CN109206054A - 一种钢渣-碱渣的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢渣‑碱渣的处理方法，所述方法为用钢渣‑碱渣制造外墙装饰板，其特征在于所述钢渣为经过高温液态钢渣改良后的钢渣，所述碱渣由碱渣原渣经粉磨后制得，所述装饰板由装饰面层和中料层压合而成。装饰面层外表面喷涂装饰面层物料，中料层由中料层物料制成。所述装饰面层物料由下述重量份组份制成：钢渣100份、碱渣30份、碱性激发剂21份、水42份、纸浆纤维19份、颜料5份、聚丙烯纤维1.1份；所述中料层物料由下述重量份组份制成：钢渣100份、碱渣40份、碱性激发剂15份、水36份、纸浆纤维40份。本发明提供的技术方案，充分利用了钢渣‑碱渣的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成高强度装饰板，并保证了板材的成坯质量，可实现批量生产。

Description

一种钢渣-碱渣的处理方法
技术领域
本发明涉及一种钢渣-碱渣的处理方法，具体讲涉及一种钢渣-碱渣制备外墙装饰板的方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中的副产品，其排放量约为钢产量的10-15％。目前钢渣的综合利用率仅为10％，每年有将近9000万吨的钢渣没有得到有效利用，大量钢渣的堆放、闲置，不仅占用大量的耕地，而且钢渣中所含有的重金属离子、碱金属离子还会渗入土壤中，造成地下水污染。碱渣是指工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，包含氨碱法制碱过程中排放的废渣和其它工业生产过程排放的碱性废渣。碱渣成份主要包括碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等钙盐为主要组分的废渣，还含有少量的二氧化硫等成份，由于其含有大量的氯化物成为难以处理的固体废弃物，碱渣堆存严重污染环境，制约制碱工业的发展。在环保意识逐渐增强的今天，废物回收利用无疑是更好地处理手段。如何合理的回收利用钢渣、碱渣，使之变废为宝，目前已经成为新的难题。
近几年研发的新型建筑外墙装饰材料常用的有建筑涂料、外墙砖、玻璃幕墙、陶瓷挂板、铝板、铝塑板等。外墙涂料安全、色彩丰富、容易更新,但对墙体的诸如抗裂性、耐候耐久性保护性能较差，且易脏、易褪色；而玻璃幕墙的反光、陶瓷挂板的高密度和外墙砖本身自重大，给在外墙高层建筑使用带来潜在危险，并且通常高温烧制，属高污染高能耗类产品，安全隐患和环保隐患并存。铝板，铝塑板等金属类外墙装饰材料由于其造价高昂，安装要求复杂，难以普及。因此，人们着力研发价格低廉、环保、易于生产，且质量轻、强度高、韧性高、耐久性好、收缩率低的外墙装饰板材。
碱激发胶凝材料(碱激发钢渣-碱渣材料)是由潜在胶凝材料组分和碱性激发剂反应生成的一类胶凝材料，具有原材料丰富(可利用工业废弃物)，制备简单和能耗低等优点，并且兼备良好的耐腐、耐高温等性能。其中，潜在凝胶材料组分主要为偏高领土、粒化高炉矿渣、粒化磷渣及粉煤灰等。碱性激发剂主要是苛性碱、可溶性硅酸盐或非硅酸盐。碱激发胶凝材料与传统硅酸盐水泥相比，具有需量小、水化热低、强度高和耐久性好等优点。而碱激发剂的种类、矿渣的成分和结构的差异都可使水化产物的组成和结构产生较大差异。(碱激发胶凝材料的应用研究，张波(173)53，《中国胶凝剂》第2014年3月第23卷第3期)
本发明人经过长期艰苦的探索和反复的实验发现采用碱激发胶凝材料生产外墙装饰板需要解决以下诸多庞杂的问题：如何从无数可能的方案中甄选出潜在凝胶材料组分的复配以提高早期水化速度、并生成高强度的产物，达到外墙装饰板抗腐蚀、抗冲击、抗疲劳、韧性高、耐久性好、收缩率低等等各项性能指标；如何配制恰当的碱性激发剂在水化过程中对复配的潜在凝胶材料活性激发，使其潜在水硬性得到充分发挥；如何提高稀浆薄料成坯质量以及如何实现流水线作业达到批量生产。这一系列连锁性问题成为碱激发胶凝材料产业化生产外墙装饰板的难点。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述难点，本发明提供一种钢渣-碱渣的处理方法，该技术方案充分发挥了钢渣-碱渣的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成高强度产物以达到外墙装饰板各项性能指标，并保证了板材的成坯质量，可实现批量生产的流水线作业。
本发明提供的一种钢渣-碱渣的处理方法，所述钢渣是由高温液态钢渣经处理改良后的钢渣，所述碱渣是由碱渣原渣经粉磨后制得，所述钢渣-碱渣混合物经处理可制得一种外墙装饰板。
所述外墙装饰板包括压合的装饰面层和中料层,所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述中料层由抄取成型的中料层物料制成，
所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份，碱渣0-90份，碱性激发剂1-30份，水20-60份，纸浆纤维3-20份，颜料1-30份和聚丙烯纤维0.1份-1.2份；
所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份，碱渣0-90份，碱性激发剂1-20份、水20-40份、纸浆纤维5-50份。
进一步，所述钢渣改良的具体步骤如下：
取处理后的钢渣中CaO、SiO2和Al2O3的摩尔比为最终配比，最终配比至少满足CaO:SiO2＝2-4：1或CaO：SiO2：Al2O3＝15-30:10-25:1中的一种；具体操作步骤如下：
1)取钢渣样品，检测确定其CaO、SiO2和Al2O3的含量，并与最终配比进行比对，取接近的最终配比作为目标配比；
2)根据钢渣样品中CaO、SiO2和Al2O3的含量和目标配比之间的含量差异，计算所需加入的CaO、SiO2和Al2O3的含量；
3)按照步骤2计算所得称取CaO、SiO2和Al2O3，并将其分别粉碎至5目以下，混合均匀后制得改良剂，备用；
4)称量液态钢渣总重量的1-5％的改良剂放入渣包底部，将1300-1600℃的液态钢渣流入渣包进行改良，然后将改良后的钢渣进行雾化处理即可形成稳定的粒状钢渣。
进一步，所述碱性激发剂由苛性钠、钠水玻璃、石灰、芒硝、纯碱其中一种或几种组成。
进一步，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣30份、碱性激发剂21份、水42份、纸浆纤维19份、颜料5份和聚丙烯纤维1.1份。
进一步，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣50份、碱性激发剂20份、水40份、纸浆纤维18份、颜料10份和聚丙烯纤维0.5份。
进一步，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣40份、碱性激发剂15份、水36份和纸浆纤维40份。
进一步，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣42份、碱性激发剂16份、水35份和纸浆纤维43份。
进一步，所述碱性激发剂由苛性钠和钠水玻璃复合配制而成，重量比为2：5。
进一步，所述由苛性钠和钠水玻璃复合配制而成，重量比为5：3。
进一步，所述钢渣在球磨机中粉磨30-50min制得，且比表面积为400m2/kg-450m2/kg；所述碱渣为碱渣原渣经粉磨后制得，且比表面积为300m2/kg-600m2/kg。
进一步，所述的外墙装饰板的制备包括如下步骤：
1)将所述装饰面层物料和中料层物料分别加入搅拌机中搅拌5-10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中抄取成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下抄取脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在抄取成型的中料层上；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)将板材放入20-50℃、相对湿度70-90％的环境中养护1-3天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
由于钢渣潜在水化活性高，碱渣水化放热低，两种材料特性形成互补。将钢渣和碱渣按照一定比例混合，掺入碱性激发剂制备的碱激发钢渣-碱渣胶凝材料，具有强度高、抗疲劳性好、耐久性强等诸多优点，并且变废为宝，节约资源。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明选取碱激发钢渣-碱渣生成胶凝材料，采用钢渣和碱渣作为原材料，价格低廉，变废为宝。充分利用了钢渣高潜在水化活性的特点；
2、碱激发钢渣-碱渣胶凝材料具有水化热低，抗冲击高，韧性强，抗疲劳性好，耐磨性好，抗碳化能力强，耐久性好等特点；
3、该工艺生产效率高，成本低，很容易形成流水线作业和批量生产；
4、该工艺可提高稀浆薄料成坯质量。
具体实施方式
下面通过具体实施例的方式对本发明提供的技术方案做进一步清楚完整的说明，但它们并不构成对本发明的限制。
实施例1
一种钢渣-碱渣的处理方法
1.钢渣-碱渣的处理
1)配制碱性激发剂：
按重量比，苛性钠：钠水玻璃为2：5。
2)配制装饰面层物料：
按重量份计，钢渣100份、碱渣30份、碱性激发剂21份、水42份、纸浆纤维19份、颜料5份、聚丙烯纤维1.1份。
3)配制中料层物料：
按重量份计，钢渣100份、碱渣40份、碱性激发剂15份、水36份、纸浆纤维40份。
上述组份中钢渣的成分为:质量百分比SiO214.67﹪、TiO20.84﹪、Al2O3 4.06﹪、MgO 7.62、CaO 47.22﹪、Na2O 0.16﹪、K2O 0.075﹪、SO3 0.57﹪、TFe14.30﹪、P2O51.04﹪、烧失量2.58％；
碱渣的成分为:质量百分比CaSO3 45.6％、CaCl2 10.5％、Al2O3 3.0％、SiO27.8％、CaCO4 3.9％、CaO 10.3％、Fe2O3 0.7％、Mg(OH)2 9.0％、NaCl 2.7％、H2O 5.3％。
2.外墙装饰板的制备
1)将面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌8min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中抄取成型，抄取脱水压力成型中，温度为25℃，压力为0.1MPa，车速为15m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在抄取成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度30℃、相对湿度75％环境中养护2天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例2：
一种钢渣-碱渣的处理方法
1.钢渣-碱渣的处理
1)配制碱性激发剂：
按重量比，苛性钠：石灰为5：3。
2)配制装饰面层物料：
按重量份计，钢渣100份、碱渣50份、碱性激发剂20份、水40份、纸浆纤维18份、颜料10份、聚丙烯纤维0.5份。
3)配制中料层物料：
按重量份计，钢渣100份、碱渣42份、碱性激发剂16份、水35份、纸浆纤维43份。
2.外墙装饰板的制备：
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中抄取成型，抄取脱水压力成型中，温度为30℃，压力为0.5MPa，车速为20m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在抄取成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度35℃、相对湿度85％环境中养护1天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例3：
一种钢渣-碱渣的处理方法
1.钢渣-碱渣的处理
1)碱性激发剂为：苛性钠
2)配制装饰面层物料：
按重量份计，钢渣100份、碱渣20份、碱性激发剂28份、水45份、纸浆纤维11份、颜料8份、聚丙烯纤维0.8份。
3)配制中料层物料：
按重量份计，钢渣100份、碱渣10份、碱性激发剂13份、水31份、纸浆纤维46份。
2.外墙装饰板的制备
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中抄取成型，抄取脱水压力成型中，温度为30℃，压力为0.8MPa，车速为18m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在抄取成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度40℃、相对湿度85％环境中养护1天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例4-15如下：(碱性激发剂的配制同实施例2，制备过程同实施例1)
面层物料配制如表1：(按重量份计)
表1
实施例编号 钢渣 碱渣 碱性激发剂 水 纸浆纤维 颜料 聚丙烯纤维
实施例4 100 40 11 24 20 15 0.5
实施例5 100 3 25 46 14 21 0.9
实施例6 100 34 7 20 9 30 0.7
实施例7 100 27 1 32 5 2 1.0
实施例8 100 0 9 50 13 10 0.6
实施例9 100 16 4 40 18 1 0.8
实施例10 100 50 19 28 19 26 0.7
实施例11 100 9 14 25 7 15 1.0
实施例12 100 90 30 60 8 20 1.2
实施例13 100 80 26 56 3 9 0.3
实施例14 100 76 19 45 16 28 0.2
实施例15 100 68 28 36 10 19 0.4
中料层物料配制如表2：(按重量份计)
表2
上述实施例中制备的外墙装饰板的性能如下：
表3
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述钢渣是由高温液态钢渣经处理改良后的钢渣，所述碱渣是由碱渣原渣经粉磨后制得，所述钢渣-碱渣混合物经处理可制得一种外墙装饰板；
所述外墙装饰板包括压合的装饰面层和中料层，所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述中料层由抄取成型的中料层物料制成；
所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份，碱渣0-90份，碱性激发剂1-30份，水20-60份，纸浆纤维3-20份，颜料1-30份和聚丙烯纤维0.1份-1.2份；
所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份，碱渣0-90份，碱性激发剂1-20份、水20-40份、纸浆纤维5-50份。
2.如权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述钢渣改良的具体步骤如下：
取处理后的钢渣中CaO、SiO2和Al2O3的摩尔比为最终配比，最终配比至少满足CaO:SiO2＝2-4：1或CaO：SiO2：Al2O3＝15-30:10-25:1中的一种；
具体操作步骤如下：
1)取钢渣样品，检测确定其CaO、SiO2和Al2O3的含量，并与最终配比进行比对，取接近的最终配比作为目标配比；
2)根据钢渣样品中CaO、SiO2和Al2O3的含量和目标配比之间的含量差异，计算所需加入的CaO、SiO2和Al2O3的含量；
3)按照步骤2计算所得称取CaO、SiO2和Al2O3，并将其分别粉碎至5目以下，混合均匀后制得改良剂，备用；
4)称量液态钢渣总重量的1-5％的改良剂放入渣包底部，将1300-1600℃的液态钢渣流入渣包进行改良，然后将改良后的钢渣进行雾化处理即可形成稳定的粒状钢渣。
3.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述碱性激发剂由苛性钠、钠水玻璃、石灰、芒硝、纯碱其中一种或几种组成。
4.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣30份、碱性激发剂21份、水42份、纸浆纤维19份、颜料5份和聚丙烯纤维1.1份。
5.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣50份、碱性激发剂20份、水40份、纸浆纤维18份、颜料10份和聚丙烯纤维0.5份。
6.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣40份、碱性激发剂15份、水36份和纸浆纤维40份。
7.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、碱渣42份、碱性激发剂16份、水35份和纸浆纤维43份。
8.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述碱性激发剂由苛性钠和钠水玻璃复合配制而成，重量比为2：5；
优选地，所述碱性激发剂由苛性钠和钠水玻璃复合配制而成，重量比为5：3。
9.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，其特征在于，所述钢渣在球磨机中粉磨30-50min制得，且比表面积为400m2/kg-450m2/kg；所述碱渣为碱渣原渣经粉磨后制得，且比表面积为300-600m2/kg。
10.按照权利要求1所述的一种钢渣-碱渣的处理方法，可以用于制备装饰板、其特征在于，所述装饰板的制备包括如下步骤：
1)将所述装饰面层物料和中料层物料分别加入搅拌机中搅拌5-10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中抄取成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下抄取脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在抄取成型的中料层上；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)将板材放入20-50℃、相对湿度70-90％的环境中养护1-3天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
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