CN109851242A - 一种钢渣改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢渣改性方法，包括首先向高温转炉钢渣中加入改性剂，然后冷却至600‑800℃，再将其置于密封环境中进行喷水热焖处理，得到粉化后钢渣；然后将粉化后钢渣与粘土、生石灰按照质量比为45:(12～18):(37～43)的比例混合后搅拌均匀，得到混合料；最后将混合料在1300‑1450℃下煅烧20‑30min，冷却至室温，得到具有活性水泥熟料的钢渣。本发明提供的方法改性后的钢渣安定性合格，活性得到提高，能替代部分水泥。用本发明的方法改性后的钢渣替代水泥后，前期水化较缓慢，但28d抗折抗压强度与水泥相当，能大量降低生产成本。

Description

一种钢渣改性方法
技术领域
本发明涉及工业固体废弃物资源化利用及环保工程技术领域，特别涉及一种钢渣改性方法。
背景技术
近年来，随着我国钢产量的不断攀升，作为炼钢过程中的副产品，钢渣的产量也急剧增长。转炉仍是国内主要的炼钢方式，国内的钢铁企业、科研机构和建材企业经过多年的研究，在钢渣利用方面取得了一定进展，钢渣已经成功的应用在建筑、道路工程、农业生产、冶金炉料和污水处理等领域。但是我国钢渣综合利用率仍然偏低，致使大量钢渣遭到废弃堆积，大量堆积的钢渣不仅占用土地，还会影响土壤的酸碱性。而且，钢渣中含有可溶性锘离子等有害元素，污染地表和地下水源，危害人类健康。
钢渣中含有胶凝性硅酸盐矿物硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)，因此改性后的钢渣可以应用在水泥、混凝土方面。但是，钢渣中硅酸盐矿物含量很少，且晶粒较大、结构致密，水化和胶凝活性差，因此其活性远低于水泥熟料，且钢渣中存在铁酸二钙(C2F)和RO相，使钢渣的易磨性变差，游离的氧化钙(f-CaO)会导致钢渣水泥膨胀、开裂等体积安定性不良的问题。
采用适当工艺方法对钢渣进行处理，激发其潜在活性，改善安定性，就可将钢渣大量应用于水泥、混凝土领域。钢渣的改性处理方法很多，如露天倒渣水淬法、热泼水淬法等处理钢渣的方法在一定程度上解决了钢渣安定性问题，但钢渣活性没有得到很好的改善，并且投资较大、处理工艺复杂，污水处理量大。滚筒法处理液态钢渣，可以同时完成冷却、固化、破碎和钢渣分离，工艺简单，处理后钢渣f-CaO含量低，安定性好，但同样的钢渣活性仍较低。风淬法利用高速气流冷却液态钢渣，相比水淬法环境污染小，成本低，但钢渣流动性差，难以控制。
因此，有必要提供一种成本低廉、污染小的钢渣改性方法，能同时解决钢渣安定性和活性低的问题，将其应用在水泥中。
发明内容
本发明提供了一种钢渣改性方法，其目的是为了同时解决钢渣安定性和活性低的问题，实现最大限度利用转炉钢渣的目的。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钢渣改性方法，包括如下步骤：
(1)向高温转炉钢渣中加入改性剂，然后冷却至600-800℃，得到混合钢渣；
(2)将步骤(1)所得混合钢渣置于密封环境中进行喷水热焖处理，得到粉化后钢渣；其中，喷水热焖处理时间为8-12h；
(3)将步骤(2)所得粉化后钢渣与粘土、生石灰按照质量比为45:(12～18):(37～43)的比例混合后搅拌均匀，得到混合料；
(4)将混合料在1300-1450℃下煅烧20-30min，冷却至室温，得到具有活性水泥熟料的钢渣。
优选地，所述改性剂为硼质改性剂，所述硼质改性剂中B2O3占0.8％以上。
优选地，所述改性剂的加入量占钢渣质量的10-15％。
优选地，所述喷水热焖处理过程中蒸汽压力为0.2-0.3MPa。
优选地，所述粉化后钢渣的粒径小于10mm。
优选地，所述粘土中含有以下组分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和SO3。
优选地，所述生石灰为质量分数为99％的CaO。
本发明的钢渣改性方法中，加入硼质改性剂的目的是防止钢渣在后续处理中出现扬尘现象。喷水闷热处理过程有效利用钢渣所含余热，将水变成蒸汽，并产生一定蒸气压，控制蒸气压在0.2-0.3MPa，利用钢渣自身热量所产生的热应力使大块钢渣裂解，同时大量饱和蒸汽渗入钢渣内部，与钢渣中游离氧化钙f-CaO、游离氧化镁f-MgO作用产生的体积膨胀应力使钢渣进一步破碎粉化，钢渣化学性质得到稳定，为下一步反应提供有利条件。最好将粉化后钢渣与粘土以及生石灰配料煅烧，制得矿物组成良好的具有活性水泥熟料的钢渣。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
(1)本发明提供的钢渣改性方法中钢渣的喷水热焖粉化率高，利用钢渣余热产生的蒸汽进行焖渣，节约能耗。在喷水热焖前加入改性剂可以减少整个过程中的扬尘，方便操作，对环境污染小。
(2)本发明提供的钢渣改性方法中用粘土以及生石灰与粉化后钢渣进行配料煅烧，制得的矿物组成良好、早起水化慢，但是后期强度高的水泥熟料。实施例中用改性后的钢渣替代水泥后，28d抗折抗压强度与水泥相当。
(3)本发明提供的方法改性后的钢渣安定性合格，活性得到提高，能替代部分水泥，大量降低了生产成本。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
取炼钢厂产生的高温转炉钢渣置于渣罐中，向其中加入0.5％的硼质改性剂(硼质改性剂中B2O3占0.8％以上)，待其冷却至600℃左右时，向渣罐中喷水密封，钢渣余热将渣罐内的水变成水蒸气，由渣罐上设置的蒸汽排放管调节渣罐内的蒸汽压力为0.2MPa左右。钢渣自身热量所产生的热应力使大块钢渣裂解，同时大量饱和蒸汽渗入钢渣内部，与钢渣中的游离氧化钙f-CaO、游离氧化镁f-MgO作用产生体积膨胀应力，使钢渣进一步被粉化，整个焖渣时间为12小时，粉化完成后的钢渣粒径小于10mm。
将粉化后钢渣与粘土、生石灰按照质量比为45:12:43的比例混合后搅拌均匀，得到混合料。生石灰CaO的质量分数为99％，粘土的组成如表1所示：
表1粘土化学成分
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O SO<sub>3</sub>
52％ 45％ 1.8％ 0.08％ 0.12％ 0.41％ 0.06％ 0.53％
将混合料在1300℃下煅烧30min，冷却至室温，得到具有活性水泥熟料的钢渣，其主要矿物为C3S、C2S、C4AF和C2F。
将具有活性水泥熟料的钢渣替代30％的水泥，进行抗折、抗压和活性指数测试实验，实验结果如表2所示：
表2实施例1具有活性水泥熟料的钢渣的胶砂强度
由表2可看出，用具有活性水泥熟料的钢渣替代30％的水泥后，前期抗折和抗压强度较纯水泥小，也即前期水化较缓慢，影响了5d强度。但是，28d的抗折抗压强度与纯水泥的相当，也即用本发明制得的具有活性水泥熟料的钢渣安定性合格，活性得到提高，适量替代一部分水泥是可行的。
实施例2
取炼钢厂产生的高温转炉钢渣置于渣罐中，向其中加入3％的硼质改性剂，待其冷却至800℃左右时，向渣罐中喷水密封，钢渣余热将渣罐内的水变成水蒸气，由渣罐上设置的蒸汽排放管调节渣罐内的蒸汽压力为0.3MPa左右。钢渣自身热量所产生的热应力使大块钢渣裂解，同时大量饱和蒸汽渗入钢渣内部，与钢渣中的游离氧化钙f-CaO、游离氧化镁f-MgO作用产生体积膨胀应力，使钢渣进一步被粉化，整个焖渣时间为8小时。粉化完成后的钢渣粒径小于10mm。
将粉化后钢渣与粘土、生石灰按照质量比为45:18:37的比例混合后搅拌均匀，得到混合料。生石灰CaO的质量分数为99％，粘土的组成如表1所示。
将混合料在1450℃下煅烧20min，冷却至室温，得到具有活性水泥熟料的钢渣，其主要矿物为C3S、C2S、C4AF和C2F。
将具有活性水泥熟料的钢渣替代35％的水泥，进行抗折、抗压和活性指数测试实验，实验结果如表3所示：
表3实施例2具有活性水泥熟料的钢渣的胶砂强度
由表3可看出，用具有活性水泥熟料的钢渣替代35％的水泥后，前期抗折和抗压强度较纯水泥小，也即前期水化较缓慢，影响了3d强度。但是，28d的抗折抗压强度与纯水泥的相当，也即用本发明制得的具有活性水泥熟料的钢渣安定性合格，活性得到提高，适量替代一部分水泥是可行的。
实施例3
取炼钢厂产生的高温转炉钢渣置于渣罐中，向其中加入1％的硼质改性剂，待其冷却至700℃左右时，向渣罐中喷水密封，钢渣余热将渣罐内的水变成水蒸气，由渣罐上设置的蒸汽排放管调节渣罐内的蒸汽压力为0.3MPa左右。钢渣自身热量所产生的热应力使大块钢渣裂解，同时大量饱和蒸汽渗入钢渣内部，与钢渣中的游离氧化钙f-CaO、游离氧化镁f-MgO作用产生体积膨胀应力，使钢渣进一步被粉化，整个焖渣时间为10小时。粉化完成后的钢渣粒径小于10mm。
将粉化后钢渣与粘土、生石灰按照质量比为9:3:8的比例混合后搅拌均匀，得到混合料。生石灰CaO的质量分数为99％，粘土的组成如表1所示。
将混合料在1400℃下煅烧25min，冷却至室温，得到具有活性水泥熟料的钢渣，其主要矿物为C3S、C2S、C4AF和C2F。
将具有活性水泥熟料的钢渣替代30％的水泥，进行抗折、抗压和活性指数测试实验，实验结果如表4所示：
表4实施例3具有活性水泥熟料的钢渣的胶砂强度
由表4可看出，用具有活性水泥熟料的钢渣替代35％的水泥后，前期抗折和抗压强度较纯水泥小，也即前期水化较缓慢，影响了3d强度。但是，28d的抗折抗压强度与纯水泥的相当，也即用本发明制得的具有活性水泥熟料的钢渣安定性合格，活性得到提高，适量替代一部分水泥是可行的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钢渣改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向高温转炉钢渣中加入改性剂，然后冷却至600-800℃，得到混合钢渣；
(2)将步骤(1)所得混合钢渣置于密封环境中进行喷水热焖处理，得到粉化后钢渣；其中，喷水热焖处理时间为8-12h；
(3)将步骤(2)所得粉化后钢渣与粘土、生石灰按照质量比为45:(12～18):(37～43)的比例混合搅拌均匀，得到混合料；
(4)将混合料在1300-1450℃下煅烧20-30min，冷却至室温，得到具有活性水泥熟料的钢渣。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述改性剂为硼质改性剂，所述硼质改性剂中B2O3占0.8％以上。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述改性剂的加入量占钢渣质量的10-15％。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述喷水热焖处理过程中蒸汽压力为0.2-0.3MPa。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述粉化后钢渣的粒径小于10mm。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述粘土中含有以下组分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和SO3。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述生石灰为质量分数为99％的CaO。
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