CN105399349A - 一种高活性钢铁渣粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高活性钢铁渣粉，所述钢铁渣粉由下列组分构成：63～75重量分数的S95级矿渣粉、20～30重量分数的磨细钢渣粉、3～8重量分数的超细矿渣粉，一定量的活性改性剂。本发明还公开了上述高活性钢铁渣粉的制备方法，其步骤包括：将钢渣粉磨，在粉磨过程中添加活性改性剂，制得磨细钢渣粉；将高炉矿渣经水淬，粉磨得到超细矿渣粉；然后将磨细钢渣粉、超细矿渣粉和S95级矿渣粉混合均匀，制得满足国家标准GB/T28293-2012《钢铁渣粉》的高活性钢铁渣粉。本发明用在混凝土中可以减少水泥用量，增强混凝土的抗侵蚀能力，适于对钢铁工业产生的钢铁废渣的规模化处理。
Description
技术领域
本发明属于工业固体废弃物资源化利用及环保工程技术领域，涉及到以钢铁废渣为原料生产一种绿色建筑材料的技术，尤其是涉及到一种利用钢铁废渣生产高活性钢铁渣粉的技术。
背景技术
早在2006年，我国就颁布了GB/T20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》国家标准，但是由于钢渣粉的早期活性不高，且含有大量游离氧化钙，故在使用过程中容易导致水泥制品或者混凝土出现膨胀开裂等情况。这些安定性不良问题的存在使得钢渣粉的资源化利用受到了极大的限制，如何解决以上问题是本领域技术人员研究的主要课题之一。
本研究领域技术人员发现，钢渣粉与矿渣粉具有协同互补效应，可以从根本上解决钢渣粉在应用过程中造成的安定性不良问题。2012年，我国颁布了GB/T28293-2012《钢铁渣粉》国家标准，其中包括G75、G85和G95三个等级。《钢铁渣粉》国家标准规定钢铁渣粉的主要组成为钢渣和粒化高炉矿渣，可以掺入适量符合相关国标要求的石膏以及不大于钢铁渣粉质量0.5％的助磨剂，并且将钢铁渣粉中钢渣组分的掺入量(质量百分数)严格限制为20～50％。钢铁渣粉中钢渣质量百分数不低于20％的限制条件导致目前钢铁渣粉的活性指数普遍较低，难以达到GB/T28293-2012中规定的G95级。
目前，关于钢铁渣复合粉的相关专利有：201010152505.1、201110057462.3、201210017077.0以及201210254966.9。201010152505.1号专利公布了一种改性S95级矿渣粉的制备方法，该发明制备的改性矿渣粉由50～85％的S95矿渣粉、10～40％超细钢渣粉以及3～15％的半水石膏组成，材料组成不符合GB/T28293-2012《钢铁渣粉》中的相关规定，而且所用超细钢渣粉的比表面积必须粉磨到600m2/kg以上，由于钢渣的易磨性远不及矿渣，因此将钢渣粉磨成超细粉需要耗费大量的能源，增加生产成本，既不环保又不经济。201210254966.9号专利公开了一种矿渣钢渣复合微粉，主要由炉渣、尾料钢渣、玻璃体材料以及固体活性激发剂组成，该专利所述的矿渣钢渣复合微粉的组成复杂，不符合GB/T28293-2012中的相关规定，而且钢渣的掺量仅仅只有10～20％，复合粉的活性不高，只能达到GB/T180462008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉中》中S75级别，产品质量也很难控制稳定。201110057462.3号专利和201210017077.0号专利分别公开了一种钢渣复合粉及其制备方法和钢渣复合微粉及其制备方法，两个专利制备得到的钢渣复合微粉的组成也均不符合GB/T28293-2012《钢铁渣粉》中的相关规定，而且产品活性较低。总之，目前关于钢铁渣复合粉的专利均不符合GB/T28293-2012《钢铁渣粉》中对钢铁渣粉产品性能以及原料组成等指标的要求，至今尚未见到有利用钢铁废渣制备得到一种满足GB/T28293-2012《钢铁渣粉》国家标准要求的高活性钢铁渣复合粉及其制备方法的相关专利以及技术报道。
发明内容
本发明提供了一种高活性钢铁渣粉及其制备方法，高活性钢铁渣粉满足GB/T28293-2012《钢铁渣粉》中规定的最优等级G95级。
本发明所采用的技术方案是：一种高活性钢铁渣粉，主要由下列三种组分构成：63～75重量份数的S95级矿渣粉，20～30重量份数的磨细钢渣粉，3～8重量份数的超细矿渣粉；
控制所述S95级矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％；
控制所述磨细钢渣粉的游离氧化钙含量≤4.9％，密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥65％，28天活性指数≥80％；
控制所述超细矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥500m2/kg，7天活性指数≥95％，28天活性指数≥105％；
所述高活性钢铁渣粉中还含有占三种组分总重量分数0.15％～0.25％的活性改性剂，所述活性改性剂的组分构成：1～10重量份数的三乙醇胺，5～10重量份数的二乙醇异丙醇胺，1～5重量份数的二甘醇，1～5重量份数的三聚磷酸钠，1～5重量份数的木质素磺酸钠，10～20重量份数的硫代硫酸钠，1～10重量份数的硫氰酸钠，以及45～80重量份数的水。
所述的S95级矿渣粉比表面积为400～450m2/kg。
所述的磨细钢渣粉的比表面积为450～500m2/kg。
所述的超细矿渣粉比表面积为700～1000m2/kg。
本发明还包括一种高活性钢铁渣粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)取S95级矿渣粉备用，控制所述S95级矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％；
(2)将转炉钢渣或电炉钢渣经热泼法、热焖法或滚筒法处理之后，磁选除铁，接着粉磨，并在粉磨的过程中，添加活性改性剂，至所述钢渣的比表面积≥400m2/kg，得磨细钢渣粉；
(3)将高炉矿渣经水淬，然后粉磨至比表面积≥500m2/kg，得超细矿渣粉；
(4)取63～75重量份数的S95级矿渣粉、20～30重量份数磨细钢渣粉、3～8重量份数超细矿渣粉，混合均匀，制得所述高活性钢铁渣粉；
其中，步骤(2)添加的活性改进剂的量占三种组分总重量分数的0.15％～0.25％，所述活性改性剂的组分构成：1～10重量份数的三乙醇胺，5～10重量份数的二乙醇异丙醇胺，1～5重量份数的二甘醇，1～5重量份数的三聚磷酸钠，1～5重量份数的木质素磺酸钠，10～20重量份数的硫代硫酸钠，1～10重量份数的硫氰酸钠，以及45～80重量份数的水。
本发明的另一种高活性钢铁渣粉的制备方法包括以下步骤：
(1)取S95级矿渣粉备用，控制所述S95级矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％；
(2)将转炉钢渣或电炉钢渣经热泼法、热焖法或滚筒法处理之后，磁选除铁，接着粉磨，并在粉磨的过程中，添加活性改性剂，至所述钢渣的比表面积达到450-500m2/kg，得磨细钢渣粉；
(3)将高炉矿渣经水淬，然后粉磨至比表面积达到700-1000m2/kg，得超细矿渣粉；
(4)取63～75重量份数的S95级矿渣粉、20～30重量份数磨细钢渣粉、3～8重量份数超细矿渣粉，混合均匀，制得所述高活性钢铁渣粉；
其中，步骤(2)添加的活性改进剂的量占三种组分总重量分数的0.15％～0.25％，所述活性改性剂的组分构成：1～10重量份数的三乙醇胺，5～10重量份数的二乙醇异丙醇胺，1～5重量份数的二甘醇，1～5重量份数的三聚磷酸钠，1～5重量份数的木质素磺酸钠，10～20重量份数的硫代硫酸钠，1～10重量份数的硫氰酸钠，以及45～80重量份数的水。
所述活性改性剂在钢渣粉磨时采用喷雾或点滴的方式进行引入。
本发明的有益效果：本发明能够同时对钢渣、矿渣两大钢铁工业固体废弃物进行利用，绿色环保，节约资源。本发明采用钢渣和矿渣为主要原材料，分别磨细成微粉，优化钢铁渣粉体系的颗粒级配，胶凝材料颗粒组分达到全级配，从体系组成以及颗粒级配角度激发钢铁渣粉的活性；引入合适掺量的超细矿渣粉，可以充分发挥其物理改性效应以及化学改性效应——超细矿渣粉的物理改性效应主要表现为级配调节作用、填充作用和调节水化产物分布的“晶核作用”，填充于微细孔中的超细矿渣粉在水泥水化之后产生的碱性环境下会发生二次水化反应，生产C-S-H凝胶与托贝莫来石族的水化产物，该水化产物晶格能高，溶解度小，填充于硬化体系的空隙，提高材料结构的密实性，从而提升后期强度以及抗侵蚀能力；引入表面活性剂，激发复合粉的早期活性，解决了钢铁渣粉早期活性低的问题。本发明充分利用了钢渣粉与矿渣粉的协同互补效应，解决了钢渣粉在应用过程中出现的安定性不良等问题。经实验，本发明制得的钢铁渣粉的活性高，各项性能指标均满足GB/T28293-2012《钢铁渣粉》国家标准G95等级(最优等级)。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合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。
实施例1：以制备样品100g作为100％计：
A.取S95级矿渣粉63g，密度为2.87g/cm3，比表面积为438m2/kg；
B.粉磨钢渣，并且在钢渣粉磨的同时采用喷雾的方式引入物质总重量0.2g的活性改性剂，粉磨完成之后取磨细钢渣粉30g，密度为3.45g/cm3，比表面积为484m2/kg,游离氧化钙含量4.87％；
C.取超细矿渣粉7g，密度为2.85g/cm3，比表面积为852g/cm3。
将以上三种组分投入混合机中进行高效混匀，即得到G95级钢铁渣粉。按照国家标准GB/T28293-2012《钢铁渣粉》，检验钢铁渣粉的强度以及活性指数。对比水泥是采用台湾联合公司生产的硅酸盐水泥，7d抗压强度39.1MPa，28d抗压强度51.3MPa。测试结果见下表。
实施例2：以制备样品100g作为100％计：
A.取S95级矿渣粉67g，密度为2.87g/cm3，比表面积为438m2/kg；
B.粉磨钢渣，并且在钢渣粉磨的同时均匀点滴物质总重量0.2g的活性改性剂，粉磨完成之后取磨细钢渣粉30g，密度为3.45g/cm3，比表面积为484m2/kg，游离氧化钙含量4.87％；
C.取超细矿渣粉3g，密度为2.85g/cm3，比表面积为852g/cm3。
将以上三种组分投入混合机中进行高效混匀，即得到G95级钢铁渣粉。按照国家标准GB/T28293-2012《钢铁渣粉》，检验钢铁渣粉的强度以及活性指数。对比水泥是采用台湾联合公司生产的硅酸盐水泥，7d抗压强度39.1MPa，28d抗压强度51.3MPa。测试结果见下表。
实施例3：以制备样品100g作为100％计：
A.取S95级矿渣粉71.2g，密度为2.87g/cm3，比表面积为438m2/kg；
B.粉磨钢渣，并且在钢渣粉磨的同时采用喷雾的方式引入物质总重量0.15g的活性改性剂，粉磨完成之后取磨细钢渣粉25g，密度为3.45g/cm3，比表面积为484m2/kg，游离氧化钙含量4.87％；
C.取超细矿渣粉3.8g，密度为2.85g/cm3，比表面积为852g/cm3。
将以上三种组分投入混合机中进行高效混匀，即得到G95级钢铁渣粉。按照国家标准GB/T28293-2012《钢铁渣粉》，检验钢铁渣粉的强度以及活性指数。对比水泥是采用台湾联合公司生产的硅酸盐水泥，7d抗压强度39.1MPa，28d抗压强度51.3MPa。测试结果见下表。
实施例4：以制备样品100g作为100％计：
A.取S95级矿渣粉72g，密度为2.87g/cm3，比表面积为438m2/kg；
B.粉磨钢渣，并且在钢渣粉磨的同时均匀点滴物质总重量0.2g的活性改性剂，粉磨完成之后取磨细钢渣粉20g，密度为3.45g/cm3，比表面积为484m2/kg，游离氧化钙含量4.87％；
C.取超细矿渣粉8g，密度为2.85g/cm3，比表面积为852g/cm3。
将以上三种组分投入混合机中进行高效混匀，即得到G95级钢铁渣粉。按照国家标准GB/T28293-2012《钢铁渣粉》，检验钢铁渣粉的强度以及活性指数。对比水泥是采用台湾联合公司生产的硅酸盐水泥，7d抗压强度39.1MPa，28d抗压强度51.3MPa。测试结果见下表。
实施例5：以制备样品100g作为100％计：
A.取S95级矿渣粉75g，密度为2.87g/cm3，比表面积为438m2/kg；
B.粉磨钢渣，并且在钢渣粉磨的同时采用喷雾的方式引入物质总重量0.25g的活性改性剂，粉磨完成之后取磨细钢渣粉20g，密度为3.45g/cm3，比表面积为484m2/kg，游离氧化钙含量4.87％；
C.取超细矿渣粉5g，密度为2.85g/cm3，比表面积为852g/cm3。
将以上三种组分投入混合机中进行高效混匀，即得到G95级钢铁渣粉。按照国家标准GB/T28293-2012《钢铁渣粉》，检验钢铁渣粉的强度以及活性指数。对比水泥是采用台湾联合公司生产的硅酸盐水泥，7d抗压强度39.1MPa，28d抗压强度51.3MPa。测试结果见下表。
Claims (7)
1.一种高活性钢铁渣粉，主要由下列三种组分构成：63～75重量份数的S95级矿渣粉，20～30重量份数的磨细钢渣粉，3～8重量份数的超细矿渣粉；
控制所述S95级矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％；
控制所述磨细钢渣粉的游离氧化钙含量≤4.9％，密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥65％，28天活性指数≥80％；
控制所述超细矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥500m2/kg，7天活性指数≥95％，28天活性指数≥105％；
所述高活性钢铁渣粉中还含有占三种组分总重量分数0.15％～0.25％的活性改性剂，所述活性改性剂的组分构成：1～10重量份数的三乙醇胺，5～10重量份数的二乙醇异丙醇胺，1～5重量份数的二甘醇，1～5重量份数的三聚磷酸钠，1～5重量份数的木质素磺酸钠，10～20重量份数的硫代硫酸钠，1～10重量份数的硫氰酸钠，以及45～80重量份数的水。
2.根据权利要求1所述的一种高活性钢铁渣粉，其特征在于：所述的S95级矿渣粉比表面积为400～450m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种高活性钢铁渣粉，其特征在于：所述的磨细钢渣粉的比表面积为450～500m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种高活性钢铁渣粉，其特征在于：所述的超细矿渣粉比表面积为700～1000m2/kg。
5.一种高活性钢铁渣粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)取S95级矿渣粉备用，控制所述S95级矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％；
(2)将转炉钢渣或电炉钢渣经热泼法、热焖法或滚筒法处理之后，磁选除铁，接着粉磨，并在粉磨的过程中，添加活性改性剂，至所述钢渣的比表面积≥400m2/kg，得磨细钢渣粉；
(3)将高炉矿渣经水淬，然后粉磨至比表面积≥500m2/kg，得超细矿渣粉；
(4)取63～75重量份数的S95级矿渣粉、20～30重量份数磨细钢渣粉、3～8重量份数超细矿渣粉，混合均匀，制得所述高活性钢铁渣粉；
其中，步骤(2)添加的活性改进剂的量占三种组分总重量分数的0.15％～0.25％，所述活性改性剂的组分构成：1～10重量份数的三乙醇胺，5～10重量份数的二乙醇异丙醇胺，1～5重量份数的二甘醇，1～5重量份数的三聚磷酸钠，1～5重量份数的木质素磺酸钠，10～20重量份数的硫代硫酸钠，1～10重量份数的硫氰酸钠，以及45～80重量份数的水。
6.一种高活性钢铁渣粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)取S95级矿渣粉备用，控制所述S95级矿渣粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％；
(2)将转炉钢渣或电炉钢渣经热泼法、热焖法或滚筒法处理之后，磁选除铁，接着粉磨，并在粉磨的过程中，添加活性改性剂，至所述钢渣的比表面积达到450-500m2/kg，得磨细钢渣粉；
(3)将高炉矿渣经水淬，然后粉磨至比表面积达到700-1000m2/kg，得超细矿渣粉；
(4)取63～75重量份数的S95级矿渣粉、20～30重量份数磨细钢渣粉、3～8重量份数超细矿渣粉，混合均匀，制得所述高活性钢铁渣粉；
其中，步骤(2)添加的活性改进剂的量占三种组分总重量分数的0.15％～0.25％，所述活性改性剂的组分构成：1～10重量份数的三乙醇胺，5～10重量份数的二乙醇异丙醇胺，1～5重量份数的二甘醇，1～5重量份数的三聚磷酸钠，1～5重量份数的木质素磺酸钠，10～20重量份数的硫代硫酸钠，1～10重量份数的硫氰酸钠，以及45～80重量份数的水。
7.根据权利要求5或6所述的一种高活性钢铁渣粉的制备方法，其特征在于：所述活性改性剂在钢渣粉磨时采用喷雾或点滴的方式进行引入。
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