砖性能参数
结论：普通钢渣掺量大时，容易引起蒸压砖开裂，导致整批成品报废，本发明采用特殊工艺对钢渣进行改性，使得高掺量钢渣作为胶凝材料应用于蒸压砖制造成为可能。
Claims (9)
1.一种蒸压砖，其特征在于：由以下重量份数比的组分组成：铁尾矿50～70份、改性钢渣粉20.7～37份、活性掺合料5～20份、石膏1.5～3份、激发剂0.3～1份；其中，所述改性钢渣粉的制备方法为：将钢渣粉20~35份、中温专用消解剂0.7～2份和适量水按比例混合均匀后，送入蒸压釜中，关闭釜门、抽真空，然后通入蒸汽，混合料在蒸压釜内于70～90℃温度下改性15～20小时后取出，其中水的重量与钢渣粉和中温专用消解剂的重量总和之比为0.04~0.06；
所述铁尾矿中二氧化硅含量为40～56%，最大粒径≤2mm；所述钢渣粉由炼钢水淬钢渣经破碎、磁选后粉磨得到，比表面积为380～500m2/kg，游离氧化钙含量为1～5%；所述活性掺合料为Ⅲ级以上粉煤灰或矿渣粉；所述中温专用消解剂由重量比为1.5:0.5:0.5的磷酸二氢钠、硫酸钠和木质素磺酸钙组成；所述石膏为脱硫石膏或磷石膏；所述激发剂由重量比为8:2的铝酸钠和硅酸钠组成，硅酸钠的模数为1.0。
2.根据权利要求1所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：采用以下重量份数比的原料：铁尾矿50～70份、钢渣粉20～35份、活性掺合料5～20份、中温专用消解剂0.7～2份、石膏1.5～3份、激发剂0.3～1份、水5.3~12.5份；所述制备方法包含如下步骤：（1）将钢渣粉、中温专用消解剂和适量水按比例混合均匀制成混合料，将混合料送入蒸压釜中，关闭釜门、抽真空，然后通入蒸汽，混合料在蒸压釜内于70～90℃温度下改性15～20小时，改性后取出改性钢渣粉；（2）将改性钢渣粉和铁尾矿、活性掺合料、石膏、激发剂和适量水按比例混合、搅拌均匀、压制成砖坯，经静置后，在180℃条件下蒸压养护6～8小时制成蒸压砖。
3.根据权利要求2所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）中水与其他固体物料重量比为0.04~0.06。
4.根据权利要求2所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：步骤（2）中压制砖坯的压强为25～30MPa；步骤（2）中水与其他固体物料重量比为0.08~0.11。
5.根据权利要求2或3所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：所述铁尾矿中二氧化硅含量为40～56%，最大粒径≤2mm；所述钢渣粉由炼钢水淬钢渣经破碎、磁选后粉磨得到，比表面积为380～500m2/kg，游离氧化钙含量为1～5%。
6.根据权利要求2或3所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：所述活性掺合料为Ⅲ级以上粉煤灰或矿渣粉。
7.根据权利要求2或3所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：所述中温专用消解剂由重量比为1.5:0.5:0.5的磷酸二氢钠、硫酸钠和木质素磺酸钙组成。
8.根据权利要求2或3所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：所述石膏为脱硫石膏或磷石膏。
9.根据权利要求2或3所述的蒸压砖的制备方法，其特征在于：所述激发剂由重量比为8:2的铝酸钠和硅酸钠组成，其中硅酸钠的模数为1.0。
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