CN105366972A - 一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺及制备的石材废料水泥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺及制备的石材废料水泥。通过在石材废料所得石粉的粉末处理过程中合理设置球磨机转速和钢球配股，添加石材碎石破碎所得助磨介质，并严格控制水分含水率，可有效避免石粉在粉磨过程中的团聚和糊球现象，改善石粉粉料的颗粒级配，满足其作为水泥混合材或矿物掺和料添加到水泥混凝土中的性能要求；所述石粉作为水泥混合材可有效降低水泥生产成本，增加水泥净浆流动性和稠度；且石材废料水泥可提高混凝土的抗折抗压强度，提高混凝土后期耐久性能。本发明涉及的工艺流程简单、成本低、节能环保，适合推广应用。

Description

一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺及制备的石材废料水泥

技术领域

本发明属于固废综合利用领域，具体涉及一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺及制备的石材废料水泥。

背景技术

随着能源形势越来越严峻，工业固体废弃物不断增加，环境保护和生态可持续发展成为亟待解决的问题。石粉是石材厂在石材锯片、切削、磨片等加工工艺中产生的粉料，其粉料颗粒尺寸分布不均匀，回收利用率极低，大部分堆放未处理，对周边大气、土壤等环境产生污染，造成大量资源浪费，制约循环可持续经济发展。而石粉的化学成分与工业粉煤灰类似，二氧化硅、氧化铝占到80-98％，为其替代传统矿物掺和料或混合材提供了可能性。

近些年，大理石、石灰岩、花岗岩等石粉作为填料应用到了颜料和造纸工业中，也作为混合材或矿物掺和料应用到了混凝土制品中。在石粉粉磨过程中，物料由大变小、由粗变细，随着比表面积增大和Si-O、Al-O化学键断裂，粉磨到一定程度后会出现小颗粒结团甚至糊球、糊磨的现象。石粉本身的粒度大小、易磨性、水分及温度的差异导致颗粒粒度分布呈现双峰状，颗粒相对细的越来越细，而颗粒相对粗的却没有达到粒度要求。若不继续粉磨，石粉的粒度没有达到质量标准，若继续粉磨则很容易造成石粉的过粉磨，导致能源浪费和生产成本提高，也会影响水泥、混凝土性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺及制备的石材废料水泥，该方法能有效避免石粉在粉磨过程中的团聚和糊球现象，改善石粉粉料的颗粒级配，满足其作为水泥混合材或矿物掺和料添加到水泥混凝土中的性能要求；将所得石粉作为水泥混合材可有效降低水泥生产成本，增加水泥净浆流动性和稠度；所述石材废料水泥可提高混凝土的抗折抗压强度，提高混凝土后期耐久性能；且本发明涉及的工艺流程简单、成本低、节能环保，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺，包括以下步骤：1)对石材废料进行初步破碎、分选，过4.75mm筛；2)取4.75mm筛下所得石粉置于烘干机中进行烘干处理，出机石粉含水率严格控制在8.0-12.5wt％；3)将烘干所得石粉和助磨介质置于球磨机中进行粉磨处理，助磨介质占烘干所得石粉质量的10-35％，球磨时间控制在15-60min；4)将出磨粉料置于烘干机中进行烘干处理，控制其含水率≤1.0wt％，然后进行风力分选，收集≤0.60mm粉料(石粉粉料)入仓储藏，得石材废料水泥混合材，其比表面积350-400m²/kg，并进行粉料颗粒粒度分析；粒径大于0.60mm的粉料可部分替代二级破碎碎石循环使用。

上述方案中，所述助磨介质的制备方法为：将步骤1)过4.75mm筛，所得筛上物料除去杂物，然后置于陲式破碎机进行二级破碎，得一级破碎碎石和二级破碎碎石，其中一级破碎碎石粒径范围为9.5-13.2mm，二级破碎碎石粒径范围4.75-9.5mm；将一级破碎碎石与二级破碎碎石按6:4-5:5的质量比混合，即得所述助磨介质。

上述方案中，步骤3)所述粉磨处理过程中：球磨机工作转速占其临界转速的68-75％，球磨机的转速为25-30r/min；采用的钢球按2:4:4或3:3:4的比例填充，钢球填充率为30-45％。

上述方案中，可将规格为的钢球棒或规格为的钢棒球替代的钢球，替代率为钢球质量的10-30％。

上述方案中，所述石材废料水泥混合材的粒度控制在：≤2μm0-10％、2-18μm5-15％、18-25μm10-45％、25-38μm20-60％、38-48μm5-15％、＞48μm0-10％，其中各粒度区间以筛余质量百分比计算。

本发明还提供了一种利用上述粉磨工艺所得石材废料水泥混合材制备的石材废料水泥，它由上述石材废料水泥混合材、脱硫石膏和水泥熟料以(10-20):(1.7-2.2):100的质量比混合粉磨而成，可实现42.5等级下最佳掺量的确定，节约水泥的生产成本，达到水泥出厂检验标准要求。

本发明的原理为：

本发明通过在石材废料所得石粉球磨过程中(粉磨处理过程)合理设置球磨机转速和钢球配股，添加石材碎石破碎所得助磨介质，并严格控制水分含水率，使得石粉的出机颗粒粒度得到优化，呈现颗粒粒径连续分布，起到密实填充作用，有效避免了石粉的过粉磨和团聚现象。将破碎的石材边角料作为助磨介质并结合石粉中含有的水分，可有效解决球磨易磨性差异的问题，增加了球磨效率。同时球磨后粉料细度进一步增加，使得Si-O、Al-O化学键断，不稳定性增加，反应势垒降低，一定程度上增加了硅溶解度，提高了潜在反应活性。将所得石粉粉料替代传统的粉煤灰等水泥混合材，可使水泥成本得到有效控制，同时石粉粉料作为水泥混合材，可在水泥中起到微细集料填充效应，增加了水泥混凝土的流动性、粘聚性和致密性，并对后期耐久性也有一定的增强作用。

本发明的有益效果为：

1)对石材加工废料进行加工再处理，有效解决了石材等废料的回收利用问题，节约了自然资源，保护了生态环境。

2)通过严格控制石粉的含水率，优化球磨机钢球比例和球磨机转速，使石粉研磨效率提高5-10％，粉磨时间缩短10-30％。

3)所述石材废料水泥混合材可使水泥浆体粘聚性性能增强，混凝土沁水离析率降低，同时对混凝土中后期强度有一定的增强，同配比下，减少水泥使用量10-20kg/m³，混凝土流动性及力学性能几无变化，更加有利于节约水泥用量。

4)设计制备出了普通硅酸盐水泥，实现了42.5等级下最佳掺量的确定，节约了水泥的生产成本，符合国家标准要求。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，所述石材废料为花岗岩石材在锯片、切削、磨片等加工生产过程中产生的粉料和边角料。

所述脱硫石膏中CaO+SO₃含量为91wt％，200目筛余8.9wt％；水泥熟料采用新洲水泥厂回转窑煅烧的42.5水泥熟料。

实施例1～3

一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺，包括以下步骤：

1)对石材废料进行初步分选，过4.75mm筛；筛上部分除去杂物，然后置于锤式破碎机进行二级破碎，一级破碎碎石粒径范围9.5-13.2mm、二级破碎碎石粒径范围4.75-9.5mm；2)取4.75mm筛下所得石粉置于烘干机中进行烘干处理，出机石粉严格控制含水率(见表1所述石粉含水率)，误差±0.5；3)将烘干所得石粉和助磨介质置于球磨机中进行粉磨处理，助磨介质占粉磨粉料(烘干所得粉料)重量的10-35％，球磨时间控制在25min；4)将出磨粉料置于烘干机中进行烘干处理，控制其含水率≤1.0％，然后进行风力分选，收集≤0.60mm粉料入仓储藏，得石材废料水泥混合材，粉料比表面积380-400m²/kg。其中，所述助磨介质由步骤1)所得一级破碎碎石与二级破碎碎石混合而成，混合比例分别见表1。

步骤3)所述粉磨处理过程中：球磨机的转速占其临界转速(30r/min)的68-75％；采用的钢球按2:4:4或3:3:4的质量比例填充，钢球填充率为40％。球磨机转速和钢球配置比例分别见表1，其中实施例3采用的钢棒球替代的钢球，替代率为钢球质量的25％。

对比例与实施例1～3的粉磨工艺类似，不同之处见表1。

实施例1～3和对比例1的粉磨处理工艺参数见表1，实施例1～3和对比例1粉磨处理后所得粉料(石材废料水泥混合材)粒度分析结果见表2。

表1实施例1～3的粉磨处理工艺参数

表2实施例1～3粉磨处理后所得石粉粉料粒度分析结果(％)

从表2中可以看出，本发明优化的粉磨工艺显著改善了石粉粉料(石材废料水泥混合材)的颗粒粒度分布，18μm以下的颗粒由23％降低到14％，＞38μm的颗粒降低了8％甚至更多，提高了18-38μm粒度区间的比例，限制了≤2μm和＞38μm的比例，石粉颗粒比表面积相对低，避免了过粉磨和颗粒团聚等现象。

实施例4～6

石材废料水泥

将实施例1～3制备的石材废料水泥混合材用于制备石材废料水泥，所述石材废料水泥由石材废料水泥混合材、脱硫石膏和水泥熟料混合粉磨而成。其中：石材废料水泥混合材、脱硫石膏、水泥熟料的质量比分别为：12:1.7:100、12:1.9:100、14:2.0:100。按常规水泥粉磨工艺粉磨入库放置，然后进行胶砂强度试验，测定其水泥凝结时间、抗折抗压强度、细度及比表面积等性能参数和组成成分，结果分别见表3和表4。

表3水泥性能检测结果

其中，对比例2中采用的普通硅酸盐水泥为华新P·O42.5水泥，其各参数为产品出厂试验报告单提供的数据；实施例中各参数是在水泥厂实验室进行的水泥各性能试验，参考标准为《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)。从表3中可以看出掺石材废料水泥混合材所得水泥凝结时间有一定延长，抗折抗压强度较对比例2中的普通硅酸盐水泥(掺矿渣粉)的略低，但是砂浆条后期强度增长幅度大，安定性符合要求。从表4中看出石材废料水泥中比表面积与普通水泥一样，碱含量和氧化镁含量略低，更有利于水泥体积稳定性能。

表4水泥组成成分检测结果

应用例

将实施例6制备的石材废料水泥(石粉混合材42.5普通硅酸盐水泥)应用于配制常用的C30混凝土(应用例7和8)中，对比例3使用的水泥为矿渣混合材华新42.5普通硅酸盐水泥，对比其工作性能和力学性能，C30混凝土配合比及其性能测试结果分别见表5和表6。

表5C30混凝土对比试验配合比(kg/m³)

其中，表5所述各混凝土中混合材(石材废料水泥混合材)掺量见表6。

表6C30混凝土对比试验结果

其中，应用例7、应用例8中水泥混合材采用实施例3中制备的石粉水泥混合材制备的42.5普通硅酸盐水泥(实施例6)，对比例3采用对比例2中所述华新42.5普通硅酸盐水泥，混合材为矿渣。

从表6中可以看出，利用本发明所述石材废料水泥制备C30混凝土，可使混凝土坍落度增加，扩展度略有降低，证明该石材废料水泥混合材可使水泥浆体粘聚性性能增强，混凝土沁水离析率降低，同时对混凝土中后期强度有一定的增强，同配比下，减少水泥使用量10-20kg/m³，混凝土流动性及力学性能几无变化，更加有利于节约水泥用量。

综上所述，本发明将石材废料应用到普通硅酸盐水泥混合材中，使得水泥净浆流动度增加，凝结时间适当延长；同时石材加工废料再生利用缓解了环境压力并实现了资源的回收利用，具有重要的环境效益和经济效益，适合推广应用。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种改善石材废料水泥混合材颗粒级配的粉磨工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)对石材废料进行初步破碎、分选，过4.75mm筛；2)取4.75mm筛下所得石粉进行烘干处理，烘干后所得石粉含水率控制在8.0-12.5wt％；3)将烘干所得石粉和助磨介质置于球磨机中进行粉磨处理，助磨介质占烘干所得粉料质量的10-35％，球磨时间控制在15-60min；4)将出磨粉料进行烘干处理，控制其含水率≤1.0％，然后进行风力分选，收集≤0.60mm的粉料得石材废料水泥混合材，其表面积为350-400m²/kg。

2.根据权利要求1所述的粉磨工艺，其特征在于，所述助磨介质的制备方法为：将步骤1)过4.75mm筛，所得筛上物料除去杂物，然后置于陲式破碎机进行二级破碎，得一级破碎碎石和二级破碎碎石，其中一级破碎碎石粒径范围为9.5-13.2mm，二级破碎碎石粒径范围4.75-9.5mm；将一级破碎碎石与二级破碎碎石按6:4-5:5的质量比混合，即得所述助磨介质。

3.根据权利要求1所述的粉磨工艺，其特征在于，步骤3)所述粉磨处理过程中：球磨机的转速占其临界转速的68-75％，球磨机的临界转速为25-30r/min；采用和的钢球按2:4:4或3:3:4的质量比填充，钢球填充率为30-45％。

4.根据权利要求1所述的粉磨工艺，其特征在于，将规格为的钢球棒或规格为的钢棒球替代的钢球，替代率为的钢球质量的10-30％。

5.根据权利要求1所述的粉磨工艺，其特征在于，所述石材废料水泥混合材的颗粒级配控制在：≤2μm0-10％、2-18μm5-15％、18-25μm10-45％、25-38μm20-60％、38-48μm5-15％、＞48μm0-10％，其中各粒度区间以各筛余质量百分比计。

6.根据权利要求1-5任一项所述粉磨工艺所得石材废料水泥混合材制备的石材废料水泥，其特征在于，它由石材废料水泥混合材、脱硫石膏和水泥熟料以(10-20):(1.7-2.2):100的质量比混合粉磨而成。