CN105130215A

CN105130215A - 一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉及其制备方法

Info

Publication number: CN105130215A
Application number: CN201510506943.6A
Authority: CN
Inventors: 田键; 申盛伟
Original assignee: Hubei Hubei University Tianshu New Energy Materials Industry Research & Design Institute Co Ltd
Current assignee: Hubei Hubei University Tianshu New Energy Materials Industry Research & Design Institute Co Ltd
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明属于工业固体废弃物及钢渣高效综合利用处置技术领域，具体涉及一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉及其制备方法。本发明的特征是根据钢渣颗粒特性及有价金属存在形式，采用机械与化学共激发技术实现钢渣的活化与改性，从而制备出适用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉。本发明配套工艺简单，钢渣处置效率高，在回收有价金属铁的基础上，实现了钢渣微粉的整体高附加值利用，所制备的钢渣加气混凝土具有体积稳定、强度高、吸水率低、保温性能好的优点。这不仅缓解了钢渣堆存造成的环境及占地问题，同时提高了钢渣的高效资源化利用水平，并促进了新型节能建筑材料的发展，具有较高的综合效益。

Description

一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉及其制备方法

技术领域

本发明属于工业固体废弃物及钢渣高效综合利用处置技术领域，具体涉及一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉及其制备方法。

背景技术

随着我国钢铁工业的迅速发展，钢产量不断提高，同时伴随钢铁冶炼过程的废渣产生量也逐年攀升。据统计，仅2013年，我国钢渣产生量就高达1.01亿t，而钢渣综合利用率仅为30％。截止目前，我国钢渣总堆存量已超过10亿t，这不仅对周边生态环境造成严重破坏，占用大量土地资源，也成为制约我国新型工业化发展的重大难题。因此，解决数量庞大的钢渣堆存问题，实现钢渣高效资源化利用，已成为钢铁行业打造循环经济产业链，实现工业转型升级的关键问题。

目前，国外在钢渣整体利用水平上较为完善。一方面，国外钢铁冶炼技术较为成熟和先进，在钢渣产生量上控制严格；另一方面，钢渣整体再利用多以路基材料或集料为主，利用率基本达到100％。相比之下，我国钢渣堆存量庞大，成分更为复杂，有价元素含量较高，粗放式地简单利用不能有效缓解严重的堆存现状，同时产品附加值较低，造成了资源的严重浪费。近年来，我国对钢渣制备辅助胶凝材料以及新型建筑材料研究较多，但由于钢渣活性差及体积稳定性等问题，应用规模十分有限。为提高钢渣反应活性，国内外学者做过大量研究：利用高温蒸养条件改善钢渣结构与成分，提高钢渣水泥或混凝土制品的早期强度；通过高温急冷保证钢渣中胶凝矿物相的活性；采用粉磨设备(辊压机、立磨、球磨机、气流磨等)对钢渣进行充分粉磨，并辅以磁选和筛选分离回收有价金属成分，从而提高钢渣的胶凝性能。此外，还有一些专家提出了关于热态钢渣改性的新型处置方法(如CN201110326107.1，CN201210303171.2)，即利用高温态钢渣与校正材料的化合反应提高钢渣中活性组分，优化矿物相结构体系。但在实际生产应用中，都存在技术不成熟，配套设备不完善，改性材料成分波动大，工业化操作水平较低等问题，目前还没有得到大规模推广和应用。

为了解决上述钢渣利用中存在的问题，本发明主要针对现有堆存量庞大的钢渣，根据钢渣颗粒特性及有价金属存在形式，通过利用机械与化学共激发技术，改善钢渣的致密度，提高并激发钢渣的活性组分，进而制备出一种适用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉，从而拓展了钢渣的利用途径，实现其资源化大规模利用，同时产生显著的经济、环境和社会效益。

发明内容

本发明一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉及其制备方法，其目的在于解决钢渣堆存所造成的环境污染及占用大量土地的问题，实现钢渣的高效资源化及大规模利用，推进钢铁行业产业结构调整与转型升级。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，包括如下步骤：

1)预破碎和多级磁选

首先，利用起重电磁铁分离钢渣中的大块金属铁，然后，将钢渣送入预破碎和磁选系统，通过破碎机多级递减钢渣颗粒表面能以及对粒子铁进行分离和磁选回收，提高钢渣的易磨性及金属铁回收率，制备得到粒径＜5mm的钢渣细颗粒，进入下一道工序；

2)辊压机系统与精细化选粉

将步骤1)得到的钢渣细颗粒经静态选粉机打散、分级后，通过辊压机系统循环递减颗粒表面能，进行钢渣细颗粒的高效粉磨，并由静态选粉机分选出比表面积≥100m²/kg的钢渣细粉进入精细化选粉系统，再通过高效分级式选粉和干式选粉，进行高密度、大粒径金属颗粒与活性矿物微粉的分离，以及活性矿物微粉的富集回收，其中，金属颗粒通过干式选粉机富集在有价金属微粉中，比表面积≥150m²/kg活性矿物微粉风选进入袋式收尘器富集，并进入球磨机系统进一步活化处置；

3)球磨机深度加工及微粉化学改性

经收尘器富集的活性矿物微粉送入球磨机开路系统进行表面修型及机械活化，同时通过掺入外加剂和调节剂，利用机械与化学共激发对钢渣微粉进行颗粒形貌及成分改性，得到比表面积≥450m²/kg、比重2.9～3.2、活性指数达到S65的高活性钢渣微粉。

具体的，步骤1)中，所述预破碎和磁选系统包括粗破碎机、细破碎机、振动筛和磁选设备。其中，设备规格及物料循环次数可根据钢渣种类及颗粒特性进行匹配调整。

具体的，步骤2)中，所述辊压机系统包括静态选粉机、中间仓、辊压机和斗式提升机。

具体的，步骤2)中，所述精细化选粉系统包括分级式选粉机、干式选粉机和袋式收尘器。优选的，可选干式选粉机型号为TS1050—2400。

具体的，步骤3)中，所述球磨机开路系统包括球磨机、外加剂喷入装置和调节料仓。优选的，球磨机具有特殊磨内结构(ZL201120371290.2)，粉磨效率较高。

具体的，步骤3)中，所述外加剂选自氢氧化钠、三乙醇胺、氯化钙、硅酸钠中的任意一种或多种的混合，掺量为0.5～1.5wt％。调节剂为二水石膏，掺量为3～5wt％。优选的，还添加辅助钙质材料，所述辅助钙质材料选自生石灰、矿渣中的任意一种或多种的混合，掺量为5～15wt％。

具体的，步骤1)中，所述钢渣为热闷、水淬、热泼或风淬产生的钢渣。

本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的钢渣微粉。

本发明的有关机理解释：

钢渣的主要成份为CaO，SiO₂，Fe₂O₃，MgO，主要矿物相为C₂S，C₃S，RO固溶体以及钙铁相，另外还有少量C₄AF，f-CaO，方镁石等。本工艺在钢渣预破碎和磁选基础上，采用一级辊压机闭路循环，充分结合钢渣特性与机械能、化学能、表面能的共性匹配，使钢渣各矿物相组分实现高度分离，通过精细化高效干式选粉机的多级相分离技术，回收提取钢渣中的RO固溶体以及钙铁相等高密度金属矿物，使钢渣微粉的易磨性及活性组分比例得到大幅提高；利用二级开路球磨系统对钢渣微粉进行深度加工，通过外加剂和调节剂的掺入，促进钢渣中玻璃体的解聚，进一步提高钢渣活性组分的发挥；此外，特殊的磨内结构改善了钢渣微粉的颗粒特性，优化了颗粒形貌及级配，提高了微粉比表面积，降低了标准稠度需水量，满足其作为加气混凝土钙质材料的性能要求。

优势及特点

1、本发明制备工艺简单，运行效率高，产品性能稳定。通过充分利用辊压机循环系统的破碎功，大幅提高了粉磨效率，降低了系统能耗。

2、多级磁选和精细化干式选粉相结合，能够有效分选出钢渣中的有价金属矿物相，同时降低钢渣微粉的比重，提高钢渣在建筑墙体材料中的应用水平，带来较高的经济附加值。

3、通过球磨机开路系统的深度加工，利用机械与化学共激发技术，使钢渣微粉活性得到提高，颗粒特性得到优化，用于取代钙质材料制备加气混凝土具有强度高、保温性能好、吸水率低等优点，对新型节能建筑材料的发展具有推动作用。

4、本发明属于工业固体废弃物资源化利用技术领域，能够有效解决钢渣利用率低，钢渣堆存产生环境污染、资源浪费的问题，同时提高钢渣制品附加值，符合当前新型工业化道路下的可持续发展战略要求，市场前景广阔。

附图说明

图1为本发明制备工艺的示意流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解实施例仅用于说明本发明而不限于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例中采用A公司的钢渣作为实施对象，制备一种适用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉，具体工艺如下：

将钢渣预磁选后送入一级破碎机中进行粗碎，粗碎后经一级磁选和筛分，粒径≥40mm的返回一级破碎机循环，＜40mm的颗粒进入二级破碎机细碎；粗碎物料经二级破碎机细碎后，通过二级磁选及筛分，粒径≥5mm返回二级破碎机循环，＜5mm的细颗粒进入下一道工序；将合格的细料通过辊压机闭路循环系统进行高效粉磨，经静态选粉机选出合格的细粉进入分级式选粉机；经高度分散和分级后，比表面积≥150m²/kg的细粉风选进入收尘器中，其余颗粒进入干式选粉机在重力作用下分离出高密度金属矿物微粉，轻质细粉则经风选回到收尘器；将收尘器中细粉送入球磨机系统进行加工，同时通过掺入外加剂和调节剂对钢渣微粉进行成分改性。经该工艺处理后，钢渣微粉的主要性能指标见表一：

表一A公司金属提取与钢渣微粉性能指标

磁选铁品位	干选铁品位	比表面积	微粉比重	活性指数
					85％	52％	439m²/kg	3.06	S65

将上述钢渣微粉掺入40wt％用于制备加气混凝土，经混合搅拌、浇注、静停切割、蒸养后，得到加气混凝土砌块绝干表观密度为716.5kg/m³，抗压强度达到5.6MPa。

实施例2

本实施例中采用B公司的钢渣作为实施对象，制备一种适用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉，具体工艺如下：

将钢渣预磁选后送入一级破碎机中进行粗碎，粗碎后经一级磁选和筛分，粒径≥40mm的返回一级破碎机循环，＜40mm的颗粒进入二级破碎机细碎；粗碎物料经二级破碎机细碎后，通过二级磁选及筛分，粒径≥5mm返回二级破碎机循环，＜5mm的细颗粒进入下一道工序；将合格的细料通过辊压机闭路循环系统进行高效粉磨，经静态选粉机选出合格的细粉进入分级式选粉机；经高度分散和分级后，比表面积≥150m²/kg的细粉风选进入收尘器中，其余颗粒进入干式选粉机在重力作用下分离出高密度金属矿物微粉，轻质细粉则经风选回到收尘器；将收尘器中细粉送入球磨机系统进行加工，同时通过掺入外加剂和调节剂对钢渣微粉进行成分改性。经该工艺处理后，钢渣微粉的主要性能指标见表二：

表二B公司金属提取与钢渣微粉性能指标

磁选铁品位	干选铁品位	比表面积	微粉比重	活性指数
					82％	50％	465m²/kg	3.17	S65

将上述钢渣微粉掺入50wt％用于制备加气混凝土，经混合搅拌、浇注、静停切割、蒸养后，得到加气混凝土砌块绝干表观密度为727.2kg/m³，强度达到5.2MPa。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所揭露技术范围内，可轻易想到的替换和改进，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)预破碎和多级磁选

2)辊压机系统与精细化选粉

3)球磨机深度加工及微粉化学改性

经收尘器富集的活性矿物微粉送入球磨机开路系统进行表面修型及机械活化，同时通过掺入外加剂和调节剂，利用机械与化学共激发对钢渣微粉进行颗粒形貌及成分改性，得到比表面积≥450m²/kg、比重2.9～3.2、活性指数达到S65的高活性的钢渣微粉。

2.根据权利要求1所述的用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述预破碎和磁选系统包括粗破碎机、细破碎机、振动筛和磁选设备。

3.根据权利要求1所述的用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述辊压机系统包括静态选粉机、中间仓、辊压机和斗式提升机。

4.根据权利要求1所述的用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述精细化选粉系统包括分级式选粉机、干式选粉机和袋式收尘器。

5.根据权利要求1所述的用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述球磨机开路系统包括球磨机、外加剂喷入装置和调节料仓。

6.根据权利要求1任一所述的用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述外加剂选自氢氧化钠、三乙醇胺、氯化钙、硅酸钠中的任意一种或多种的混合，掺量为0.5～1.5wt％；调节剂为二水石膏，掺量为3～5wt％；还添加辅助钙质材料，所述辅助钙质材料选自生石灰、矿渣中的任意一种或多种的组合，掺量为5～15wt％。

7.根据权利要求1至6任一所述的用于加气混凝土钙质材料的钢渣微粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述钢渣为热闷、水淬、热泼或风淬产生的钢渣。

8.一种根据权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到的钢渣微粉。