CN106747150A

CN106747150A - 高强度双掺矿粉

Info

Publication number: CN106747150A
Application number: CN201611270100.1A
Authority: CN
Inventors: 付强
Original assignee: Chongqing Fuhuan Building Material Co Ltd
Current assignee: Chongqing Fuhuan Building Material Co Ltd
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明公开了冶金环保技术领域内的高强度双掺矿粉，由重量百分比为50%~80%的钢渣，20%~40%的高炉矿渣粉，0%~3%的石膏粉，0~17%的白渣组成，双掺矿粉的密度为3.0~3.1g/cm3、含水率≤1%、游离CaO含量＜3%、流动度比≥97%、活性指数≥75%、比表面积≥400m2/kg、SO3含量≤4%、烧失量为1.5%~20%；矿渣粉为符合GB/T18046—2008国家标准的市售矿渣粉；钢渣为转炉或电炉钢渣；白渣为电弧炉炼钢的还原期操作中，碳粉和硅铁粉为还原剂进行扩散脱氧时所形成的渣。本发明高强度双掺矿粉，主要由钢渣和高炉矿渣粉组成，两者的结合其性能相互取长补短，能有效的提高混凝土后期强度，降低水化热，减少坍落度损失，其对混凝土工作性能的提升比单纯用高炉矿渣或钢渣要高很多。

Description

高强度双掺矿粉

技术领域

本发明涉及冶金环保技术领域，具体涉及一种高强度双掺矿粉。

背景技术

钢渣是钢铁企业炼钢时产生的一种工业废渣，其数量一般为粗钢产量的10～20％，产生量巨大。2006年全国钢渣的产生量约为0.7亿吨，且每年还在递增，而据不完全统计钢渣的综合利用率只有10％，绝大部分钢渣仍然弃置，钢渣是钢铁企业最主要的工业废渣，一般还含有10％左右的废钢和15％以上的氧化铁成分，又富含丰富的Ca、Mg质成分的碱性氧化物化合矿物熟料，而且大部分呈渣包铁、铁包渣的固容化合物状态，既难破又难磨，且由于水化慢、早期强度低、稳定性差、易磨性差和全铁含量较高等原因，要达到破碎分选和提纯后再利用，既费工又费力，难于利用，钢渣的大量堆存，给钢铁企业所在地的环境带来了大量的扬尘污染，同时也大量占用了宝贵的土地资源，这在环境学中被称为是资源的“双重浪费”，这也成为制约钢铁企业可持续性发展的重要因素。如何有效的进行废弃物的综合利用，减少环境压力，使其变废为宝是循环经济和可持续发展重要课题。

传统的钢渣处理方法普遍存在占地面积大、处理过程环境污染严重、设备消耗大等缺点，经过不断摸索研究后，钢渣大规模资源化的主要出路就是作为水泥原料和混凝土集料，配制混凝土时通常以水泥作为胶结材，再配以砂子、碎石和水搅拌成混凝土。钢渣在配制混凝土中的应用最常见于用钢渣替代砂子配制混凝土，为进一步提高其附加值，近年来研究人员考虑将钢渣应用于胶结材中，公开的方法有：将钢渣微粉作为掺合料加入水泥中，可以消除钢渣水泥生产中易磨性差异问题，钢渣通过磨细到一定细度，可以最大程度地清除金属铁，通过超细粉磨使物料晶体结构发生重组，颗粒表面状况发生变化，表面能提高，机械激发钢渣的活性，发挥水硬胶凝材料的特性。但其仅以掺合料形式与水泥混合，不能完全替代水泥，且加入量少，胶结材仍以水泥为主，成本降低不明显，另外，钢渣微粉需要将一定粒度的颗粒钢渣烘干、磨细，且钢渣与水泥比较易磨性差，反而会导致生产成本大幅度增加。

发明内容

本发明意在提供高强度双掺矿粉，以解决钢渣难于利用堆积过多对环境造成影响的问题。

为达到上述目的，本发明的基础技术方案如下：高强度双掺矿粉，由重量百分比为50％～80％的钢渣，20％～40％的高炉矿渣粉，0％～3％的石膏粉，0～17％的白渣组成，所述双掺矿粉的性能和质量指标如下：密度为3.0～3.1g/cm3、含水率≤1％、游离CaO含量＜3％、流动度比≥97％、活性指数≥75％、比表面积≥400m2/kg、SO3含量≤4％、烧失量为1.5％～20％；

所述的矿渣粉符合GB/T18046—2008国家标准的市售矿渣粉，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％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％；

所述的钢渣为转炉或电炉钢渣，密度≥3.7g/cm3，比表面积≥400m2/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥1.8；所述的白渣比表面积≥400m2/kg。

优选方案一，作为基础方案的一种改进，所述钢渣粉碎成粒径为4～20目的粉末。

优选方案二，作为优选方案一的一种改进，所述高炉矿渣粉的粒径为20～50目。

优选方案三，作为优选方案二的一种改进，所述石膏为无水石膏，石膏粉的粒径为100目。

优选方案四，作为优选方案三的一种改进，所述白渣粉碎成粒径为60目的粉末。

优选方案五，作为基础方案的一种改进，采用如下步骤制备，

(1)在矿渣粉中添加钢渣粉、白渣粉，在硅酸钾和铝酸钠的混合溶液中，浸泡10天；

(2)浸泡后矿渣粉用粉末烘干机加热至250±30℃进行烘干，烘干后与石膏充分混合；

(3)粗磨：将步骤(2)的矿渣粉在研磨机内研磨50～80min，研磨机内加入直径为50mm和25mm的钢球；

(4)筛选：选出比表面积大于400m2/kg的细粉，比表面积小于400m2/kg的粗粉返回继续粉磨；

(5)细磨：选出比表面积大于400m2/kg的细粉用三环式辊压磨进行细磨。

选用的钢渣符合YB/T022技术要求，属国家《资源综合利用目录2003修订》上记载的冶炼钢渣。

本发明提供的高强度双掺矿粉作为混凝土矿物掺合材料，符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046)的行业标准，能等量取代20～30％的水泥，可提高混凝土耐磨性、耐腐蚀性、后期强度、抗折强度，并可降低混凝土的水化热。

钢渣矿渣高强度双掺矿粉提高混凝土耐磨性、耐腐蚀性、后期强度、抗折强度，并可降低混凝土的水化热的主要机理是，所使用的钢渣、高炉粒化矿渣均具有一定的水化活性，与水泥水化产物作用可发生二次水化反应，使骨料的水化产物与胶凝材料的水化产物形成致密的网状搭接，导致原有骨料与胶凝材料的界面由于水化产物的相互连接而逐渐消失，形成无界面的整体，从而提高了混凝土的耐磨性，消除了原有混凝土骨料与胶凝材料的界面强度低，粘结能力差的缺陷。加之，矿物掺合料等量替代水泥后，使混凝土的抗冻性、抗渗性得到提高，氯离子渗透系数降低，混凝土的耐久性、耐磨性得到提高。与此同时还可消耗大量的废弃物，具有节省资源、降低成本、保护环境等综合优点，符合国家循环经济和可持续发展的产业政策，将产生良好的经济效益和社会效益。

利用高温钢渣自身余热和矿相组成发生变化时产生的热应力、化学应力、相变应力及外界机械破碎力，使钢渣速冷、急碎，生成以硅酸三钙和硅酸二钙为主的颗粒状成品渣，为粒径小于4.75mm的自然级配、自然含水率的钢渣细集料，钢渣中结晶相主要为硅酸二钙，其次为硅酸三钙和方镁石，粘结相为玻璃相，氧化镁呈圆粒状，固溶氧化铁，粘结相主要为铁质玻璃，呈网状将硅酸二钙和硅酸三钙隔开，少量的游离氧化钙亦包裹在玻璃相中，矿渣粉针对于钢渣细集料的性能特点，能够使钢渣细集料和矿渣粉在水化反应中生成的硫铝酸盐水化物和水化硅酸钙交织紧密；其胶结材抗折性能优异，具有27MPa的活性指数，配制的混凝土强度高，氯离子渗透性低、抗冻融性能好、碳化性能(28d平均碳化深度0.3mm)良好，从而使本发明适用于配制高强混凝土砂浆及对抗折强度要求较高的各种建筑用加气砖、发泡砖。在钢渣细集料+矿渣粉+水体系中，钢渣和矿渣相互渗透，共同水化，在加水后的起始期，钢渣细集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水，同时激发高炉矿渣，使高炉矿渣的玻璃体结构解离，Ca2+、Al3+、Si4+、OH-1等离子进入溶液中，急剧反应生成水化硅酸钙和钙矾石，由于各种离子的结合数量和状态不同，可生成不同种类的水化硅酸盐、水化硫铝酸盐。从晶体的微观结构看，单纯的某种水化矿物并不能获得最高的强度，由两种或几种水化硅酸钙和其他水化矿物组成的多矿物胶凝物质，其强度才是最高的，因为这样可形成最致密的微晶结构。

本发明高强度双掺矿粉正是这样一种多矿物胶凝掺合材料，主要由钢渣和高炉矿渣粉组成，两者的结合其性能相互取长补短，能有效的提高混凝土后期强度，降低水化热，减少坍落度损失，其对混凝土工作性能的提升比单纯用高炉矿渣或钢渣要高很多。根据需要还可以选择添加少量石膏和白渣，石膏溶于水后可激发高炉矿渣，使高炉矿渣的玻璃体结构解离，并参与反应，生成水化硫铝酸盐水化产物，加入量是根据参与水化反应的需要量和胶结材的安定性要求确定。掺加一定量的白渣作为活性激发剂，利用钢渣粉与高炉矿渣粉良好的复合效应，一方面矿粉可吸收钢渣粉中过多游离氧化钙而克服钢渣粉可能存在的安定性问题，另一方面钢渣粉水化生成的氢氧化钙及碱性白渣又是良好的矿粉活性激发剂，从而配制一种复合微粉掺合料，能够满足GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》对于S95级矿粉的要求，对钢渣的利用率大幅提高，促进钢渣的资源化利用，减少了钢渣的堆存，加大了钢渣作为掺合料在混凝土应用上的使用占比，使混凝土生产成本明显降低。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例一至实施例四中的高强度双掺矿粉均采用下述方法制得：

选用符合GB/T18046—2008国家标准的市售矿渣粉，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％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％；

选用转炉钢渣，密度≥3.7g/cm³，比表面积≥400m²/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥1.8；

白渣采用电弧炉炼钢的还原期操作中，碳粉和硅铁粉为还原剂进行扩散脱氧时所形成的渣，主要成分为：CaO50％～60％；MgO₅％～10％；Al₂O33％～6％；SiO₂10％～20％；CaF₂3％～10％；CaS1％～3％；FeO＜0.5％及少Cr₂O₃和P₂O₅等氧化物，比表面积≥400m²/kg。

(2)浸泡后矿渣粉用粉末烘干机加热至250℃进行烘干，烘干后与石膏充分混合；

(3)粗磨：将步骤(2)的矿渣粉在研磨机内研磨60min，研磨机内加入直径为50mm和25mm的钢球；

(4)筛选：选出比表面积大于400m²/kg的细粉，比表面积小于400m²/kg的粗粉返回继续粉磨；

(5)细磨：选出比表面积大于400m²/kg的细粉用三环式辊压磨进行细磨。

实施例一，高强度双掺矿粉由重量百分比为50％的钢渣，30％的高炉矿渣粉，3％的石膏粉，17％的白渣组成。

实施例二，高强度双掺矿粉由重量百分比为64％的钢渣，28％的高炉矿渣粉，4％的石膏粉，4％的白渣组成。

实施例三，高强度双掺矿粉由重量百分比为70％的钢渣，30％的高炉矿渣粉组成。

实施例四，高强度双掺矿粉由重量百分比为76％的钢渣，20％的高炉矿渣粉，1.5％的石膏粉，2.5％的白渣组成。

实施例五，高强度双掺矿粉由重量百分比为80％的钢渣，20％的高炉矿渣粉。

对比例，对比例以GB/T18046-2008中S95级矿粉限值为参照。

实施例一至实施例四与对比例的区别对比试验结果见表1，其中按照GB/T1346进行压蒸法安定性检验：

表1

从表1数据结果可知：采用本发明技术方案制作的高强度双掺矿粉，压蒸安定性合格，7天强度的活性指数参照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》方法检验结果，均达到GB/T 18046-2008对于S95级矿粉的要求，克服了钢渣粉大量掺入造成掺合料早期强度低的缺点；采用石膏和白渣混合作激发剂，降低了对钢渣粉的比表面积要求，钢渣粉的比表面积可降至400m2/kg，从而有利于降低能耗。

综合利用矿渣粉、钢渣粉，增加了钢渣粉与矿渣的附加值，并利用钢渣粉与高炉矿渣粉良好的复合效应，一方面矿渣粉可吸收钢渣粉中过多的游离氧化钙而克服钢渣粉可能存在的安定性问题，另一方面钢渣粉水化生成的氢氧化钙及碱性白渣又是良好的矿粉活性激发剂。

利用本发明高强度双掺矿粉配制混凝土试件，其抗渗性能、抗碳化性能、氯离子电通量与S95级矿粉配制混凝土试件相似，耐磨性有明显提高。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.高强度双掺矿粉，其特征在于，由重量百分比为50%~80%的钢渣，20%~40%的高炉矿渣粉，0%~3%的石膏粉，0~17%的白渣组成，所述双掺矿粉的性能和质量指标如下：密度为3.0~3.1g/cm³、含水率≤1%、游离CaO含量＜3%、流动度比≥97%、活性指数≥75%、比表面积≥400m²/kg、SO₃含量≤4%、烧失量为1.5%~20%；

所述的矿渣粉符合GB/T18046—2008国家标准的市售矿渣粉，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％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％；

所述的钢渣为转炉或电炉钢渣，密度≥3.7g/cm³，比表面积≥400m²/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥1.8；所述的白渣比表面积≥400m²/kg。

2.根据权利要求1所述的高强度双掺矿粉，其特征在于：所述钢渣粉碎成粒径为4~20目的粉末。

3.根据权利要求2所述的高强度双掺矿粉，其特征在于：所述高炉矿渣粉的粒径为20~50目。

4.根据权利要求3所述的高强度双掺矿粉，其特征在于：所述石膏为无水石膏，石膏粉的粒径为100目。

5.根据权利要求4所述的高强度双掺矿粉，其特征在于：所述白渣粉碎成粒径为60目的粉末。

6.根据权利要求1所述的高强度双掺矿粉，其特征在于：采用如下步骤制备，

（1）在矿渣粉中添加钢渣粉、白渣粉，在硅酸钾和铝酸钠的混合溶液中，浸泡10天；

（2）浸泡后矿渣粉用粉末烘干机加热至250±30℃进行烘干，烘干后与石膏充分混合；

（3）粗磨：将步骤（2）的矿渣粉在研磨机内研磨50～80min，研磨机内加入直径为50mm和25mm的钢球；

（4）筛选：选出比表面积大于400m²/kg的细粉，比表面积小于400m²/kg的粗粉返回继续粉磨；

（5）细磨：选出比表面积大于400m²/kg的细粉用三环式辊压磨进行细磨。