CN110683774B - 一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以矿渣‑钢渣‑石膏为原料的胶凝材料及其制备方法，该胶凝材料包括：原始矿渣、原始钢渣和工业副产物石膏；其制备方法包括如下步骤：(1)称取原料；(2)制备矿渣粉；(3)制备钢渣‑工业副产物石膏复合粉；(4)制备胶凝材料：将矿渣粉与钢渣‑工业副产物石膏复合粉均置于球磨机中粉磨均化混合，即得胶凝材料；其另一种制备方法包括如下步骤：(1)称取原料；(2)制备矿渣粉；(3)制备钢渣粉；(4)制备石膏粉；(5)制备胶凝材料：将矿渣粉、钢渣粉和石膏粉均置于球磨机中粉磨均化混合，即得胶凝材料。

Description

一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于工业固体废弃物资源化利用领域和建筑材料技术领域，更具体的说是涉及一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料及其制备方法。
背景技术
水泥熟料的生产过程会向大气中排放大量超细粉尘、硫化物和氮氧化物等有害物质。京津冀地区每年消耗9000万吨水泥熟料，每年向大气中排放接近7000万吨的CO2。用钢渣-矿渣-工业副产物石膏等多种固废的协同作用进一步取代水泥熟料，最高取代比例可以达到99％。可实现未来20年在京津冀地区减少90％以上的水泥熟料消耗。
钢渣是目前钢铁企业利用最差的大宗固废之一，大部分钢厂经过充分选铁后的钢尾渣中还有3％左右的残余金属铁，并含有比水泥熟料更高的二价金属离子。因此，钢渣在作为胶凝材料的组分时，可以对矿渣起到良好的激发作用。我国年产钢渣近1亿吨，累积堆存近10亿吨。但是，大量残余微米级的金属铁粒子在钢渣粉磨过程中会产生磁团聚和磁粘附，使超细粉磨无法进行。因此要对钢渣进行细磨，必须在粉磨过程中及时除去暴露出来的金属铁微粒。
我国年产矿渣近3亿吨。矿渣中具有潜在水硬活性的硅氧四面体是水泥熟料的2-3倍，用作水泥混合材、混凝土掺合料、胶结充填采矿胶结剂只有1/5-1/3％在发挥作用。目前的单一立磨粉磨，矿渣粉的粒径分布集中，颗粒成片状，28d活性指数仅能到达95-98％，严重限制了矿渣活性。单一开路、闭路球磨或者管磨粉磨，虽然有矿渣活性的发挥，但能耗和钢耗较高，弊端仍然较为明显。因此，亟待寻求一种新型的高效率低损耗的粉磨方式。
工业副产物石膏的成分与天然石膏一致即二水硫酸钙。由于其含有大量的硫酸根基团，可以对矿渣中具有水硬活性的硅氧四面体起到硫酸盐激发作用，形成矾石类矿物，对水化浆体产生强度起到贡献作用。但由于其含水率高，容易粘附粉末设备，亟待寻求一种有效的粉磨方式。
通过钢渣和工业副产物石膏与矿渣的协同作用，提高矿渣微粉在混凝土硬化和强度增长过程中的水化反应率，使其在C50以下混凝土中的28天水化率提高到90％以上，在C60以上的高强度混凝土中的水化率提高到75％以上，使矿渣微粉为C-S-H凝胶提供硅氧四面体和铝氧四面体的潜能大部分释放出来。同时对胶凝材料进行分级，增加了产品针对性，充分发挥胶凝材料的优势。
专利(CN10452923B)公布了种钢渣矿渣复合粉高级混凝土掺合料的制备方法。利用破碎机、立磨或滚压磨、管磨生产钢渣粉；利用立磨或辊压磨生产矿渣粉，制备出C40-C100的混凝土。但没有注意到钢渣-工业副产物石膏的复合利用，同时对矿渣的比表面积要求较高。仍需对产品的针对性进行划分。
专利(CN107986643A)公开了一种用石膏激发钢渣和矿粉制备的掺合料及利用掺合料制备的高性能混凝土。通过采用石膏激发钢渣的活性，以及钢渣和矿粉之间的相互激发作用，提高了钢渣和矿粉混合后的活性，通过采用该高活性的掺合料代替部分水泥制备混凝土。但没有注意到机械活化对掺合料的作用，没有考虑到原料的粉磨工艺的影响。
因此，提供一种制备成本低廉、制得的胶凝材料品质较高且能够使矿渣、钢渣、工业副产物石膏协同制备的胶凝材料及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一，提供了一种产品性能更加优良、成本低廉、颗粒级配好、有利于水化反应进行的以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料，由以下百分数含量的原料制备得到：原始矿渣10％-70％、原始钢渣15％-60％，工业副产物石膏5％-50％。。
本发明的有益效果是，能够有效激发各原料活性，有利于发挥各原料的优势，使得所制备的胶凝材料性能更加优良、制备成本低廉、颗粒级配好、有利于水化反应进行，有效促进了矿渣-钢渣-石膏的协同作用。
进一步的，所述原始矿渣为水淬高炉矿渣；所述原始钢渣为转炉钢渣、热泼钢渣、热闷钢渣、滚筒钢渣和电炉渣中的一种或多种；所述工业副产物石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏和废陶模石膏中的一种或多种。
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够对矿渣中具有水硬活性的硅氧四面体起到硫酸盐激发作用，形成矾石类矿物，进而提高胶凝材料水化浆体的强度，同时使得该胶凝材料的制备成本低廉，在矿渣、钢渣和石膏的协同作用下，有利于激发各原料活性，发挥各原料优势。
本发明还提供了一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)称取原料：按照上述权利要求1所述的百分数含量称取各原料；
(2)制备矿渣粉：首先，利用第一除铁器对原始矿渣进行一道除铁，制得矿渣初品；其次，利用第一粉磨机、热风机、第一选粉机及第二除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得粗粒矿渣；再次，利用管磨机、第二选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得矿渣粉；
(3)制备钢渣-工业副产物石膏复合粉：首先，利用第三除铁器对原始钢渣进行一道除铁，制得钢渣初品；其次，利用破碎机、第三除铁器和振动筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粗粒钢渣；再次，利用辊压机、第三除铁器、热风机和第一选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得细粒钢渣；再次，利用管磨机、第三除铁器及第二选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得粗磨钢渣粉；最后，利用管磨机对上述制得的粗磨钢渣粉和经烘干机烘干的工业副产物石膏的混合物在开路工序中进行粉磨，制得钢渣-工业副产物石膏复合粉，其中以质量百分比计，钢渣-工业副产物石膏复合粉中包括钢渣50％-80％，工业副产物石膏20％-50％；
(4)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉与步骤(3)中制备的所述钢渣-工业副产物石膏复合粉置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得胶凝材料。
本发明的有益效果是，能够对钢渣进行彻底、有效地除铁，从而容易实现钢渣粉和石膏粉的混磨均化，降低了钢渣粉和石膏粉混磨均化的难度，提高了钢渣-工业副产物石膏复合粉的生产效率，利用钢渣-石膏复合粉使得各原料在球磨机中混磨均化的程度提高，降低了对复合粉比表面积的要求。在提高钢渣-石膏复合粉添加量的情况下，保证所制备的胶凝材料的强度。采用该制备方法使得钢渣-石膏复合粉的整体粉磨能耗比闭路管磨系统降低30-50％，产量提升50-100％，该胶凝材料更加适用于制备中低等级的水泥或者混凝土，尤其适合用于制备路面基层材料、建筑用砖、矿山充填材料等，针对较低强度的要求，可以进一步减少矿渣的用量和比表面积。
进一步的，步骤(2)中所述的矿渣初品的含铁量为0.9-1.5％，步骤(2)中所述的粗粒矿渣的含水率为0-1.0％，比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-140μm，含铁量为0.5-0.9％，步骤(2)中所述的矿渣粉的比表面积为450-550m2/kg，粒径范围为0-100μm，含铁量为0.2-0.5％，真密度为2.8-3.0g/cm3，步骤(2)中所述的粗粒矿渣的筛余为0.045mm筛余3-12％，步骤(2)中所述的矿渣粉的筛余为0.045mm筛余1.5-10％。
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效除去矿渣中的金属铁微粒，提高了矿渣粉的制备效率，降低矿渣粉中的铁含量，且极大地提高了矿渣的活性指数。
进一步的，步骤(3)中所述的钢渣初品的含铁量为1.6-3.5％，步骤(3)中所述的粗粒钢渣的粒度为0-20mm，含铁量为0.8-1.6％，步骤(3)中所述的细粒钢渣的含水率为0-0.5％，比表面积为280-320m2/kg，粒度范围为0-200μm，含铁量为0.4-0.8％，步骤(3)中所述的粗磨钢渣粉的比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3，步骤(3)中所述的钢渣-工业副产物石膏复合粉的比表面积为400-500m2/kg，粒度范围为0-150μm，金属铁含量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3。
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效降低钢渣中的铁含量，提高了钢渣粉的粉磨效率，降低了能耗。
进一步的，步骤(2)和步骤(3)中每道工序的闭路循环取样周期为0.5-1h/次，步骤(4)中所述的胶凝材料的比表面积为500-600m2/kg。
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够使得钢渣中的二价阳离子、石膏中的硫酸根可以充分释放，使得矿渣中原有的硅氧键被破坏，表面暴露出大量的硅氧和铝氧断键，增加了三者的接触几率，缩短了离子扩散的距离，有利于胶凝材料水化作用的正向进行，提高胶凝材料的早期强度。
进一步的，所述第一除铁器为悬挂式除铁器，所述第二除铁器为滚筒除铁器，所述第三除铁器为流态化板式除铁器，所述第一粉磨机为立式粉磨机，所述第一选粉机为V型选粉机，所述第二选粉机为高效选粉机，所述破碎机为圆锥破碎机，所述振动筛为振动方筛，所述管磨机为直径为2m-4.6m，长度为7m-14.5m，2-3个仓的管磨机。
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效除去钢渣中的金属铁微粒，降低钢渣粉中的铁含量，减少钢渣粉磨过程中产生的磁团聚和磁粘附，同时有效降低了钢渣粉磨过程中的能耗，整体粉磨能耗比闭路管磨系统降低20-40％，产量提升30-60％。
进一步的，步骤(4)中所述球磨机的直径为2-3m，长度为3.6-7m，粉磨介质为钢锻，粉磨介质的填充量为普通情况的100％-120％。
采用上述技术方案产生的有益效果是，粉磨介质采用钢锻，增加钢锻的填充量有利于延长胶凝材料在粉磨介质间的停留时间，使得粉磨和均化效果更加明显。相对于普通的混料方式，增加球磨机为混磨均化设备，兼具了搅拌均化和磨细作用，即增加了机械活化对物料激发的作用，避免了外加剂对水泥或者混凝土强度和耐久性产生的副作用，即避免了化学激发的危害，同时无需像热力活化一样消耗大量能源，有利于节约成本。同时，球磨机具有优良的均化性能，无需再另行增加混料设备。
本发明还提供了另一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)称取原料：按照上述权利要求1所述的百分数含量称取各原料；
(2)制备矿渣粉：首先，利用第一除铁器对原始矿渣进行一道除铁，制得矿渣初品；其次，利用第一粉磨机、热风机、第一选粉机及第二除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得粗粒矿渣；再次，利用管磨机、第二选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得矿渣粉；
(3)制备钢渣粉：首先，利用第三除铁器对原始钢渣进行一道除铁，制得钢渣初品；其次，利用破碎机、第三除铁器和振动筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粗粒钢渣；再次，利用辊压机、第三除铁器、热风机和第一选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得细粒钢渣；再次，利用管磨机、第三除铁器及第二选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得粗磨钢渣粉；最后，利用管磨机对上述制得的粗磨钢渣粉进行粉磨，制得钢渣粉；
(4)制备石膏粉：将工业副产物石膏置于球磨机中进行粉磨，制得石膏粉；
(5)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉、步骤(3)中制备的所述钢渣粉和步骤(4)中制备的所述石膏粉均置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得胶凝材料。
本发明的有益效果是，能够有效除去钢渣中的金属铁微粒，降低钢渣粉中的铁含量，减少钢渣粉磨过程中产生的磁团聚和磁粘附，同时还能有效去除矿渣中的金属铁微粒，提高了矿渣粉的制备效率，降低矿渣粉中的铁含量，极大地提高了矿渣的活性指数，从而使得本发明中利用矿渣、钢渣和石膏所制备的胶凝材料更加适用于制备中高等级的水泥或者混凝土，尤其适合用于制备建筑结构预制件、铁路轨枕等，针对超高强度的要求，可以进一步增加矿渣的用量和比表面积，从而扩大了胶凝材料的适用范围。
进一步的，步骤(2)中所述的矿渣初品的含铁量为0.9-1.5％，步骤(2)中所述的粗粒矿渣的含水率为0-1.0％，比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-140μm，含铁量为0.5-0.9％，步骤(2)中所述的矿渣粉的比表面积为500-600m2/kg，粒径范围为0-100μm，含铁量为0.2-0.5％，真密度为2.8-3.0g/cm3，步骤(2)中所述的粗粒矿渣的筛余为0.045mm筛余3-12％，步骤(2)中所述的矿渣粉的筛余为0.045mm筛余1.5-10％；步骤(3)中所述的钢渣初品的含铁量为1.6-3.5％，步骤(3)中所述的粗粒钢渣的粒度为0-20mm，含铁量为0.8-1.6％，步骤(3)中所述的细粒钢渣的含水率为0-0.5％，比表面积为280-320m2/kg，粒度范围为0-200μm，含铁量为0.4-0.8％，步骤(3)中所述的粗磨钢渣粉的比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3，步骤(3)中所述的钢渣粉的比表面积为450-550m2/kg，粒度范围为0-150μm，金属铁含量<2.0％；石膏粉的比表面积为400-500m2/kg。
采用上述技术方案产生的有益效果是，使得矿渣粉的制备过程效率高且损耗较低，且极大地提高了矿渣的活性指数，同时还能够在钢渣粉磨过程中有效除去钢渣中残余的金属铁微粒，从而使得所制备的钢渣粉在作为胶凝材料组分时，能够对矿渣起到良好的激发作用，石膏粉的制备有利于提高后续的粉磨及均化效率，从而提高胶凝材料的制备效率。
进一步的，步骤(5)中所述球磨机的直径为2-3m，长度为3.6-7m，粉磨介质为钢锻，粉磨介质的填充量为普通情况的100％-120％。
采用上述技术方案产生的有益效果是，粉磨介质采用钢锻，增加钢锻的填充量有利于延长胶凝材料在粉磨介质间的停留时间，使得粉磨和均化效果更加明显。相对于普通的混料方式，增加球磨机为混磨均化设备，兼具了搅拌均化和磨细作用，即增加了机械活化对物料激发的作用，避免了外加剂对水泥或者混凝土强度和耐久性产生的副作用，即避免了化学激发的危害，同时无需像热力活化一样消耗大量能源，有利于节约成本。同时，球磨机具有优良的均化性能，无需再另行增加混料设备。
进一步的，步骤(2)和步骤(3)中每道工序的闭路循环取样周期为0.5-1h/次，步骤(5)中所述胶凝材料的比表面积为500-650m2/kg。
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够使得钢渣中的二价阳离子、石膏中的硫酸根可以充分释放，使得矿渣中原有的硅氧键被破坏，表面暴露出大量的硅氧和铝氧断键，增加了三者的接触几率，缩短了离子扩散的距离，有利于胶凝材料水化作用的正向进行，提高胶凝材料的早期强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备工艺流程示意图；
图2附图为本发明提供的一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的另一种制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣40kg，滚筒钢渣30kg，脱硫石膏30kg；
(2)制备矿渣粉：首先，利用悬挂式除铁器对水淬高炉矿渣进行一道除铁，制得矿渣初品，矿渣初品的含铁量为0.9％；其次，利用立式粉磨机、热风机、V型选粉机及滚筒除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得含水率为0.8％、比表面积为380-400m2/kg、粒度范围为100-140μm、含铁量为0.8-0.9％的粗粒矿渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、高效选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得比表面积为500m2/kg，粒径范围为80-100μm，含铁量为0.4-0.5％，真密度为2.8-3.0g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣-工业副产物石膏复合粉：首先，利用流态化板式除铁器对滚筒钢渣进行一道除铁，制得含铁量为2.5-3.5％的钢渣初品；其次，利用圆锥破碎机、流态化板式除铁器和振动方筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粒度为0-20mm，含铁量为0.8-1.6％的粗粒钢渣；再次，利用辊压机、流态化板式除铁器、热风机和V型选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得含水率为0-0.5％，比表面积为280-320m2/kg，粒度范围为0-200μm，含铁量为0.4-0.8％的细粒钢渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、流态化板式除铁器及高效选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3的粗磨钢渣粉；最后，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机对上述制得的粗磨钢渣粉和经烘干机烘干的脱硫石膏的混合物在开路工序中进行粉磨，制得比表面积为450m2/kg，粒度范围为80-150μm，金属铁含量为0.2-0.3％，真密度为3.0-3.2g/cm3的钢渣-脱硫石膏复合粉，其中以质量百分比计，钢渣-脱硫石膏复合粉中包括钢渣50％，脱硫石膏50％；
(4)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉与步骤(3)中制备的所述钢渣-脱硫石膏复合粉置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得比表面积为550m2/kg的胶凝材料。
实施例2
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣50kg，热闷钢渣30kg，磷石膏20kg；
(2)制备矿渣粉：首先，利用悬挂式除铁器对水淬高炉矿渣进行一道除铁，制得矿渣初品，矿渣初品的含铁量为1.2％；其次，利用立式粉磨机、热风机、V型选粉机及滚筒除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得含水率为1.0％、比表面积为400-420m2/kg、粒度范围为80-120μm、含铁量为0.5-0.7％的粗粒矿渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、高效选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得比表面积为550m2/kg，粒径范围为70-90μm，含铁量为0.2-0.3％，真密度为2.8-3.0g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣-工业副产物石膏复合粉：首先，利用流态化板式除铁器对热闷钢渣进行一道除铁，制得含铁量为1.6-3.0％的钢渣初品；其次，利用圆锥破碎机、流态化板式除铁器和振动方筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粒度为0-20mm，含铁量为0.8-1.6％的粗粒钢渣；再次，利用辊压机、流态化板式除铁器、热风机和V型选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得含水率为0-0.5％，比表面积为280-320m2/kg，粒度范围为0-200μm，含铁量为0.4-0.8％的细粒钢渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、流态化板式除铁器及高效选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3的粗磨钢渣粉；最后，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机对上述制得的粗磨钢渣粉和经烘干机烘干的磷石膏的混合物在开路工序中进行粉磨，制得比表面积为500m2/kg，粒度范围为50-120μm，金属铁含量为0.3-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3的钢渣-磷石膏复合粉，其中以质量百分比计，钢渣-磷石膏复合粉中包括钢渣60％，磷石膏40％；
(4)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉与步骤(3)中制备的所述钢渣-磷石膏复合粉置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得比表面积为600m2/kg的胶凝材料。
实施例3
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣45kg，转炉钢渣27.5kg，氟石膏27.5kg；
(2)制备矿渣粉：首先，利用悬挂式除铁器对水淬高炉矿渣进行一道除铁，制得矿渣初品，矿渣初品的含铁量为1.5％；其次，利用立式粉磨机、热风机、V型选粉机及滚筒除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得含水率为0.6-1.0％、比表面积为390-410m2/kg、粒度范围为90-130μm、含铁量为0.6-0.9％的粗粒矿渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、高效选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得比表面积为500m2/kg，粒径范围为50-80μm，含铁量为0.3-0.5％，真密度为2.8-3.0g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣-工业副产物石膏复合粉：首先，利用流态化板式除铁器对转炉钢渣进行一道除铁，制得含铁量为2.0-3.2％的钢渣初品；其次，利用圆锥破碎机、流态化板式除铁器和振动方筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粒度为0-20mm，含铁量为0.8-1.6％的粗粒钢渣；再次，利用辊压机、流态化板式除铁器、热风机和V型选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得含水率为0-0.5％，比表面积为280-320m2/kg，粒度范围为0-200μm，含铁量为0.4-0.8％的细粒钢渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、流态化板式除铁器及高效选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3的粗磨钢渣粉；最后，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机对上述制得的粗磨钢渣粉和经烘干机烘干的氟石膏的混合物在开路工序中进行粉磨，制得比表面积为450m2/kg，粒度范围为30-80μm，金属铁含量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3的钢渣-氟石膏复合粉，其中以质量百分比计，钢渣-氟石膏复合粉中包括钢渣50％，氟石膏50％；
(4)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉与步骤(3)中制备的所述钢渣-氟石膏复合粉置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得比表面积为550m2/kg的胶凝材料。
实施例4
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣50kg，热泼钢渣33kg，柠檬石膏17kg；
(2)制备矿渣粉：首先，利用悬挂式除铁器对水淬高炉矿渣进行一道除铁，制得含铁量为1.2-1.5％的矿渣初品；其次，利用立式粉磨机、热风机、V型选粉机及滚筒除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得含水率为0.5-1.0％，比表面积为400-420m2/kg，粒度范围为80-140μm，含铁量为0.7-0.9％的粗粒矿渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、高效选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得比表面积为550m2/kg，粒径范围为70-100μm，含铁量为0.4-0.5％，真密度为2.9-3.0g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣粉：首先，利用流态化板式除铁器对热泼钢渣进行一道除铁，制得含铁量为2.5-3.5％的钢渣初品；其次，利用圆锥破碎机、流态化板式除铁器和振动方筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粒度为10-20mm，含铁量为1.2-1.6％的粗粒钢渣；再次，利用辊压机、流态化板式除铁器、热风机和V型选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得含水率为0.3-0.5％，比表面积为290-310m2/kg，粒度范围为110-200μm，含铁量为0.5-0.7％的细粒钢渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、流态化板式除铁器及高效选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得比表面积为400-410m2/kg，粒度范围为80-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3的粗磨钢渣粉；最后，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机对上述制得的粗磨钢渣粉进行粉磨，制得比表面积为500m2/kg，粒度范围为30-90μm，金属铁含量为0.5-1.5％的钢渣粉；
(4)制备石膏粉：将柠檬石膏置于球磨机中进行粉磨，制得比表面积为450m2/kg的石膏粉；
(5)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉、步骤(3)中制备的所述钢渣粉和步骤(4)中制备的所述石膏粉均置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，得到比表面积为550m2/kg的胶凝材料。
实施例5
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣50kg，电炉渣30kg，废陶模石膏20kg；
(2)制备矿渣粉：首先，利用悬挂式除铁器对水淬高炉矿渣进行一道除铁，制得含铁量为0.9-1.3％的矿渣初品；其次，利用立式粉磨机、热风机、V型选粉机及滚筒除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得含水率为0.3-0.8％，比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为90-120μm，含铁量为0.5-0.7％的粗粒矿渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、高效选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得比表面积为600m2/kg，粒径范围为60-90μm，含铁量为0.2-0.3％，真密度为2.8-3.0g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣粉：首先，利用流态化板式除铁器对电炉渣进行一道除铁，制得含铁量为1.6-2.8％的钢渣初品；其次，利用圆锥破碎机、流态化板式除铁器和振动方筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粒度为8-16mm，含铁量为0.9-1.5％的粗粒钢渣；再次，利用辊压机、流态化板式除铁器、热风机和V型选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得含水率为0.3-0.4％，比表面积为280-300m2/kg，粒度范围为80-130μm，含铁量为0.6-0.8％的细粒钢渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、流态化板式除铁器及高效选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得比表面积为380-390m2/kg，粒度范围为100-130μm，含铁量为0.2-0.3％，真密度为3.0-3.1g/cm3的粗磨钢渣粉；最后，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机对上述制得的粗磨钢渣粉进行粉磨，制得比表面积为520m2/kg，粒度范围为80-130μm，金属铁含量为1.0-2.0％的钢渣粉；
(4)制备石膏粉：将废陶模石膏置于球磨机中进行粉磨，制得比表面积为480m2/kg的石膏粉；
(5)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉、步骤(3)中制备的所述钢渣粉和步骤(4)中制备的所述石膏粉均置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得比表面积为600m2/kg的胶凝材料。
实施例6
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣50kg，热闷钢渣30kg，脱硫石膏20kg；
(2)制备矿渣粉：首先，利用悬挂式除铁器对水淬高炉矿渣进行一道除铁，制得含铁量为1.0-1.4％的矿渣初品；其次，利用立式粉磨机、热风机、V型选粉机及滚筒除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得含水率为0.4-0.9％，比表面积为390-410m2/kg，粒度范围为60-100μm，含铁量为0.6-0.8％的粗粒矿渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、高效选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得比表面积为550m2/kg，粒径范围为40-80μm，含铁量为0.3-0.4％，真密度为2.8-2.9g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣粉：首先，利用流态化板式除铁器对热闷钢渣进行一道除铁，制得含铁量为2.0-3.2％的钢渣初品；其次，利用圆锥破碎机、流态化板式除铁器和振动方筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粒度为5-15mm，含铁量为0.8-1.3％的粗粒钢渣；再次，利用辊压机、流态化板式除铁器、热风机和V型选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得含水率为0.1-0.4％，比表面积为300-320m2/kg，粒度范围为150-200μm，含铁量为0.4-0.5％的细粒钢渣；再次，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机、流态化板式除铁器及高效选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得比表面积为390-410m2/kg，粒度范围为50-120μm，含铁量为0.3-0.4％，真密度为3.1-3.2g/cm3的粗磨钢渣粉；最后，利用直径为3m，长度为13m，2仓式的磨机对上述制得的粗磨钢渣粉进行粉磨，制得比表面积为500m2/kg，粒度范围为70-150μm，金属铁含量为0.8-1.5％的钢渣粉；
(4)制备石膏粉：将脱硫石膏置于球磨机中进行粉磨，制得比表面积为450m2/kg的石膏粉；
(5)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉、步骤(3)中制备的所述钢渣粉和步骤(4)中制备的所述石膏粉均置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得比表面积为550m2/kg的胶凝材料。
对比例1
采用钢渣-石膏复合粉制备胶凝材料的方法尚属首次，因此并无传统工艺作为对照，仅给出以下对比实施例：
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣50kg，转炉钢渣30kg，脱硫石膏20kg；
(2)制备矿渣粉：采用传统立磨粉磨工艺制备矿渣粉，即将水淬高炉矿渣经过立式粉磨机、热风机、V型选粉机及板式流态化除铁器在闭路循环工序中进行粉磨、烘干、选粉和除铁后，制得比表面积为550m2/kg，含铁量为0.2-0.3％、真密度为2.8-2.9g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣粉：采用传统球磨机粉磨工艺制备钢渣粉，即将转炉钢渣经圆锥破碎机、板式除铁器和振动筛在闭路循环工序中进行粗碎、一道除铁和筛分后，制得粗粒钢渣，再将粗粒钢渣经球磨机、板式除铁器、热风机和选粉机在闭路循环工序中进行细碎、二道除铁、烘干和选粉后，得到比表面积为550m2/kg、金属铁含量为1.6-2.0％、真密度为3.8-3.9g/cm3的钢渣粉；
(4)制备石膏粉：将脱硫石膏经烘干机和立式粉磨机进行烘干、粉磨后制得比表面积为500m2/kg的石膏粉；
(5)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉、步骤(3)中制备的所述钢渣粉和步骤(4)中制备的所述石膏粉均置于立式粉磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，得到比表面积为600m2/kg的胶凝材料。
对比例2
以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法如下：
(1)称取原料：称取水淬高炉矿渣40kg，滚筒钢渣30kg，柠檬石膏30kg；
(2)制备矿渣粉：采用传统立磨粉磨工艺制备矿渣粉，即将水淬高炉矿渣经过立式粉磨机、热风机、V型选粉机及板式流态化除铁器在闭路循环工序中进行粉磨、烘干、选粉和除铁后，制得比表面积为550m2/kg，含铁量为0.3-0.4％、真密度为2.9-3.0g/cm3的矿渣粉；
(3)制备钢渣粉：采用传统球磨机粉磨工艺制备钢渣粉，即将滚筒钢渣经圆锥破碎机、板式除铁器和振动筛在闭路循环工序中进行粗碎、一道除铁和筛分后，制得粗粒钢渣，再将粗粒钢渣经球磨机、板式除铁器、热风机和选粉机在闭路循环工序中进行细碎、二道除铁、烘干和选粉后，得到比表面积为550m2/kg、金属铁含量为1.8-2.3％、真密度为3.9-4.0g/cm3的钢渣粉；
(4)制备石膏粉：将柠檬石膏经烘干机和立式粉磨机进行烘干、粉磨后制得比表面积为500m2/kg的石膏粉；
(5)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉、步骤(3)中制备的所述钢渣粉和步骤(4)中制备的所述石膏粉均置于立式粉磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，得到比表面积为600m2/kg的胶凝材料。
采用上述对比例1和对比例2的制备方法，与实施例1-6中的制备方法相比，在制备过程中制备的矿渣粉的28d活性仅能达到95％左右，活性偏低；而且制备的钢渣粉的能耗高且产量低，能耗相比实施例1-6中的实时循环除铁低能耗超细粉磨工艺高30％，而产量仅为其的75％左右。
将上述六个实施例及两个对比例所制备的胶凝材料均按水胶比0.30制备胶砂试块，减水剂用量以胶砂流动度在180-220mm为准，胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。各项检测的结果参数对比表格如下表1所示：
表1胶凝材料的检验参数对比表格
Figure BDA0002243896640000161
从表1中可以看出，采用本发明的制备方法所制备的胶凝材料相对于对比例中的胶凝材料，无论是早期强度还是后期强度均有明显的优势。其中用本发明的胶凝材料制备的胶砂试块早期强度高有利于脱模和冬季施工，可以用于制备对早期强度要求高的混凝土预制件等产品；后期强度高可以用于制备高标号的混凝土，在同等条件下有利于减少胶凝材料的用量，降低成本，在多种情况下可以直接作为水泥使用；标准稠度用水量更低，可以使水泥混凝土的结构更加密实，有利于配置更高强度的水泥混凝土制品，增加水泥混凝土的耐久性；初凝时间更长，在同等条件下配置混凝土时，工作性能更好，有利于运输和泵送。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改进、添加或替换，这些均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)称取原料：原料由以下质量百分数含量的原料制备得到：原始矿渣10％-70％、原始钢渣15％-60％，工业副产物石膏5％-50％；其中，所述原始矿渣为水淬高炉矿渣；所述原始钢渣为转炉钢渣、热泼钢渣、热闷钢渣、滚筒钢渣和电炉渣中的一种或多种；所述工业副产物石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏和废陶模石膏中的一种或多种；
(2)制备矿渣粉：首先，利用第一除铁器对原始矿渣进行一道除铁，制得矿渣初品；其次，利用第一粉磨机、热风机、第一选粉机及第二除铁器对上述制得的矿渣初品在闭路循环工序中进行粗磨、烘干、选粉和二道除铁，制得粗粒矿渣；再次，利用管磨机、第二选粉机对上述制得的粗粒矿渣在闭路循环工序中进行细磨和选粉，制得矿渣粉；
(3)制备钢渣-工业副产物石膏复合粉：首先，利用第三除铁器对原始钢渣进行一道除铁，制得钢渣初品；其次，利用破碎机、第三除铁器和振动筛对上述制得的钢渣初品在闭路循环工序中进行粗碎、二道除铁和筛分，制得粗粒钢渣；再次，利用辊压机、第三除铁器、热风机和第一选粉机对上述制得的粗粒钢渣在闭路循环工序中进行细碎、三道除铁、烘干和选粉，制得细粒钢渣；再次，利用管磨机、第三除铁器及第二选粉机对上述制得的细粒钢渣在闭路循环工序中进行粗磨、四道除铁和选粉，制得粗磨钢渣粉；最后，利用管磨机对上述制得的粗磨钢渣粉和经烘干机烘干的工业副产物石膏的混合物在开路工序中进行粉磨，制得钢渣-工业副产物石膏复合粉，其中以质量百分比计，钢渣-工业副产物石膏复合粉中包括钢渣50％-80％，工业副产物石膏20％-50％；
(4)制备胶凝材料：将步骤(2)中制备的所述矿渣粉与步骤(3)中制备的所述钢渣-工业副产物石膏复合粉置于球磨机中进行粉磨及混合搅拌均匀，即得胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的矿渣初品的含铁量为0.9-1.5％，步骤(2)中所述的粗粒矿渣的含水率为0-1.0％，比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-140μm，含铁量为0.5-0.9％，步骤(2)中所述的矿渣粉的比表面积为450-550m2/kg，粒径范围为0-100μm，含铁量为0.2-0.5％，真密度为2.8-3.0g/cm3，步骤(2)中所述的粗粒矿渣的筛余为0.045mm筛余3-12％，步骤(2)中所述的矿渣粉的筛余为0.045mm筛余1.5-10％。
3.根据权利要求1所述的一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的钢渣初品的含铁量为1.6-3.5％，步骤(3)中所述的粗粒钢渣的粒度为0-20mm，含铁量为0.8-1.6％，步骤(3)中所述的细粒钢渣的含水率为0-0.5％，比表面积为280-320m2/kg，粒度范围为0-200μm，含铁量为0.4-0.8％，步骤(3)中所述的粗磨钢渣粉的比表面积为380-420m2/kg，粒度范围为0-150μm，含铁量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3，步骤(3)中所述的钢渣-工业副产物石膏复合粉的比表面积为400-500m2/kg，粒度范围为0-150μm，金属铁含量为0.2-0.4％，真密度为3.0-3.2g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中每道工序的闭路循环取样周期为0.5-1h/次，步骤(4)中所述的胶凝材料的比表面积为500-600m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种以矿渣-钢渣-石膏为原料的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述第一除铁器为悬挂式除铁器，所述第二除铁器为滚筒除铁器，所述第三除铁器为流态化板式除铁器，所述第一粉磨机为立式粉磨机，所述第一选粉机为V型选粉机，所述第二选粉机为高效选粉机，所述破碎机为圆锥破碎机，所述振动筛为振动方筛，所述管磨机为直径为2m-4.6m，长度为7m-14.5m，2-3个仓的管磨机。
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