CN107244819B - 一种转炉热焖钢渣粉活化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Classifications
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Abstract
本发明公开了一种转炉热焖钢渣粉活化剂及其制备方法和应用，属于工业废渣建材资源化利用技术领域中使用的化学添加剂领域，所述活化剂包括如下重量份的原料：碱渣：20‑60份；硫铝酸盐水泥：15‑40份；高炉水淬渣微粉：10‑40份；甲酸钙：2‑10份；聚乙烯醇磷酸铵：0.5‑1份；单乙醇二异丙醇胺：0.5‑3份；消泡剂：0.01‑0.05份。本发明与碱激发或常用早强剂或助磨剂相比，本发明对转炉热焖钢渣的早后期活性均有显著提高效果，综合效果突破现有层次；而且本发明大量利用了化工副产品碱渣，不仅活化效果显著，而且成本降低，绿色环保，一定程度上实现了以废治废的目的。
Description
技术领域
本发明涉及工业废渣建材资源化利用技术领域中使用的化学添加剂领域，具体地，涉及一种转炉热焖钢渣粉活化剂及其制备方法和应用。
背景技术
转炉热焖钢渣是钢铁企业排放的转炉钢渣经热焖处理后得到的钢渣，由于其经过了热焖处理使转炉钢渣中游离氧化钙和游离氧化镁含量得到了有效控制，从而显著改善了转炉钢渣的体积稳定性，因此近些年将转炉热焖钢渣磨细为钢渣粉作为辅助胶凝材料用于水泥或混凝土中的潜力很大。但与矿粉等相比，钢渣粉的活性较低，严重限制了其建材资源化利用，提高钢渣粉的水化活性成为转炉热焖钢渣大宗资源利用的关键。
目前钢渣粉的活化方法有机械粉磨、化学激发和高温热活化三种方式。钢渣粉的加工过程实际就是先机械粉磨活化，但要获得活性较高的钢渣粉则需要进一步机械粉磨活化，这对钢渣颗粒尺寸的要求较高，由于钢渣易磨性较差，导致钢渣粉的进一步细化需要消耗较多的粉磨能耗，使得钢渣粉机械活化粉磨成本也增加。而高温热活化中常用的压蒸和蒸养方法不适合普通水泥混凝土胶凝材料的制备与应用，而高温重构方法目前仅处于实验室初步探索阶段，且通过将钢渣回炉或熔融进行活化，不仅工艺复杂，能耗过大，不利于应用推广。使用化学外加剂激发活化是提高胶凝材料水化活性的一种常用方法，且投资少、效果明显，使用简单方便，这在水泥混凝土领域得到广泛应用。
然而，目前有关转炉热焖钢渣粉的专用活化剂较少，而通常的水泥助磨剂、混凝土添加剂均不能显著提高转炉热焖钢渣粉的水化活性，实际应用效果不明显。研发针对转炉热焖钢渣粉的活化剂十分必要和迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种可显著提高钢渣粉活性的转炉热焖钢渣粉活化剂。
本发明的另一个目的是提供上述转炉热焖钢渣粉活化剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供上述转炉热焖钢渣粉活化剂作为钢渣助磨活化剂的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种转炉热焖钢渣粉活化剂，所述活化剂包括如下重量份的原料：
碱渣：20-60份；
硫铝酸盐水泥：15-40份；
高炉水淬渣微粉：10-40份；
甲酸钙：2-10份；
聚乙烯醇磷酸铵：0.5-1份；
单乙醇二异丙醇胺：0.5-3份；
消泡剂：0.01-0.05份。
本发明采用多种组分以协同复合不同作用方式来活化转炉热焖钢渣，其中，硫铝酸盐水泥、碱渣和甲酸钙作为无机物料可以调节早期水化速率和产物，起到提高钢渣早期活性；聚乙烯醇磷酸铵和单乙醇二异丙醇胺为有机组分，通过络合作用促进钢渣水化溶解，对早后期活性均有持续提高作用；而高炉水淬渣微粉能与钢渣形成叠加水化效应，可加速钢渣水化提高中后期活性；而消泡剂在钢渣粉水化过程起消除较大气泡作用，以细化胶凝材料体系的孔结构；本发明利用有机物料和无机物料的合理配合达到有效提高钢渣粉活性的目的。另一方面本发明大量利用了化工副产品碱渣，不仅活化效果显著，而且成本降低，绿色环保，一定程度上实现了以废治废的目的。与碱激发或常用早强剂或助磨剂相比，本发明对转炉热焖钢渣的早后期活性均有显著提高效果，综合效果突破现有水平，且大量利用了化工副产品碱渣，成本低廉，性价比高。
进一步地，所述活化剂包括如下重量份的原料：
碱渣：30-50份；
硫铝酸盐水泥：20-40份；
高炉水淬渣微粉：10-35份；
甲酸钙：2-8份；
聚乙烯醇磷酸铵：0.5-1份；
单乙醇二异丙醇胺：0.5-1.5份；
消泡剂：0.01-0.05份。
优选地，所述活化剂包括如下重量份的原料：
碱渣：40份；
硫铝酸盐水泥：20份；
高炉水淬渣微粉：35份；
甲酸钙：5份；
聚乙烯醇磷酸铵：0.5份；
单乙醇二异丙醇胺：1份；
消泡剂：0.02份。
优选地，所述硫铝酸盐水泥为低碱度硫铝酸盐水泥。普通(快硬)硫铝酸盐水泥也能达到本发明的有益效果，但低碱度硫铝酸盐水泥具有碱度低、膨胀率小、干缩不变形等优点，对胶凝材料体积稳定性及长期耐久性等影响小，故选取低碱度硫铝酸盐水泥更合适。
优选地，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。一般普通消泡剂也可以起到细化胶凝材料体系的孔结构的作用，但聚二甲基硅氧烷的用量很少、效果更显著，且在胶凝材料水化的碱性体系中的化学稳定性好。
进一步地，所述高炉水淬渣微粉为高炉水淬矿渣微粉，其可与钢渣粉形成叠加水化效应，可加速钢渣水化提高中后期活性。
优选地，所述碱渣为碱渣干粉料。碱渣为氨碱法生产纯碱过程中产生的大宗固体废渣，但其含有大量能提高转炉热焖钢渣活性的有用组分，如Ca(OH)2、CaSO4、CaCl2等，对本发明的钢渣活化剂的活化性能具有非常重要的影响，而且碱渣处理成本较高，本发明通过大量试验研究得出将其作为活化剂用于提高钢厂废弃物钢渣的应用性能，更达到了以废治废的目的。
另一方面，提供一种所述转炉热焖钢渣粉活化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)按比例将所述碱渣、硫铝酸盐水泥、高炉水淬渣微粉、甲酸钙和聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料；
2)按比例依次将所述单乙醇二异丙醇胺和消泡剂的液体有机物均匀喷洒或滴加于所述粉料上，并混合均匀，制得所述转炉热焖钢渣粉活化剂。
优选地，所述步骤2)中的喷洒方法可以使用喷雾装置喷洒。
进一步地，所述步骤2)中的所述液态有机物经过稀释后均匀喷洒或滴加于所述粉料上，稀释倍数为2-3倍。液态有机物经过稀释后更容易均匀喷洒或滴加在粉料上，稀释方法和溶剂可以为本领域人员常用的技术手段。
再一方面，提供一种所述转炉热焖钢渣粉活化剂的的应用，其特征在于，所述的转炉热焖钢渣粉活化剂用于的粉磨，其在钢渣粉磨生产中的掺量为0.5-1.5％。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明采用多种组分以协同复合不同作用方式来活化转炉热焖钢渣，其中，硫铝酸盐水泥熟料、碱渣和甲酸钙可以调节早期水化速率和产物，起到提高钢渣早期活性；聚乙烯醇磷酸铵和单乙醇二异丙醇胺为有机组分，通过络合作用促进钢渣水化溶解，对早后期活性均有持续提高作用；而高炉水淬渣微粉能与钢渣形成叠加水化效应，可加速钢渣水化提高中后期活性；而消泡剂在钢渣粉水化过程起消除较大气泡作用，以细化胶凝材料体系的孔结构。
(2)本发明利用有机物料和无机物料的合理配合达到有效提高钢渣粉活性的目的，与碱激发或常用早强剂或助磨剂相比，本发明对转炉热焖钢渣的早后期活性均有显著提高效果，综合效果突破现有层次。
(3)另一方面本发明大量利用了化工副产品碱渣，不仅活化效果显著，而且成本降低，绿色环保，一定程度上实现了以废治废的目的。
(4)本发明的钢渣粉活化剂不仅可以有效提高钢渣粉的活性，而且不会对水泥品质产生危害影响，有效掺量低，成本低廉，绿色环保，综合性能优异，社会和经济效益显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在保护范围之内。(注：实施例中各原料的配比均为重量份数)
实施例1：
首先依次取20份碱渣干粉料、30份低碱度硫铝酸盐水泥、40份高炉水淬渣微粉、10份甲酸钙和0.5份聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料，然后依次将0.5份单乙醇二异丙醇胺和0.01份聚二甲基硅氧烷均匀喷洒或滴加于上述粉料上，混合均匀，制得转炉热焖钢渣粉活化剂1。
实施例2：
首先依次取50份碱渣干粉料、35份低碱度硫铝酸盐水泥、10份高炉水淬渣微粉、5份甲酸钙和0.8份聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料，然后依次将2份单乙醇二异丙醇胺和0.02份聚二甲基硅氧烷均匀喷洒或滴加于上述粉料上，最后混合均匀，制得转炉热焖钢渣粉活化剂2。
实施例3：
首先依次取40份碱渣干粉料、20份低碱度硫铝酸盐水泥、35份高炉水淬渣微粉、5份甲酸钙和0.5份聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料，然后依次将1份单乙醇二异丙醇胺和0.02份聚二甲基硅氧烷均匀喷洒或滴加于上述粉料上，最后混合均匀，制得转炉热焖钢渣粉活化剂3。
实施例4：
首先依次取30份碱渣干粉料、40份低碱度硫铝酸盐水泥、20份高炉水淬渣微粉、10份甲酸钙和0.2份聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料，然后依次将1.5份单乙醇二异丙醇胺和0.03份聚二甲基硅氧烷均匀喷洒或滴加于上述粉料上，最后混合均匀，制得转炉热焖钢渣粉活化剂4。
实施例5：
首先依次取60份碱渣干粉料、15份低碱度硫铝酸盐水泥、20份高炉水淬渣微粉和8份甲酸钙混合均匀制得无机粉料，然后依次将1.0份聚乙烯醇磷酸铵、0.5份单乙醇二异丙醇胺和0.04份聚二甲基硅氧烷混合均匀并稀释2-3倍后，并通过喷雾装置均匀喷洒于无机粉料上，最后混合均匀，制得转炉热焖钢渣粉活化剂5。
对比例1：
依次取40份碱渣干粉料、20份低碱度硫铝酸盐水泥、35份高炉水淬渣微粉和5份甲酸钙，并混合均匀，制得本对比例的转炉热焖钢渣粉活化剂11。
对比例2：
首先依次取35份高炉水淬渣微粉和0.5份聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料，然后依次将1份单乙醇二异丙醇胺和0.02份聚二甲基硅氧烷均匀喷洒或滴加于上述粉料上，最后混合均匀，制得本对比例的转炉热焖钢渣粉活化剂12。
对比例3：
现有水泥基材料的早强剂或活化剂主要以NaCl、Na2SiO3、Na2SO4和粉煤灰(常作为载体)等无机组分为主，有机组分以三乙醇胺为主。为此，本对比例采用上述组分配制而成。即：首先依次取20份NaCl、20份Na2SiO3、20份Na2SO4和40份粉煤灰混合均匀制得粉料，然后将0.5份三乙醇胺均匀喷洒或滴加于上述粉料上，最后混合均匀，制得现有早强剂或活化剂13。
上述实施例和对比例中的重量份数优选以Kg(千克)计，也可以以g(克)或t(吨)计，只要保证混合均匀就能达到本发明的目的。且发明的上述实施例中将液态有机物稀释后再喷洒更容易混匀物料。
对上述实施例1-5、对比例1-3所制的转炉热焖钢渣粉活化剂作为钢渣助磨剂进行性能试验如下：
所用的转炉热焖钢渣取自山东某钢铁公司，经过初级破碎-磁选-筛分后，其粒径约为2-5mm，化学组成如表1所示。
表1转炉热焖钢渣的化学成分(％)
| CaO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | K<sub>2</sub>O | SO<sub>3</sub> | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | LOI |
| 46.28 | 16.75 | 2.29 | 22.17 | 5.49 | 0.034 | 0.25 | 2.54 | 0.94 |
将本发明活化剂与转炉热焖钢渣一起加入到Φ500mm×500mm球磨机中，其中本发明活化剂的掺量为转炉热焖钢渣重量的0.8％，粉磨时间为50min制得改性钢渣粉，与未加活化剂粉磨相同时间的制得的钢渣粉进行对比，比较结果如表2和表3所示。
表2使用上述各实施例或对比例的活化剂制备的改性钢渣粉细度与活性
由表2可以看出，使用本发明实施例的活化剂的改性钢渣粉的活性指数得到显著提高，7d活性提高9％以上，28d活性提高7％以上，活化效果优异，并明显优于对比例的改性钢渣粉，具体的，对比例的活化剂11、12与实施例3的活化剂3相比，活化剂3对钢渣粉的早中后活性提高效果显著，均达到了10％以上，而活化剂11缺少有机物的辅助时对钢渣粉的早中期活性指数的有一定的提高，但也仅有5％，后期活性指数基本没影响，而活化剂12显示在缺少碱渣、低碱度硫酸铝盐的情况下，早中后期的活化效果均不明显，进一步表明本发明的各物质之间具有协同复配效果，为早中后期活性均有明显效果。
且上述实施例中制备的活化剂用于钢渣粉改性时的掺量只要在0.5-1.5％的重量百分范围内均能达到本发明的目的。
表3活化剂3改性前后的钢渣粉用于水泥中的力学性能
由表3结果可以看出，使用本发明实施例3制备的活化剂3转炉热焖钢渣粉代替水泥10％时，其力学性能基本不受影响，且后期强度还有所提高；在钢渣粉掺量小于30％时，其强度可达到42.5级水泥强度；在钢渣粉掺量达到50％时，其强度基本满足32.5级水泥强度。将活化剂3改性的钢渣粉与未改性的钢渣粉(参照组2)相比，在掺量(30％)相同时，活化剂3改性的钢渣粉制备水泥的早后期抗压强度均明显高于参照组2；且参照组2与改性钢渣粉掺量为40％时相比，早期抗压强度接近，这已经明显减小了钢渣粉掺量对复合水泥力学性能的影响，为钢渣粉用于制备复合水泥提供了极大的可能。
本发明实施例的活化剂对转炉热焖钢渣的活性指数均有大幅度提高，故在使用本发明其它实施例的活化剂改性的钢渣粉制备复合水泥时，也能达到表3中实施例3所能达到的效果。
综上所述，由于采用了以上技术方案，本发明采用多种组分以协同复合不同作用方式来活化转炉热焖钢渣，与碱激发或常用早强剂或助磨剂相比，本发明对转炉热焖钢渣的早后期活性均有显著提高效果，综合效果突破现有层次；本发明具备可实施性，且发展前景良好，具有实际的经济效益和社会效益，符合我国水泥工业节能降耗和可持续化发展战略，值得广泛推广应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种转炉热焖钢渣粉活化剂，其特征在于，用于钢渣的粉磨，所述活化剂由如下重量份的原料组成：
碱渣：20-60份；
硫铝酸盐水泥：15-40份；
高炉水淬渣微粉：10-40份；
甲酸钙：2-10份；
聚乙烯醇磷酸铵：0.5-1份；
单乙醇二异丙醇胺：0.5-3份；
消泡剂：0.01-0.05份，
其中，所述碱渣为碱渣干粉料，为氨碱法生产纯碱过程中产生的固体废渣，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
2.根据权利要求1所述的转炉热焖钢渣粉活化剂，其特征在于，所述活化剂包括如下重量份的原料：
碱渣：30-50份；
硫铝酸盐水泥：20-40份；
高炉水淬渣微粉：10-35份；
甲酸钙：2-8份；
聚乙烯醇磷酸铵：0.5-1份；
单乙醇二异丙醇胺：0.5-1.5份；
消泡剂：0.01-0.05份。
3.根据权利要求2所述的转炉热焖钢渣粉活化剂，其特征在于，所述活化剂包括如下重量份的原料：
碱渣：40份；
硫铝酸盐水泥：20份；
高炉水淬渣微粉：35份；
甲酸钙：5份；
聚乙烯醇磷酸铵：0.5份；
单乙醇二异丙醇胺：1份；
消泡剂：0.02份。
4.根据权利要求1至3任一所述的转炉热焖钢渣粉活化剂，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥为低碱度硫铝酸盐水泥。
5.根据权利要求1至3任一所述的转炉热焖钢渣粉活化剂，其特征在于，所述高炉水淬渣微粉为高炉水淬矿渣微粉。
6.一种权利要求1至5任一所述的转炉热焖钢渣粉活化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按比例将所述碱渣、硫铝酸盐水泥、高炉水淬渣微粉、甲酸钙和聚乙烯醇磷酸铵混合均匀制得粉料；
2)将所述单乙醇二异丙醇胺和消泡剂的液态有机物依次均匀喷洒或滴加于所述粉料上，并混合均匀，制得所述转炉热焖钢渣粉活化剂。
7.根据权利要求6所述的转炉热焖钢渣粉活化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的所述液态有机物经过稀释后均匀喷洒或滴加于所述粉料上，稀释倍数为2-3倍。
8.一种权利要求1-5任一所述的转炉热焖钢渣粉活化剂的应用，其特征在于，所述的转炉热焖钢渣粉活化剂用于钢渣的粉磨，其在钢渣粉磨生产中的掺量为0.5-1.5％。
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