CN103588405B - 利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法。它依次包括以下步骤：1）、将钢渣水洗后进行固液分离，并控制固体含水的重量百分比为5～10%，得到尘泥干燥基；2）向尘泥干燥基中加入混凝土缓凝剂和矿化剂，混合均匀，其中，混凝土缓凝剂的重量为尘泥干燥基重量的0.1～0.5%，矿化剂的重量为尘泥干燥基重量的3.5～10.5%；3）将尘泥干燥基进一步干燥，使其含水量为0.1～1.0%，得到地质聚合物粗产品；4）将地质聚合物粗产品粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地质聚合物产品。该方法能将钢渣水洗球磨泥用作地质聚合物材料，并能解决钢渣水洗产生的污泥造成的环境污染问题，实现资源二次有效利用。
Description
技术领域
本发明属于冶金渣处理及资源化利用技术领域，具体是指一种利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法。
背景技术
钢渣水洗球磨泥是粒径小于30mm的磁性钢渣通过加水湿式球磨磁选粒子钢后的尾渣，再经过二级湿式磁选装置磁选后所剩尾渣液经过沉淀池分级自然沉淀而得到的一种污泥，其实质仍是一种钢渣尾渣，在生产现场俗称为尾泥。通过对钢渣水洗球磨泥取样分析发现，与未水洗球磨的钢渣尾渣相比，两者化学成分相差无几，其中，钢渣水洗球磨泥的P2O5和铁含量有所降低，CaO、SiO2、Al2O3、SO3和碱度有所增加。但由于长时间浸泡，钢渣水洗球磨泥活性物质基本上都与水反应完全。钢渣水洗球磨泥细度小、易渗水，饱和含水率约为20%，难以脱水，干燥后又容易板结，从而导致难以运输和堆放，严重污染了生产现场。同时该污泥含磷、硫很高，不适合直接用于水泥和其他建材。
地质聚合物（Geopolymer）是近年来国际上研究非常活跃的非金属材料之一。地质聚合物(Geopolymer)的概念在上个世纪70年代末首先由J.Davidovits提出。该材料是近年来新发展起来的、有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异综合性能的新型材料。它是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。地质聚合物被认为是由地球化学作用(Geochemistry)或人工模仿地质合成作用(Geosynthesis)而制造出的、以无机聚合物为基体的、坚硬的人造岩石。它具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点引起了国内外材料专家的极大兴趣。
钢渣水洗球磨泥的碱度处于2.9～3.3之间，属于中偏高水平，具有较高的潜在活性，且其放射性较低，远低于国家相关标准。这些良好的基本性能为钢渣水洗球磨泥用于地质聚合物提供了可能性。将钢渣水洗球磨泥通过加工制作成地质聚合物，将很好地提高了钢渣水洗球磨泥的综合利用附加值，解决钢渣水洗球磨泥目前污染环境的难题，更为重要的是，用钢渣水洗球磨制备地质聚合物材料的工艺中无需使用如生产硅酸盐水泥那样大量消耗资源和能源的“两磨一烧”煅烧工艺，且二氧化碳排放少，据研究地质聚合物生产过程中排放的二氧化碳仅为硅酸盐水泥的五分之一。因此，如何保持住钢渣球磨泥本身的活性，以及用作建材后的稳定性，并资源化利用钢渣水洗球磨泥是一项迫切而重要的工作。
发明内容
本发明的目的就是提供一种利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，该方法能有效地将钢渣水洗球磨泥用作地质聚合物材料，并能解决钢渣水洗产生的污泥造成的环境污染问题，实现资源二次有效利用。
为解决上述问题，本发明的利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，依次包括以下步骤：
1）、将钢渣水洗后进行固液分离，并控制固体含水的重量百分比为5～10%，得到尘泥干燥基；
2）向尘泥干燥基中加入混凝土缓凝剂和矿化剂，混合均匀，其中，所述混凝土缓凝剂的重量为所述尘泥干燥基重量的0.1～0.5%，所述矿化剂的重量为所述尘泥干燥基重量的3.5～10.5%；
3）将尘泥干燥基进一步干燥，使其含水量为0.1～1.0%，得到地质聚合物粗产品；
4）将地质聚合物粗产品粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地质聚合物产品。
进一步地，所述的混凝土缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或者几种。
更进一步地，所述的矿化剂是由高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种与碱性物质在850～1100℃下自然煅烧25～95min形成的矿化混合物，其中，高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种组合物与碱性物质的重量比为0.2～4.5:1。
还进一步地，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾中的一种或者几种。
本发明的利用钢渣水洗球磨泥生产地址聚合物的方法以钢渣水洗球磨泥为主要原料，经过预处理、加入添加剂、干燥控水，粉磨等步骤，得到了强度与市售水泥相当、综合性能优良应用范围广泛的地质聚合物，从而解决了以前钢渣水洗球磨泥在建材中无活性、发生膨胀等不良现象，为钢渣水洗球磨泥的综合利用提供了一条新的途径，可以减少钢渣水洗球磨泥抛弃对环境的污染，真正实现“变废为宝”，有利于环境治理和环境保护。其中，在尘泥干燥基中加入混凝土缓凝剂能有效地保持钢渣的水化特性，即保持具有水活性，使钢渣尘泥不水化、不胶凝，在后期与水化合后能具备一定强度，若不保持活性，钢渣作为地质聚合物就没有强度。矿化剂的加入相当于水泥中加入熟料，增加地聚物的胶凝性能。
同时，本发明的地质聚合物可以取代普通水泥和非金属填料，广泛应用于汽车和航空工业、非铁铸造及冶金、土木工程、交通及抢修工程、塑料工业、核泄漏和重金属污染抢险、矿山回填等领域，可以形成废物的综合利用，最大限度地提高固体废弃物的利用附加值。
附图说明
图1为利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法作进一步详细说明。
实施例1
利用湖北某大型钢铁集团下属钢渣处理企业生产在脱硫钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，其生产工艺流程如附图所示，具体包括以下步骤：
1）对钢渣进行水洗，在2小时内对尘泥和水采取选矿工艺进行固液分离，使尘泥的含水重量降低到5%，得到尘泥干燥基；
2）立即向尘泥干燥基加入脱硫石膏作为环保型混凝土缓凝剂，其加入量为尘泥干燥基重量的0.1%，同时加入矿化剂，矿化剂是由高岭土和海泡石按照质量比1:1组合后与氢氧化钠在1000℃下自然煅烧35min形成的矿化混合物，高岭土和海泡石组合物与氢氧化钠的质量比为1:5；矿化剂的加入量按照重量计算，为尘泥干燥基的3.5%，这样使尘泥的含水量进一步减少，并保持原有活性；
3）将上述钢渣尘泥产品经烘干机进行干燥，使其含水量控制在0.5%，得到地质聚合物粗产品；
4）将上述地质聚合物粗产品粉磨，使其粒度保持在400m2/kg，得到地质聚合物产品。
经检测，该地质聚合物强度与32.5的普硅水泥相当，其3、7、28d的抗压强度分别达到了非承重墙体建筑材料MU20、MU25和MU30的强度等级标准，可以用于矿山回填用结合剂、外墙保温结合剂等。
实施例2
利用安徽马鞍山某大型钢铁集团下属钢渣处理企业生产在转炉钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，其操作流程如附图所示，具体包括以下步骤：
1）对钢渣进行水洗，在1小时内对尘泥和水采取选矿工艺进行固液分离，使尘泥的含水重量降低到8%，得到尘泥干燥基；
2）立即向尘泥干燥基中加入柠檬酸石膏作为环保型混凝土缓凝剂，其加入量为尘泥干燥基重量的0.3%，同时加入矿化剂，矿化剂是由膨润土和高岭土按照质量比1:1组合后与氢氧化钠在950℃下自然煅烧42min形成的矿化混合物，高岭土和海泡石组合物与氢氧化钠的重量比为1:5；矿化剂的加入量为尘泥干燥基重量的4.0%；这样使尘泥的含水量进一步减少，并保持原有活性；
3）将上述钢渣尘泥产品经烘箱进行干燥，使其含水量控制在0.1%，得到地质聚合物粗产品；
4）将上述地质聚合物粗产品粉磨，使其粒度保持在500m2/kg，得到地质聚合物产品。
经检测，该地质聚合物强度与32.5的普硅水泥相当，其3、7、28d的抗压强度分别达到了非承重墙体建筑材料MU20、MU25和MU30的强度等级标准，可以用于矿山回填用结合剂、外墙保温结合剂等。
实施例3
利用上海某钢铁企业下属钢渣处理企业生产在电炉钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，具体包括以下步骤：
1）对钢渣进行水洗，在1小时内对尘泥和水采取选矿工艺进行固液分离，使尘泥的含水重量降低到5%，得到尘泥干燥基；
2）立即向尘泥干燥基中加入磷石膏作为环保型混凝土缓凝剂，其加入量为尘泥干燥基重量的0.2%，同时加入矿化剂，矿化剂是由膨润土与碳酸氢钠在1050℃下自然煅烧50min形成的矿化混合物，膨润土与碳酸氢钠的重量比为1:1；矿化剂的加入量按照重量计算，为尘泥干燥基的5.5%；这样使尘泥的含水量进一步减少，并保持原有活性；
3）将上述钢渣尘泥产品经烘箱进行干燥，使其含水量控制在0.1%，得到地质聚合物粗产品；
4）将上述地质聚合物粗产品粉磨，使其粒度保持在450m2/kg，得到地质聚合物产品。
经检测，该地质聚合物强度与32.5的普硅水泥相当，其3、7、28d的抗压强度分别达到了非承重墙体建筑材料MU20、MU25和MU30的强度等级标准，可以用于矿山回填用结合剂、外墙保温结合剂等。
实施例4
利用江苏某钢铁企业下属钢渣处理企业生产在电炉钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，具体包括以下步骤：
1）对钢渣进行水洗，在1.5小时内对尘泥和水采取选矿工艺进行固液分离，使尘泥的含水重量降低到8%，得到尘泥干燥基；
2）立即向尘泥干燥基中加入磷石膏作为环保型混凝土缓凝剂，其加入量为尘泥干燥基重量的0.5%，同时加入矿化剂，矿化剂是由膨润土与海泡石按照质量比1:1组合后与碳酸钠在1000℃下自然煅烧60min形成的矿化混合物，膨润土和海泡石组合物与碳酸钠的重量比为2:1，；矿化剂的加入量按照重量计算，为尘泥干燥基的9.5%；这样使尘泥的含水量进一步减少，并保持原有活性；
3）将上述钢渣尘泥产品经烘箱进行干燥，使其含水量控制在0.5%，得到地质聚合物粗产品；
4）将上述地质聚合物粗产品粉磨，使其粒度保持在500m2/kg，得到地质聚合物产品。
经检测，该地质聚合物强度与32.5的普硅水泥相当，其3、7、28d的抗压强度分别达到了非承重墙体建筑材料MU20、MU25和MU30的强度等级标准，可以用于矿山回填用结合剂、外墙保温结合剂等。
Claims (3)
1.一种利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，其特征在于：它依次包括以下步骤：
1)、将钢渣水洗后进行固液分离，并控制固体含水重量百分比为5～10％，得到尘泥干燥基；
2)向尘泥干燥基中加入混凝土缓凝剂和矿化剂，混合均匀，其中，所述混凝土缓凝剂的重量为所述尘泥干燥基重量的0.1～0.5％，所述矿化剂的重量为所述尘泥干燥基重量的3.5～10.5％；所述矿化剂是由高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种与碱性物质在850～1100℃下自然煅烧25～95min形成的矿化混合物，其中，高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种与碱性物质的重量比为0.2～4.5:1；
3)将尘泥干燥基进一步干燥，使其含水量为0.1～1.0％，得到地质聚合物粗产品；
4)将地质聚合物粗产品粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地质聚合物产品。
2.根据权利要求1所述的利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，其特征在于：所述混凝土缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或者几种。
3.根据权利要求1或2所述的利用钢渣水洗球磨泥生产地质聚合物的方法，其特征在于：所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾中的一种或者几种。
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