CN109180039A - 一种镍渣复合机制砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍渣复合机制砂及其制备方法。本发明的镍渣复合机制砂采用RKEF法镍铁冶炼过程中产生的电炉镍铁渣和精炼混合渣，通过一定的配比、筛分、破碎、混合后制得所述复合机制砂。本发明的镍渣复合机制砂可以满足建筑工程中砂浆和混凝土的使用要求，不仅可提高砂浆和混凝土拌合物的和易性，并且可提高砂浆和混凝土的强度。同时，本发明也实现了工业废渣的再利用，解决了废渣占用土地、污染土壤及地下水等问题，既减轻了环境压力，也取得了效益。

Description

一种镍渣复合机制砂及其制备方法
技术领域
本发明属于机制砂的技术领域，具体涉及一种采用RKEF镍铁冶炼工艺中产生的电炉镍铁渣和精炼混合渣配制镍渣复合机制砂及其制备方法。
背景技术
砂作为细骨料在砂浆和混凝土中起着骨架及填充粗骨料空隙的作用，是一种不可缺少的组成材料。随着建筑工程量的扩大，另一方面却是天然砂资源的日渐枯竭，及出于环境保护的要求限制矿山开采和河道采砂，使得作为细骨料的天然砂变得严重短缺，因此寻求新的材料和途径制备机制砂替代天然砂势在必行。目前，机制砂多为各种岩性的岩石破碎而成，广泛应用于各种建筑工程，取得了较好的应用效果。RKEF镍铁冶炼工艺排放大量的电炉镍铁渣和精炼混合渣，这些未被利用的废渣堆放、填埋不仅污染环境，占用大量土地，对周围环境和人们的健康带来巨大的危害，而且也是对可再利用资源的浪费。
现有技术一般是将镍铁渣直接粉磨制成镍铁渣微粉，再作为建筑材料使用，例如，CN 103771739 A公开了一种镍铁渣微粉及其制备方法，该方法以镍铁渣为原料，经磁选过程，直接粉磨制得镍铁渣微粉。也有以冶炼渣为原料生产机制砂的技术，CN 102173626 A公开了一种复合机制砂，该种机制砂以自然冷却高炉渣和石灰石尾矿为原料，经适当比例配合，生产复合机制砂。
电炉镍铁渣为高硅高镁的化学组成，易磨性差，粉磨成微粉后活性低，生产成本较高；精炼混合渣经堆冷、喷水冷却过程中会产生粉化现象，颗粒粒径小，易磨性好，但粉磨成微粉后活性较低，故这两种废渣制备成微粉用于矿物掺合料受到一定的限制，如掺量不能太大，这就意味着难以大规模利用完这些大量的废渣。因此，寻找大规模利用电炉镍铁渣和精炼混合渣的技术途径势在必行。本技术拟将RKEF镍铁冶炼工艺产生的电炉镍铁渣和精炼混合渣用于生产机制砂，目前还未见有相关技术的报道。
发明内容
本发明的目的在于缓解天然砂的短缺问题、减少RKEF镍铁冶炼工艺中产生的电炉镍铁渣和精炼混合渣对环境的影响、提供一种大规模利用电炉镍铁渣和精炼混合渣的技术，更具体为利用RKEF镍铁冶炼工艺中产生的电炉镍铁渣和精炼混合渣制备一种镍渣复合机制砂。
本发明的目的还在于提供上述一种镍渣复合机制砂的制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
本发明所述一种镍渣复合机制砂，其组成为电炉镍铁渣和精炼混合渣；按质量百分比计，所述电炉镍铁渣为85-100％、干基精炼混合渣为0-15％。
进一步地，所述电炉镍铁渣产生于RKEF镍铁冶炼工艺粗炼环节，由矿热炉产出，经水淬得到；所述精炼混合渣产生于RKEF镍铁冶炼工艺中AOD炉(氩氧精炼法的精炼设备)及LF炉(钢铁生产中主要的炉外精炼设备)，经堆冷、喷水冷却，水洗，粉磨和选金属处理后得到。
进一步地，所述的电炉镍铁渣含水率(按质量计)不大于1％，精炼混合渣含水率(按质量计)不大于20％；且电炉镍铁渣和精炼混合渣的粒径均不大于10mm。
进一步地，所述一种镍渣复合机制砂，依据GB/T 14684-2011《建设用砂》中的测定方法，其颗粒级配符合机制砂2区级配标准，细度模数为中砂2.5-2.7；其表观密度为2900-3100kg/m3，松散堆积密度为1600-1800kg/m3，空隙率不大于44％；MB值不大于1.4，石粉含量(按质量计)不大于6.0％，泥块含量(按质量计)不大于1.0％；坚固性指标质量损失不大于8％，单级最大压碎指标不大于25％；有害物质中，云母含量为0％，轻物质含量为0％，有机物含量合格；按SO3质量计算，硫化物及硫酸盐含量不大于0.3％；按氯离子质量计算，氯离子含量不大于0.06％。
进一步地，该镍渣复合机制砂经粉磨至全部通过0.8mm方孔筛，以粉磨后的镍渣复合机制砂粉与水泥按质量比5:5制备净浆，按照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T 750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》检测该镍渣复合机制砂粉的)安定性，符合以上标准要求；该复合机制砂按照GB/T 14684-2001《建筑用砂》中规定制备碱集料反应试件，按标准规定的方法养护并检测该镍渣复合机制砂的碱活性，符合以上标准要求；该复合机制砂的安定性和碱集料反应符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》中对混凝土、砂浆性能不产生有害影响的一般要求。
进一步地，该镍渣复合机制砂的放射性、浸出毒性符合符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》中对人体、生物、环境不产生有害影响的要求。
制备上述的一种镍渣复合机制砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所需的精炼混合渣原料由皮带运送到烘干机进行烘干，制得干基精炼混合渣；
(2)将所需的电炉镍铁渣由皮带运送到筛分机进行初筛，将电炉镍铁渣由皮带运送到筛分机进行初筛，将40％-60％粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒及步骤(1)中烘干后的精炼混合渣由皮带运送至破碎机进行破碎；
(3)将步骤(2)破碎后所得产物与剩余粒径为1.18-4.75mm区间的颗粒与粒径小于1.18mm的颗粒一并由皮带输送到混料机进行混料，再由皮带机送至成品堆或成品库。
由上述的制备方法制得一种镍渣复合机制砂。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的一种镍渣复合机制砂，依据GB/T 14684-2011《建筑用砂》的要求，其颗粒级配、细度模数、表观密度、松散堆积密度、空隙率、石粉含量、泥块含量、坚固性、有害物质含量等技术指标均满足GB/T 14684-2011《建筑用砂》标准要求。
(2)本发明的一种镍渣复合机制砂的原料电炉镍铁渣和原料精炼混合渣来源充足，生产所述镍渣复合机制砂时，经过破碎机破碎的精炼混合渣产生的细颗粒较多，改善了单独使用电炉镍铁渣生产的机制砂细颗粒较少、配制混凝土容易泌水、坍落度损失过大的问题；且电炉镍铁渣破碎后颗粒棱角较多，与胶凝材料浆体结合更好，可使混凝土强度及耐久性能得到提高。
(3)本发明的这种镍渣复合机制砂属于绿色环保建筑材料，利用RKEF镍铁冶炼过程中产生的电炉镍铁渣和精炼混合渣，变废为宝；同时减少镍渣堆放场地以及处理填埋的费用，解决了此废渣占用土地、污染土壤及地下水的问题，具有很好的环境效益和经济效益。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围和具体实施方式不限于此。
实施例中，本发明的一种镍渣复合机制砂通过如下具体方法制备得到，具体包括如下步骤：
(1)原材料分析：对电炉镍铁渣和精炼混合渣进行原材料分析。分析指标包括：含水率，原材料粒径分析。
(2)烘干处理：将精炼混合渣由皮带机运送至烘干机进行烘干处理，制得干基精炼混合渣。
(3)机制砂制备：将所定质量比例的电炉镍铁渣从原料堆由皮带运送到筛分机进行初筛，将40％-60％粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒及所述质量比例的干基精炼混合渣从原料堆由皮带运送至立轴冲击式破碎机进行破碎后；与剩余粒径为1.18-4.75mm区间的颗粒与粒径小于1.18mm的颗粒一并由皮带输送到混料机进行混料，再由皮带机送至成品堆或成品库。
(4)产品检测：提取成品堆或成品库的复合机制砂，根据GB/T 14684-2011《建筑用砂》检测其技术指标，主要为颗粒级配、表观密度、松散堆积密度、空隙率、含泥量、石粉含量、泥块含量、坚固性，有害物质限量，碱集料反应，放射性等指标。
(5)安定性及浸出毒性检测：提取成品堆或成品库的复合机制砂，粉磨至全部通过0.8mm方孔筛，按照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T 750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》，以粉磨后的镍渣复合机制砂粉与水泥按质量比5:5制备净浆，检测镍渣复合机制砂粉的沸煮安定性和压蒸安定性是否合格，判定其对建筑工程安全性影响；按照HJ557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》制备镍渣复合机制砂的浸出液、依据GB/T 15555.1～15555.12-1995《固体废物浸出毒性测定方式》进行测试、依据GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、GB3838-2002《地表水环境质量标准》进行浸出毒性评价，判定其对周围环境安全性影响。
实施例1
一种镍渣复合机制砂制备，包括如下步骤：
配合比设计为：电炉镍铁渣：干基精炼混合渣质量比例关系为85:15(总质量可以是1吨，下同)。
(1)原材料分析：对电炉镍铁渣和精炼混合渣进行原材料分析。分析结果为：电炉镍铁渣含水率(按质量计)为0.4％，精炼混合渣含水率(按质量计)为16.5％，且该实施例所用电炉镍铁渣，精炼混合渣原材料粒径均为0-10mm。
(2)烘干处理：将精炼混合渣由皮带机运送至烘干机进行烘干处理，制得干基精炼混合渣。
(3)机制砂制备：将所定质量比例的电炉镍铁渣从原料堆由皮带运送到筛分机进行初筛，将50％粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒及所述质量比例所定的干基精炼混合渣从原料堆由皮带运送至立轴冲击式破碎机进行破碎后；与剩余粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒与粒径小于1.18mm的电炉镍铁渣颗粒一并由皮带输送到混料机进行混料，再由皮带机送至成品堆或成品库。
(4)产品检测：根据GB/T 14684-2011《建筑用砂》检测其技术指标，实施例1生产的所述复合机制砂的产品检测结果如表1所示。
表1
(5)安定性及浸出毒性检测：提取实施例1制得的镍渣复合机制砂进行安定性及浸出毒性检测，经检验，该镍渣复合机制砂，其安定性符合GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T 750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》中的要求；浸出毒性符合GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、GB3838-2002《地表水环境质量标准》中要求，满足GB/T 14684-2011《建筑用砂》中对人体、生物、环境及混凝土、砂浆性能不产生有害影响的要求。
实施例2
一种镍渣复合机制砂的制备，包括如下步骤：
配合比设计为：电炉镍铁渣：干基精炼混合渣质量比例关系为90:10。
(1)原材料分析：对电炉镍铁渣和精炼混合渣进行原材料分析。分析结果为：电炉镍铁渣含水率(按质量计)为0.7％，精炼混合渣含水率(按质量计)为18.0％，且该实施例所用电炉镍铁渣，精炼混合渣原材料粒径均为0-10mm。
(2)烘干处理：将精炼混合渣由皮带机运送至烘干机进行烘干处理，制得干基精炼混合渣。
(3)机制砂制备：将所定质量比例的电炉镍铁渣从原料堆由皮带运送到筛分机进行初筛，将40％粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒及所述质量比例所定的干基精炼混合渣从原料堆由皮带运送至立轴冲击式破碎机进行破碎后；与剩余粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒与粒径小于1.18mm的电炉镍铁渣颗粒一并由皮带输送到混料机进行混料，再由皮带机送至成品堆或成品库。
(4)产品检测：根据GB/T 14684-2011《建筑用砂》检测其技术指标，实施例2生产的所述镍渣复合机制砂的产品检测结果如表2所示。
表2
(5)安定性及浸出毒性检测：提取实施例2制得的镍渣复合机制砂进行安定性及浸出毒性检测，经检验，该镍渣复合机制砂，其安定性符合GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T 750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》中的要求；浸出毒性符合GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、GB3838-2002《地表水环境质量标准》中要求；满足GB/T 14684-2011《建筑用砂》中对人体、生物、环境及混凝土、砂浆性能不产生有害影响的要求。
实施例3
一种镍渣复合机制砂的制备，包括如下步骤：
配合比设计为：电炉镍铁渣：干基精炼混合渣质量比例关系为100:0。
(1)原材料分析：对电炉镍铁渣和精炼混合渣进行原材料分析。分析结果为：电炉镍铁渣含水率(按质量计)为0.6％，且该实施例所用电炉镍铁渣原材料粒径为0-10mm。
(2)机制砂制备：将所定质量比例的电炉镍铁渣从原料堆由皮带运送到筛分机进行初筛，将60％粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒从原料堆由皮带运送至立轴冲击式破碎机进行破碎后；与剩余40％粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒与粒径小于1.18mm的电炉镍铁渣颗粒一并由皮带输送到混料机进行混料，再由皮带机送至成品堆或成品库。
(3)产品检测：根据GB/T 14684-2011《建筑用砂》检测其技术指标，实施例3制得的所述镍渣复合机制砂的产品检测结果如表3所示。
表3
(4)安定性及浸出毒性检测：提取实施例3制得的镍渣复合机制砂进行安定性及浸出毒性检测，经检验，该镍渣复合机制砂，其安定性符合GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T 750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》中的要求；浸出毒性符合GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、GB3838-2002《地表水环境质量标准》中要求；满足GB/T 14684-2011《建筑用砂》中对人体、生物、环境及混凝土、砂浆性能不产生有害影响的要求。
配制混凝土的性能指标
将实施例1制得所述镍渣复合机制砂用于配制强度等级为C30，坍落度为140±20mm的混凝土。其混凝土配合比及工作性能和抗压强度结果分别如表4，表5所示。
材料情况：水泥为P·O42.5，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，减水剂为聚羧酸系减水剂，以上材料均为市场上通用级别型号。
表4
注：表中复合机制砂等体积取代天然砂。
表5
从以上结果可以看出，本发明的实施例1制得镍渣复合机制砂所配制的混凝土满足设计要求。与采用天然砂配制的混凝土相比，采用镍渣复合机制砂配制的混凝土坍落度更大，工作性能更好，有利于施工；混凝土3d强度基本相同，28d及90d强度均有3MPa左右的提高，说明该镍渣复合机制砂对其配置的混凝土的后期强度有一定帮助。其他实施例效果和实施例1相似，配制混凝土的性能指标可参照实施例1。

Claims (7)

1.一种镍渣复合机制砂，其特征在于，其组成为电炉镍铁渣和精炼混合渣；按质量百分比计，电炉镍铁渣为85-100%、干基精炼混合渣为0-15%。
2.根据权利要求1所述一种镍渣复合机制砂，其特征在于，依据GB/T 14684-2011《建设用砂》中的测定方法，其颗粒级配符合机制砂2区级配标准，细度模数为中砂2.5-2.7；其表观密度为2900-3100kg/m3，松散堆积密度为1600-1800kg/m3，空隙率不大于44%；MB值不大于1.4，按质量百分比计，石粉含量不大于6.0%，按质量百分比计，泥块含量不大于1.0%；坚固性指标质量损失不大于8%，单级最大压碎指标不大于25%；有害物质中，云母含量0%，轻物质含量为0%，有机物含量合格；按SO3质量计算，硫化物及硫酸盐含量不大于0.3%；按氯离子质量计，氯离子含量不大于0.06%。
3.根据权利要求1所述一种镍渣复合机制砂，其特征在于，所述镍渣复合机制砂经粉磨至全部通过0.8mm方孔筛，以粉磨后的所述镍渣复合机制砂粉与水泥按质量比5:5制备净浆，按照GB/T 1346-2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T 750-1992 《水泥压蒸安定性试验方法》检测所述镍渣复合机制砂粉的安定性，符合以上标准要求；所述复合机制砂按照GB/T 14684-2001《建筑用砂》中规定制备碱集料反应试件，按标准规定的方法养护并检测所述镍渣复合机制砂的碱活性，符合以上标准要求；所述镍渣复合机制砂的安定性和碱集料反应符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》中对混凝土、砂浆性能不产生有害影响的要求。
4.根据权利要求1所述一种镍渣复合机制砂，其特征在于，所述镍渣复合机制砂的放射性、浸出毒性符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》中对人体、生物、环境不产生有害影响的要求。
5.根据权利要求1所述电炉镍铁渣和精炼混合渣，其特征在于，所述电炉镍铁渣产生于RKEF法镍铁冶炼工艺的粗炼环节，由矿热炉产出，经水淬得到；所述精炼混合渣产生于RKEF法镍铁冶炼工艺中的AOD炉及LF炉，经堆冷、喷水冷却，水洗，粉磨和选金属处理后得到。
6.制备权利要求1-5任一项所述一种镍渣复合机制砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将所需的精炼混合渣原料由皮带运送到烘干机进行烘干；
（2）将所需的电炉镍铁渣由皮带运送到筛分机进行初筛，将40%-60%粒径为1.18-4.75mm区间的电炉镍铁渣颗粒及步骤（1）中烘干后的精炼混合渣由皮带运送至破碎机进行破碎；
（3）将步骤（2）破碎后所得产物与剩余粒径为1.18-4.75mm区间的颗粒与粒径小于1.18mm的颗粒一并由皮带输送到混料机进行混料，再由皮带机送至成品堆或成品库。
7.根据权利要求6所述一种镍渣复合机制砂的制备方法，其特征在于，所述电炉镍铁渣含水率不大于1%，精炼混合渣原料含水率不大于20%；且电炉镍铁渣和精炼混合渣原料的粒径均不大于10mm。
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