CN110563353A - 一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，包括以下步骤：将堆场的炼钢尾渣和矿渣进行预烘干和预破碎；然后送入到配料仓充分混合制备成混合料；将混合料经皮带机送入悬挂式磁选机，通过磁选设备将混合料内的铁渣分离出；得到的混合料送入振动筛，筛选出大块杂质筛；然后将去除大块杂质的混合料与激发剂充分混合均匀后送入立磨系统进行机械化学活化；将活化后的混合料通入热风，进行干燥的同时送入选粉机中，分选出的细粉由袋式集尘器收集，粗粉返回悬挂式磁选机循环制备复合微粉。本发明实现了矿渣和炼钢尾渣的高效资源化，制备的钢渣复合微粉可用于水泥和混凝土的掺合料，适用性强、绿色环保，操作可靠。

Description

一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法
技术领域
本发明属于固体废物处理领域，具体涉及一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法。
背景技术
矿渣和炼钢尾渣是钢铁行业的两大固体废物。随着钢铁行业的不断发展，矿渣及钢渣的产生量也在逐年递增，堆砌放置的钢渣不仅严重占用了有限的土地资源，还会导致诸多的环境问题，引起土壤、表层水和地下水污染。为了创造更好的经济和环境效益，在钢铁工业中选择合理的循环处理工艺，开发矿渣和钢渣的再利用价值十分必要和迫切。
矿渣的主要成分为氧化硅、氧化铝、氧化钙和氧化镁等氧化物及一些硫化物。经水淬急冷后的矿渣玻璃体含量多，结构处于高能量状态，不稳定，潜在活性大。矿渣以降低水泥成本和提高产量为目的被用来作为水泥生产中的掺合料，主要用于生产矿渣硅酸盐水泥，掺入量可达到20%~85%。
钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO（铁、镁、锰的氧化物）相、游离氧化钙（f-CaO）和游离氧化镁（f-MgO）等。矿物组成决定了钢渣是非常理想的二次资源，可用于水泥、道路、建材等多领域。但是钢渣中因含较高的游离氧化钙和氧化镁，遇水后会膨胀，造成钢渣产品开裂或者膨胀；并且钢渣中含有少量的重金属，大量的使用可导致对环境的污染。因此，钢渣的不稳定性及组成限制了其二次利用量，最终可能导致大量的钢渣堆存。
矿渣和钢渣作为掺合料应用于水泥、混凝土行业，可以提高水泥、混凝土的早强和改善混凝土的某些特性，但钢渣的不稳定性及重金属危害性也导致其作为掺合料的比例在10%以下，使其作为固体废物无法被充分利用，并且目前市场上存在的矿渣微粉存在强度等级较低的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中矿渣和钢渣作为水泥混凝土掺合料的缺陷，提供一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，既能使钢渣得到有效资源化，减少堆存量，解决了固体废物的处理处置问题，又能制备一种新型的钢渣复合微粉作为掺合料应用于水泥及混凝土行业，减轻钢渣的环境风险的同时使具有一定的经济效益。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，包括以下的步骤：
(1)将炼钢尾渣和矿渣进行预烘干和预破碎；
(2)将上述步骤(1)预处理过的炼钢尾渣和矿渣送入到配料仓中充分混合制备成混合料；
(3)将上述步骤(2)制备的混合料经皮带机送入悬挂式磁选机，通过磁选机将混合料内的铁渣分离出；
(4)将上述步骤(3)得到的混合料送入振动筛，通过振动筛将混合料内的大块杂质筛选出；
(5)将上述步骤(4)去除大块杂质的混合料与激发剂混合均匀后送入立磨系统进行机械化学活化；
(6)将上述步骤(5)活化后的混合料中通入热风干燥，然后送入选粉机中，分选出的细粉由袋式集尘器收集即为钢渣复合微粉，粗粉返回步骤(3)循环制备复合微粉。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述步骤(1)中的矿渣为高炉水渣，炼钢尾渣为转炉炼钢尾渣。
进一步地，所述步骤(1)中对炼钢尾渣和矿渣进行预烘干，具体是指：控制炼钢尾渣和矿渣的含水率在15%～20%之间；所述步骤(1)中对炼钢尾渣和矿渣进行预破碎，具体是指：控制炼钢尾渣和矿渣的粒径不高于50mm。
进一步地，所述步骤(2)中，矿渣和炼钢尾渣的配料质量比为(2~5) ：1。
进一步地，所述步骤(4)中的大块杂质具体是指粒径大于50 mm的杂质。
进一步地，所述步骤(5)中，激发剂的质量为混合料质量的2%~8%；所述的激发剂包括碱性激发剂和酸性激发剂；其中，碱性激发剂为氢氧化钠或硅酸钠溶液，酸性激发剂为稀硫酸或醋酸溶液。
进一步地，所述步骤(5)中的机械化学活化具体是指：通过立式辊磨机采用机械粉磨的方式控制混合料的粒度，使产物颗粒的比表面积为400~500m2/kg。
进一步地，所述步骤(6)中通入热风对活化后的混合料进行干燥，具体是指：干燥后混合料的含水量在1%以下。
进一步地，所述步骤(6)中，细粉的粒径小于50um，粗粉的粒径大于50um。
本发明还保护所制备的钢渣复合微粉作为水泥及混凝土掺合料的应用，其特征在于，所述钢渣复合微粉的掺合量为50%~60%。
本发明的有益效果是：
1、矿渣和钢渣基按一定比例混合，其凝胶材料可实现优势互补，矿渣中的活性SiO2和Al2O3可与钢渣中的游离CaO反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，以消除钢渣的膨胀危害。
2、钢渣中的金属铁及含铁矿物致使钢渣易磨性较差，而这种易磨性差的问题可通过生产微粉消除，当混合料粉磨到比表面积大于450m2/kg时，其中的金属铁及含铁矿物会大量减少，并且通过立磨系统进行机械活化，物料晶体结构发生重组，提高了混合料的活性，发挥水硬胶凝材料的特性。
3、通过在混合料中添加激发剂，使复合微粉中的活性SiO2和Al2O3不断从矿渣玻璃体中溶解出来并参与水化反应生成水化硅酸钙凝胶，并形成具有水泥性质的高强材料，可使钢渣复合微粉作为掺合料制备的水泥体系早期强度有显著提高。
4、矿渣和炼钢尾渣制备的钢渣复合微粉作为水泥掺合料，掺合比例可达到50%~60%，使钢渣得到较大程度的处理处置，显著提高钢渣的资源化效率。
本发明方法绿色环保，通过钢渣及矿渣不同配比生产的产品，可满足矿粉S75或S95的质量标准。本发明所得的产品可部分或全部代替高炉水渣作为水泥掺和料，并可部分代替水泥作为混凝土的掺合料，实现炼钢尾渣的高效资源化利用，为水泥和混凝土掺和原料提供了一种有效的原料来源和途径。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。
为了方便对比，本实施例中采用的仪器设备型号统一。其中，悬挂式磁选机选用RCDD-6型号，振动筛选用ZDS800型号，立磨系统采用SRM45.4立式辊磨机，选粉机选用DMC48型号，袋式集尘器选用JQM20-128型号。
下述的各实施例中的矿渣选用高炉水渣，炼钢尾渣选用转炉炼钢尾渣。
实施例1
本实施例的工艺过程和步骤叙述如下：
将堆场的炼钢尾渣和矿渣分别进行预烘干和破碎，使其无明显大块杂质（粒径控制在50mm以下），控制含水率为15%，然后将炼钢尾渣和矿渣送入配料仓按4:1的质量配比充分混合制成混合料；将混合料经皮带机送入悬挂式磁选机，通过磁选设备将混合料内的铁渣分离出来，并且在振动筛中筛选出粒径大于50 mm的大块杂质后，与碱性激发剂混合均匀送入立式辊磨机中进行机械粉磨活化，其中，碱性激发剂选用氢氧化钠溶液，具体配置为：称0.2克氢氧化钠于烧杯中，加少量水溶解，然后倒入500毫升容量瓶里，分3次洗烧杯，将溶液全部倒入容量瓶里，最后用水稀释至刻度线，配制成0.01mol/L的溶液；将活化后的混合料通入热风干燥至混合料的含水量在1%以下，然后通过选粉机对混合料进行筛选，粒径小于50um的产物作为细粉由袋式集尘器收集即为钢渣复合微粉，粒径大于50um的产物作为粗粉进入悬挂式磁选机重新循环制备。
对上述得到的钢渣复合微粉在BETA206B全自动比表面积分析仪进行检测，获得比表面积为500m2/kg的钢渣复合微粉。将上述制备得到的钢渣复合微粉作为水泥的掺合料代替50%的水泥熟料，得到矿粉7d活性指数78%，28d活性指数95%，达到S95级。
实施例2
本实施例的工艺过程和步骤叙述如下：
将堆场的炼钢尾渣和矿渣分别进行预烘干和破碎，使其无明显大块杂质（粒径控制在50mm以下），控制含水率为18%，然后将炼钢尾渣和矿渣送入配料仓按2:1的质量配比充分混合制成混合料；将混合料经皮带机送入悬挂式磁选机，通过磁选设备将混合料内的铁渣分离出来，并且在振动筛中筛选出粒径大于50 mm的大块杂质后，与碱性激发剂混合均匀送入立式辊磨机中进行机械粉磨活化，其中，碱性激发剂选用硅酸钠溶液，具体配置为：称0.2克硅酸钠于烧杯中，加少量水溶解，然后倒入500毫升容量瓶里，分3次洗烧杯，将溶液全部倒入容量瓶里，最后用水稀释至刻度线，配制成0.01mol/L的溶液；将活化后的混合料通入热风干燥至混合料的含水量在1%以下，然后通过选粉机对混合料进行筛选，粒径小于50um的产物作为细粉由袋式集尘器收集即为钢渣复合微粉，粒径大于50um的产物作为粗粉进入悬挂式磁选机重新循环制备。
对上述得到的钢渣复合微粉在BETA206B全自动比表面积分析仪进行检测，获得比表面积为450m2/kg的钢渣复合微粉。将上述制备得到的钢渣复合微粉作为水泥的掺合料代替50%的水泥熟料，得到矿粉7d活性指数62%，28d活性指数83%，达到S75级。
实施例3
本实施例的工艺过程和步骤叙述如下：
将堆场的炼钢尾渣和矿渣分别进行预烘干和破碎，使其无明显大块杂质（粒径控制在50mm以下），控制含水率为20%，然后将炼钢尾渣和矿渣送入配料仓按5:1的质量配比充分混合制成混合料；将混合料经皮带机送入悬挂式磁选机，通过磁选设备将混合料内的铁渣分离出来，并且在振动筛中筛选出粒径大于50 mm的大块杂质后，与酸性激发剂混合均匀送入立式辊磨机中进行机械粉磨活化，其中，碱性激发剂选用0.01mol/L的硫酸溶液；将活化后的混合料通入热风干燥至混合料的含水量在1%以下，然后通过选粉机对混合料进行筛选，粒径小于50um的产物作为细粉由袋式集尘器收集即为钢渣复合微粉，粒径大于50um的产物作为粗粉进入悬挂式磁选机重新循环制备。
对上述得到的钢渣复合微粉在BETA206B全自动比表面积分析仪进行检测，获得比表面积为450m2/kg的钢渣复合微粉。将上述制备得到的钢渣复合微粉作为混凝土的掺合料代替50%的水泥，得到混凝土28d的抗压强度37MPa，达到C30等级。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，包括以下的步骤：
(1)将炼钢尾渣和矿渣进行预烘干和预破碎；
(2)将上述步骤(1)预处理过的炼钢尾渣和矿渣送入到配料仓中充分混合制备成混合料；
(3)将上述步骤(2)制备的混合料经皮带机送入悬挂式磁选机，通过磁选机将混合料内的铁渣分离出；
(4)将上述步骤(3)得到的混合料送入振动筛，通过振动筛将混合料内的大块杂质筛选出；
(5)将上述步骤(4)去除大块杂质的混合料与激发剂混合均匀后送入立磨系统进行机械化学活化；
(6)将上述步骤(5)活化后的混合料中通入热风干燥，然后送入选粉机中，分选出的细粉由袋式集尘器收集即为钢渣复合微粉，粗粉返回步骤(3)循环制备复合微粉。
2.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的矿渣为高炉水渣，炼钢尾渣为转炉炼钢尾渣。
3.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中对炼钢尾渣和矿渣进行预烘干，具体是指：控制炼钢尾渣和矿渣的含水率在15%～20%之间；所述步骤(1)中对炼钢尾渣和矿渣进行预破碎，具体是指：控制炼钢尾渣和矿渣的粒径不高于50mm。
4.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，矿渣和炼钢尾渣的配料质量比为(2~5) ：1。
5.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的大块杂质具体是指粒径大于50 mm的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，激发剂的质量为混合料质量的2%~8%；所述的激发剂包括碱性激发剂和酸性激发剂；其中，碱性激发剂为氢氧化钠或硅酸钠溶液，酸性激发剂为稀硫酸或醋酸溶液。
7.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的机械化学活化具体是指：通过立式辊磨机采用机械粉磨的方式控制混合料的粒度，使产物颗粒的比表面积为400~500m2/kg。
8.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(6)中通入热风对活化后的混合料进行干燥，具体是指：干燥后混合料的含水量在1%以下。
9.根据权利要求1所述的一种利用矿渣和炼钢尾渣制备钢渣复合微粉的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，细粉的粒径小于50um，粗粉的粒径大于50um。
10.权利要求1所制备的钢渣复合微粉作为水泥及混凝土掺合料的应用，其特征在于，所述钢渣复合微粉的掺合量为50%~60%。
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