CN109574524A - 一种提高钢渣早期水化活性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高钢渣早期水化活性的方法，属于钢渣水泥外加剂技术领域。以酸化溶解组分、氧化组分和络合组分复合而成的外加剂；酸化溶解组分：有机酸或无机酸或酸酐；氧化组分：高锰酸钾或双氧水；络合组分：多元醇胺；方法分为三步，第一步为加入酸化溶解组分促进钢渣惰性组分表层溶解，第二步为加入双氧水使Fe2+氧化为Fe3+，第三步加入络合组分促进水化产物形成。本发明可提高钢渣7d活性指数15％‑30％。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢渣水泥早期水化活性的方法，尤其是涉及一种可提高钢渣水化活性以提升钢渣水泥早期活性指数的外加剂，属于钢渣水泥外加剂技术领域。
背景技术
钢渣是钢铁制造行业中的主要副产物，约占钢铁废弃物的12.09％。若将其堆积废弃，不仅造成了资源的大量浪费、占用土地，经过雨水的冲刷还会将其中游离的钙、镁离子释放出来造成土壤碱化，从而造成严重的环境破坏。固体废渣用于水泥混凝土中是一种有效的资源循环利用途径，具有巨大的环境效益与经济效益。钢渣是冶炼钢铁合金产生的固体废渣，主要成分为二价金属氧化物(如FeO和MgO等)、硅酸二钙和硅酸三钙，具有一定的水化胶凝活性，因而可以作为混凝土制造的原料。然而，由于钢渣在水化时是在碱性环境下进行，钢渣中的大量金属氧化物，尤其是FeO溶解度极低，这导致了钢渣的水化活性较低，限制了钢渣在建材中的应用。
国内外对于提高钢渣混凝土水化活性的研究已有了一定的研究成果。目前主要的活化方式为机械活化及碱活化。机械活化是通过将钢渣粉末通过球磨磨细，进而提高其表面能，提高碱金属氧化物在水中的溶解度，以此来提高其水化活性。然而钢渣硬度较高，球磨性能很差，致使磨细过程缓慢且能耗大。化学活化主要通过激发金属氧化物的碱活性，以此来明显提高钢渣的水化活性。然而这一方法需要高精度的成分控制，由于水泥成分复杂且不均匀，致使外加剂添加量难以控制，若掺量过高会影响水泥的性能且成本高，而掺量过低效果不明显，这使得用这一方法生产出来的产品性能稳定性差。
本发明针对FeO溶解度在碱性环境下溶解度差这一特点，提出了一种大幅度提升提高钢渣早期水化活性的方法，对于提高转炉钢渣在建材领域中的应用以及提高钢渣水泥生产效率有着积极的促进作用。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种能够提高钢渣水泥前期水化活性指数的的外加剂。
为解决以上问题，本发明提供了一种以酸化溶解组分、氧化组分和络合组分复合而成的外加剂。
酸化溶解组分：有机酸或无机酸或酸酐；
氧化组分：高锰酸钾或双氧水；
络合组分：多元醇胺，如二胺四乙醇、二乙醇单异丙醇胺、三元醇胺。
优选的，所述酸化溶解组分为酸酐；
再进一步优选的，所选酸酐为马来酸酐。
优选的，所述氧化组分为双氧水。
更进一步优选的，所述三元醇胺为三乙醇胺。
本发明采用上述外加剂提高钢渣水化活性的方法，其特征在于：本方法分为三步，第一步为加入酸化溶解组分促进钢渣惰性组分表层溶解，第二步为加入双氧水使Fe2+氧化为Fe3+，第三步加入络合组分促进水化产物形成。
具体为：第一步，先将酸化溶解组分配置成溶液加入到钢渣中，并充分搅拌，其中酸化溶解组分的质量为钢渣质量的0.3％-0.7％，为使钢渣表层充分溶解，搅拌时间为2分钟；第二步，再将氧化组分加入到第一步的钢渣体系中，加入质量为钢渣质量的0.01％-0.05％，为使Fe2+充分转化为Fe3+，搅拌时间为1分钟；第三步，最后加入络合组分，加入质量为钢渣质量的0.02％-0.06％，搅拌时间为4分钟。
优选的，加入的酸化溶解组分为钢渣质量的0.4％-0.6％；
更进一步优选的，加入的酸化溶解组分为钢渣质量的0.5％。
优选的，加入的氧化组分为钢渣质量的0.02％-0.04％；
更进一步优选的，加入的氧化组分为钢渣质量的0.03％。
优选的，加入的络合组分为钢渣质量的0.03％-0.05％；
更进一步优选的，加入的络合组分为钢渣质量的0.04％。
上述酸化溶解组分、氧化组分、络合组分均以水溶液的形式加入。
本发明加入的酸化溶解组分中马来酸酐与水反应生成马来酸，FeO在水中被水化是一个固相反应过程，由于FeO处于碱性环境，因而反应速率十分缓慢。由此可知，FeO水化是以化学反应速率控制的固相反应。
由固相反应公式G/dt＝KF(1-G)n(G为转化率，t为时间，K为反应平衡常数，F为形状因子，n为反应级数)可以看出若想加快FeO溶于水的速度，则必须增大其反应平衡常数，因此将溶液pH值调节为酸性，从而将原反应替换为反应平衡常数大的新反应。
其中，K2>>K1；
当经过酸化处理后溶液中产生了过量的H+以及Fe2+，由于Fe2+与OH-形成的Fe(OH)2胶凝性能较差，因此加入氧化组分，使其氧化成Fe3+并形成铁胶Fe(OH)3粘结颗粒形成强度，另一方面络合组分可以络合Fe3+并使Fe(OH)3与钙和硫形成钙矾石等产物进一步促进强度发展。通过本方法处理使得钢渣中FeO颗粒表层由大量新生成的Fe(OH)3胶体和钙矾石相互粘结，从而达到增强钢渣水化活性的作用。
由于本发明采取了以上技术方案，达到了如下技术效果：
根据GB/T 20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》附录A中实验方法，本发明可提高钢渣7d活性指数15％-30％。
具体实施方法
为更进一步阐述本发明为达预定目的所采用的技术手段以及功效，下面结合实施例和应用案例对本发明的限定。
在以下实施例中，所有的比例均为质量比。实施例采用的钢渣为转炉钢渣，其具体化学组成如表1所示。该钢渣7d活性指数为62％。
表1钢渣化学组成(％)
| CaO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | SO<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | TiO<sub>2</sub> | Na<sub>2</sub>O | L.O.I |
| 40.40 | 19.40 | 6.47 | 5.29 | 1.04 | 21.56 | 0.81 | 0.16 | 2.93 |
实施例中酸化溶解组分、氧化组分、络合组分均以水溶液的形式加入，各溶液加入的形式为使得钢渣表面完全湿润。
实施例1：
先将马来酸搅拌溶解配置成酸化溶解组分后加入到钢渣中，溶液中马来酸的有效加入量为钢渣质量的0.3％，充分混合搅拌2分钟；再将氧化组分高锰酸钾加入到钢渣中，加入量为钢渣质量的0.05％，充分混合搅拌1分钟；最后将络合组分乙二胺四乙醇加入到钢渣中，加入量为0.06％，混合搅拌4分钟。7d活性指数测试方法按《GB/T 20491》附录A进行，所测7d活性指数为78％，7d活性指数增加16％。
实施例2：
先将浓硫酸搅拌溶解配置成酸化溶解组分后加入到钢渣中，溶液中马来酸的有效加入量为钢渣质量的0.7％，充分混合搅拌2分钟；再将氧化组分双氧水加入到钢渣中，加入量为钢渣质量的0.01％，充分混合搅拌1分钟；最后将络合组分二乙醇单异丙醇胺加入到钢渣中，加入量为0.02％，混合搅拌4分钟。7d活性指数测试方法按《GB/T 20491》附录A进行，所测7d活性指数为83％，7d活性指数增加21％。
实施例3：
先将马来酸酐搅拌溶解配置成酸化溶解组分后加入到钢渣中，溶液中马来酸的有效加入量为钢渣质量的0.6％，充分混合搅拌2分钟；再将氧化组分双氧水加入到钢渣中，加入量为钢渣质量的0.04％，充分混合搅拌1分钟；最后将络合组分三乙醇胺加入到钢渣中，加入量为0.05％，混合搅拌4分钟。7d活性指数测试方法按《GB/T 20491》附录A进行，所测7d活性指数为89％，7d活性指数增加27％。
实施例4：
先将马来酸酐搅拌溶解配置成酸化溶解组分后加入到钢渣中，溶液中马来酸的有效加入量为钢渣质量的0.4％，充分混合搅拌2分钟；再将氧化组分双氧水加入到钢渣中，加入量为钢渣质量的0.02％，充分混合搅拌1分钟；最后将络合组分三乙醇胺加入到钢渣中，加入量为0.03％，混合搅拌4分钟。7d活性指数测试方法按《GB/T 20491》附录A进行，所测7d活性指数为88％，7d活性指数增加26％。
实施例5：
先将马来酸酐搅拌溶解配置成酸化溶解组分后加入到钢渣中，溶液中马来酸的有效加入量为钢渣质量的0.5％，充分混合搅拌2分钟；再将氧化组分双氧水加入到钢渣中，加入量为钢渣质量的0.05％，充分混合搅拌1分钟；最后将络合组分三乙醇胺加入到钢渣中，加入量为0.04％，混合搅拌4分钟。7d活性指数测试方法按《GB/T 20491》附录A进行，所测7d活性指数为92％，7d活性指数增加30％。
Claims (9)
1.一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，以酸化溶解组分、氧化组分和络合组分复合而成的外加剂；酸化溶解组分：有机酸或无机酸或酸酐；氧化组分：高锰酸钾或双氧水；络合组分：多元醇胺；方法分为三步，第一步为加入酸化溶解组分促进钢渣惰性组分表层溶解，第二步为加入双氧水使Fe2+氧化为Fe3+，第三步加入络合组分促进水化产物形成。
2.按照权利要求1所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，所述酸化溶解组分为马来酸酐。
3.按照权利要求1所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，所述络合组分选自二胺四乙醇、二乙醇单异丙醇胺、三元醇胺。
4.按照权利要求3所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，所述三元醇胺为三乙醇胺。
5.按照权利要求1所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，第一步，先将酸化溶解组分配置成溶液加入到钢渣中，并充分搅拌，其中酸化溶解组分的质量为钢渣质量的0.3％-0.7％，为使钢渣表层充分溶解，搅拌时间为2分钟；第二步，再将氧化组分加入到第一步的钢渣体系中，加入质量为钢渣质量的0.01％-0.05％，为使Fe2+充分转化为Fe3 +，搅拌时间为1分钟；第三步，最后加入络合组分，加入质量为钢渣质量的0.02％-0.06％，搅拌时间为4分钟。
6.按照权利要求5所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，加入的酸化溶解组分为钢渣质量的0.4％-0.6％；加入的氧化组分为钢渣质量的0.02％-0.04％，加入的络合组分为钢渣质量的0.03％-0.05％。
7.按照权利要求5所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，加入的酸化溶解组分为钢渣质量的0.5％；加入的氧化组分为钢渣质量的0.03％；加入的络合组分为钢渣质量的0.04％。
8.按照权利要求1-7任一项所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，酸化溶解组分、氧化组分、络合组分均以水溶液的形式加入；各溶液加入的形式为使得钢渣表面完全湿润。
9.按照权利要求1-7任一项所述的一种提高钢渣早期水化活性的方法，其特征在于，加入氧化组分，使Fe2+氧化成Fe3+并形成铁胶Fe(OH)3粘结颗粒形成强度，另一方面络合组分络合Fe3+并使Fe(OH)3与钙和硫形成钙矾石等产物进一步促进强度发展；使得钢渣中FeO颗粒表层由新生成的Fe(OH)3胶体和钙矾石相互粘结，从而达到增强钢渣水化活性的作用。
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