CN104609749A

CN104609749A - 一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料

Info

Publication number: CN104609749A
Application number: CN201410810083.0A
Authority: CN
Inventors: 杨志强; 高谦; 把多恒; 王永定; 肖柏林; 侯春
Original assignee: Jinchuan Group Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Jinchuan Group Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-05-13

Abstract

本发明公开了一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料，该充填凝胶材料以重量百分比计包括：16％—18％电厂烟气脱硫石膏、4％—6％生石灰、1%—3%工业芒硝、1%—2%亚硫酸钠和71％—78％水淬渣，其中水淬渣的碱性系数M₀<1.0，质量系数1.2<M<1.6，活性系数M_a<0.3。使用本发明的充填胶凝材料制备的充填砂浆流动性好，充填体强度高，在相同配比条件下，与32.5#普通硅酸盐水泥具有相同的充填体强度，而材料成本只是普通硅酸盐水泥的80%~90%。

Description

一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料

技术领域

本发明涉及一种采矿用充填凝胶材料，具体涉及一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料。

背景技术

高炉水淬渣是熔融的高炉渣经水淬急冷后产生的一种具有潜在活性的粒状固体废弃物。水淬渣的主要化学成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃、FeO、MgO，其含量达到水淬渣的95%以上。一般情况下，CaO和Al₂O₃含量高，SiO₂含量低，水淬渣的活性越好，质量越高。通常采用水淬渣的质量系数、碱度系数和活性系数3个指标来评价水淬渣的质量。当水淬渣碱性系数M₀<1.0时为酸性渣，质量系数1.2<M<1.6属于低质量矿渣，活性系数M_a<0.3属于低活性矿渣。

由于钢铁厂的冶炼工艺及其原材料的不同，水淬渣的化学成分、活性系数与质量系数也不同，甚至存在较大差异。我国很多钢铁厂的水淬渣为质量不高的低活性酸性渣，例如我国酒钢、宝钢、内江、曲靖等水淬渣均为酸性渣；酒钢、曲靖、内江和江苏等水淬渣质量系数均小于1.6，属于低质量的水淬渣。酒钢矿渣的活性系数仅为0.29，为典型的低活性、低质量的酸性水淬渣。

目前对质量系数大于1.6的高活性碱性矿渣的开发利用已经取得成功，并且已经广泛应用于水泥掺合料以及制备矿用充填胶凝材料。但对于低活性、低质量的酸性渣应用目前仍存在问题，尤其利用低活性、低质量的酸性渣制备充填胶凝材料目前尚无成功案例。因此，在当前节能减排和环境保护的形势下，开发利用低质量酸性矿渣制备矿用充填胶凝材料，由此替代水泥用于充填法采矿，对固体废弃物资源化利用具有重要的实际意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料，使用本发明的充填胶凝材料制备的充填砂浆流动性好，充填体强度高，制备成本低。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料，其特征在于，该充填凝胶材料以重量百分比计包括：16％—18％电厂烟气脱硫石膏、4％—6％生石灰、1%—3%工业芒硝、1%—2%亚硫酸钠和71％—78％水淬渣。

根据上述的充填凝胶材料，其特征在于，所述电厂烟气脱硫石膏中SO₃重量百分含量大于37%，粒度分布为：d₁₀＝13.35—15.46μm、d₅₀＝38.3—40.01μm、d₉₀＝72.68—80.25μm，d_av＝42.17—44.19μm，比表面积为2326.46—2435.96cm²/cm³。

根据上述的充填凝胶材料，其特征在于，所述生石灰中CaO重量百分含量大于71%，粒度分布为：d₁₀＝3.97—5.06μm、d₅₀＝8.06—13.68μm、d₉₀＝22.19—42.21μm，d_av＝11.09—24.55μm，比表面积5720.68—8377.99cm²/cm³。

根据上述的充填凝胶材料，其特征在于，所述水淬渣的粒度分布为：d₁₀＝3.65—4.48μm、d₅₀＝7.26—12.13μm、d₉₀＝29.99—61.68μm，d_av＝12.26—24.31μm；水淬渣的碱性系数M₀<1.0，质量系数1.2<M<1.6，活性系数M_a<0.3。

本发明的有益效果：

本发明以电厂烟气脱硫石膏、生石灰和作为复合激发剂，采用芒硝和亚硫酸钠作为外加剂，对具有潜在活性的低活性酸性水淬渣进行激发，从而产生水化胶凝作用，在水化反映过程中结石硬化，形成具有强度较高的胶结充填体。本发明的激发剂材料主要为电厂废弃的脱硫石膏，材料来源广，价格低，无需粉磨加工，成本较低；水淬渣是炼铁废弃物，来源广，成本低，易于粉磨。使用本发明的充填胶凝材料制备的充填砂浆流动性好，充填体强度高，在相同配比条件下，与32.5#普通硅酸盐水泥具有相同的充填体强度，而材料成本只是普通硅酸盐水泥的80%~90%。

具体实施方式

本发明的充填胶凝材料适用于大粒径的充填骨料，其粒度分布为d₁₀＝0.25—0.33mm、d₃₀＝0.96—1.25mm、d₅₀＝3.1—3.9mm、d₉₀＝4.6—5.7mm，d_av＝5.55—6.31mm。

本发明的一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料以重量百分比计包括：16％—18％电厂烟气脱硫石膏、4％—6％生石灰、1%—3%工业芒硝、1%—2%亚硫酸钠和71％—78％水淬渣。水淬渣为低活性酸性水淬渣，其碱性系数M₀<1.0，质量系数1.2<M<1.6，活性系数M_a<0.3，粒度分布为：d₁₀＝3.65—4.48μm、d₅₀＝7.26—12.13μm、d₉₀＝29.99—61.68μm，d_av＝12.26—24.31μm。电厂烟气脱硫石膏中SO₃重量百分含量大于37%，粒度分布为：d₁₀＝13.35—15.46μm、d₅₀＝38.3—40.01μm、d₉₀＝72.68—80.25μm，d_av＝42.17—44.19μm，比表面积为2326.46—2435.96cm²/cm³。生石灰中CaO重量百分含量大于71%，粒度分布为：d₁₀＝3.97—5.06μm、d₅₀＝8.06—13.68μm、d₉₀＝22.19—42.21μm，d_av＝11.09—24.55μm，比表面积5720.68—8377.99cm²/cm³。

水淬渣的碱性系数、质量系数和活性系数的计算方法如下：

碱性系数；

质量系数；

活性系数。

下面用具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

充填凝胶材料以重量百分比计包括：16％电厂烟气脱硫石膏、4％生石灰、1%工业芒硝、1%亚硫酸钠和78％水淬渣。水淬渣为低活性酸性水淬渣，其碱性系数M₀=0.9，质量系数M=1.3，活性系数M_a=0.2，粒度分布为：d₁₀＝3.65μm、d₅₀＝7.26μm、d₉₀＝29.99μm，d_av＝12.26μm。电厂烟气脱硫石膏中SO₃重量百分含量为40%，粒度分布为：d₁₀＝13.35μm、d₅₀＝38.3μm、d₉₀＝72.68μm，d_av＝42.17μm，比表面积为2435.96cm²/cm³。生石灰中CaO重量百分含量为72%，粒度分布为：d₁₀＝3.97μm、d₅₀＝8.06μm、d₉₀＝22.19μm，d_av＝11.09μm，比表面积8377.99cm²/cm³。

充填骨料粒度分布为d₁₀＝0.25mm、d₃₀＝0.96mm、d₅₀＝3.1mm、d₉₀＝4.6mm，d_av＝5.55mm。

进行胶凝材料胶砂强度试验：根据GB-T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》检测本胶凝材料的胶砂强度。试验采用胶砂比为1:4，料浆重量浓度为80%。

由此获得的3d和7d的充填体强度分别为0.75MPa和2.17MPa。

实施例2

充填凝胶材料以重量百分比计包括：18％电厂烟气脱硫石膏、6％生石灰、3%工业芒硝、2%亚硫酸钠和71％水淬渣。水淬渣为低活性酸性水淬渣，其碱性系数M₀=0.8，质量系数M=1.4，活性系数M_a=0.25，粒度分布为：d₁₀＝4.48μm、d₅₀＝12.13μm、d₉₀＝61.68μm，d_av＝24.31μm。电厂烟气脱硫石膏中SO₃重量百分含量为38%，粒度分布为：d₁₀＝15.46μm、d₅₀＝40.01μm、d₉₀＝80.25μm，d_av＝44.19μm，比表面积为2326.46cm²/cm³。生石灰中CaO重量百分含量为75%，粒度分布为：d₁₀＝5.06μm、d₅₀＝13.68μm、d₉₀＝42.21μm，d_av＝24.55μm，比表面积5720.68cm²/cm³。

充填骨料的粒度分布为d₁₀＝0.33mm、d₃₀＝1.25mm、d₅₀＝3.9mm、d₉₀＝5.7mm，d_av＝6.31mm。

由此获得的3d和7d的充填体强度分别为1.01MPa和1.38MPa。

实施例3

充填凝胶材料以重量百分比计包括：17％电厂烟气脱硫石膏、5％生石灰、2%工业芒硝、1%亚硫酸钠和75％水淬渣。水淬渣为低活性酸性水淬渣，其碱性系数M₀=0.85，质量系数M=0.5，活性系数M_a=0.2，粒度分布为：d₁₀＝4.02μm、d₅₀＝10.55μm、d₉₀＝45.23μm，d_av＝18.36μm。电厂烟气脱硫石膏中SO₃重量百分含量为41%，粒度分布为：d₁₀＝14.45μm、d₅₀＝39.01μm、d₉₀＝75.85μm，d_av＝43.20μm，比表面积为2395.62cm²/cm³。生石灰中CaO重量百分含量为72%，粒度分布为：d₁₀＝4.57μm、d₅₀＝11.23μm、d₉₀＝33.58μm，d_av＝18.76μm，比表面积7028.53cm²/cm³。

充填骨料的粒度分布为为d₁₀＝0.29mm、d₃₀＝1.13mm、d₅₀＝3.3mm、d₉₀＝5.1mm，d_av＝5.98mm。

由此获得的3d和7d的充填体强度分别为1.16MPa和2.35MPa。

Claims

1.一种低活性酸性水淬渣制备的充填凝胶材料，其特征在于，该充填凝胶材料以重量百分比计包括：16％—18％电厂烟气脱硫石膏、4％—6％生石灰、1%—3%工业芒硝、1%—2%亚硫酸钠和71％—78％水淬渣。

2.根据权利要求1所述的充填凝胶材料，其特征在于，所述电厂烟气脱硫石膏中SO₃重量百分含量大于37%，粒度分布为：d₁₀＝13.35—15.46μm、d₅₀＝38.3—40.01μm、d₉₀＝72.68—80.25μm，d_av＝42.17—44.19μm，比表面积为2326.46—2435.96cm²/cm³。

3.根据权利要求1所述的充填凝胶材料，其特征在于，所述生石灰中CaO重量百分含量大于71%，粒度分布为：d₁₀＝3.97—5.06μm、d₅₀＝8.06—13.68μm、d₉₀＝22.19—42.21μm，d_av＝11.09—24.55μm，比表面积5720.68—8377.99cm²/cm³。

4.根据权利要求1所述的充填凝胶材料，其特征在于，所述水淬渣的粒度分布为：d₁₀＝3.65—4.48μm、d₅₀＝7.26—12.13μm、d₉₀＝29.99—61.68μm，d_av＝12.26—24.31μm；水淬渣的碱性系数M₀<1.0，质量系数1.2<M<1.6，活性系数M_a<0.3。