CN110885203A - 一种复合矿物掺和料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合矿物掺和料及其制备方法，所述复合矿物掺和料按重量百分比计包括以下组分：钢渣粉40‑60％、铁尾矿微粉30‑45％、矿渣粉5‑20％、脱硫灰渣0‑5％和脱硫石膏/磷石膏0‑5％。本发明提供的复合矿物掺和料将钢渣粉与铁尾矿微粉和矿渣粉以特定比例配伍，充分利用钢渣粉中的钙基组分与经过机械力化学活化的铁尾矿微粉或矿渣粉中的活性硅铝质材料充分反应，以提高复合矿物掺和料的反应活性，以及梯级粒度的搭配的密实充填作用，而且本发明中钢渣粉和铁尾矿微粉的综合比例在70％以上，更大限度地利用了钢渣和铁尾矿。

Description

一种复合矿物掺和料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，更具体地，涉及一种复合矿物掺和料及其制备方法。

背景技术

矿物掺和料是指在配制混凝土时加入的能改善新拌混凝土和硬化混凝土性能的无机矿物细粉，细度与水泥细度相同或比水泥更细。常见的矿物掺和料有粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉、复合矿物掺和料等。

钢渣和尾矿已成为目前产出量大、综合利用率较低的大宗固体废弃物，大量的钢渣和尾矿堆积不仅会污染空气和水，而且会产生安全问题，这已引起社会的高度重视。研究有效利用钢渣和尾矿的方式，提高利用率，对国家和社会都有重要意义。钢渣是炼钢过程中产生的废渣，由于炼钢的原材料、冶炼工艺过程等方面的差异，钢渣质量波动较大，大部分钢渣由于含有少量金属铁、氧化镁-氧化铁-氧化锰固溶相导致易磨性差，游离氧化钙和游离氧化镁的存在导致安定性不良，水化反应活性也比较低，导致钢渣资源化利用难度大，综合利用率低于30％。目前国内外也在不断探索尾矿的利用途径，部分尾矿应用于制备加气混凝土、硅钙板、微晶玻璃等高附加值建材产品，部分经过选别后用作建筑用细骨料，大量较细的尾矿很难得到大宗、高附加值利用。因此需要寻找到大规模应用的途径，来提升尾矿的综合利用率，实现尾矿的变废为宝。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复合矿物掺和料及其制备方法。

本发明第一目的为提供一种复合矿物掺和料，按重量百分比计，包括以下组分：钢渣粉40-60％、铁尾矿微粉30-45％、矿渣粉5-20％、脱硫灰渣0-5％和脱硫石膏/磷石膏0-5％。

本发明将钢渣粉与铁尾矿微粉和矿渣粉配伍，充分利用钢渣粉中的钙基组分与经过机械力化学活化的铁尾矿微粉或矿渣粉中的活性硅铝质材料充分反应，以提高复合矿物掺和料的反应活性，本发明中钢渣粉和铁尾矿微粉的总体质量比例在70％以上，更大限度地利用了钢渣和尾矿。

进一步地，所述钢渣粉为转炉钢渣或采用全三脱工艺产出的脱磷钢渣、脱碳钢渣中的一种或几种。

所述钢渣粉的制备包括：将钢渣破碎至5mm以下，预粉磨至0.6mm筛余5％-20％，然后进行磁选，磁选后物料粉磨至比表面积为500m²/kg以上的钢渣粉。

本发明结合钢渣的特点，通过破碎-预粉磨-磁选-粉磨，有利于提高磁选和粉磨效率，尽量将难磨的磁性物质选出，从而改善钢渣的易磨性。将钢渣粉磨至比表面积为500m²/kg以上，可以消除高温慢冷过程中形成的死烧状态的游离氧化钙和游离氧化镁在水化过程中对混凝土制品体积稳定性的危害。

进一步地，所述铁尾矿微粉的比表面积为700m²/kg以上，用于制备所述铁尾矿微粉的铁尾矿中SiO₂和Al₂O₃的总含量不低于60％。

含较高硅、铝组分的铁尾矿经超细粉磨后，在机械力化学作用下，铁尾矿的硅铝矿物结晶程度降低，发生Si-O和Al-O共价键的断裂，产生较多的游离状态硅氧四面体和铝氧四面体。钢渣粉和脱硫灰渣中的钙基组分可以与铁尾矿微粉和矿渣粉提供的硅氧四面体、铝氧四面体在碱性条件下产生水化反应形成胶凝体，从而产生强度。

进一步地，所述铁尾矿微粉的原料为经多段粉磨-磁选工艺产出的粒径较细的铁尾矿。该类铁尾矿再次利用途径很少，不仅占用土地资源，危害生态环境，也制约了经济可持续发展，本发明为其再利用提供了一条新的途径。

进一步地，所述矿渣粉为水淬高炉矿渣粉，其比表面积为400m²/kg以上。

进一步地，所述脱硫灰渣的比表面积为400m²/kg以上。

进一步地，所述脱硫石膏/磷石膏的比表面积为350m²/kg以上。

本发明中脱硫灰渣和脱硫石膏/磷石膏可以起到部分碱激发作用，并延缓钢渣粉中铝酸钙和铁铝酸钙的反应速度，降低水化反应初期的水化热。

进一步地，所述铁尾矿微粉的累积分布D90的粒径范围为15～25μm，所述钢渣粉的累积分布D90的粒径范围为20～30μm，所述矿渣粉的累积分布D90的粒径范围为25～35μm。

本发明中主要物料按照活性指数高低调整其细度，活性指数最低的铁尾矿微粉粒度最细，钢渣粉次之，而活性指数最高的矿渣粉粒度相对较粗。这样可以充分利用超细微粉的充填密实作用，达到粒度级配和活性指数的最优化目的。

在本发明一个优选实施方式中，所述复合矿物掺和料，按重量百分比计，包括以下原料：钢渣粉40-50％、铁尾矿微粉30-35％、矿渣粉15-20％、脱硫灰渣1-3％和脱硫石膏/磷石膏1-3％。

本发明第二目的为提供上述复合矿物掺和料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钢渣破碎至5mm以下，预粉磨至0.6mm筛余5％-20％，然后进行磁选，磁选后进行粉磨，得到钢渣粉；

将脱硫灰渣破碎至5mm以下，经磁选后进行粉磨，得到符合要求的脱硫灰渣；

分别将铁尾矿、矿渣、脱硫石膏/磷石膏进行粉磨得到铁尾矿微粉、矿渣粉和脱硫石膏/磷石膏；

(2)将步骤(1)所得钢渣粉、铁尾矿微粉、矿渣粉、脱硫灰渣和脱硫石膏/磷石膏按照配比混合均匀。

本发明提供的复合矿物掺和料将钢渣粉与铁尾矿微粉和矿渣粉以特定比例配伍，充分利用钢渣粉中的钙基组分与经过机械力化学活化的铁尾矿微粉或矿渣粉中的活性硅铝质材料充分反应，以提高复合矿物掺和料的反应活性，以及梯级粒度的搭配的密实充填作用，本发明中钢渣粉和铁尾矿微粉的总体质量比例在70％以上，更大限度地利用了钢渣和尾矿。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种复合矿物掺和料，按重量份计，由以下组分组成：钢渣粉55份、铁尾矿微粉30份、矿渣粉10份、脱硫灰渣2份和脱硫石膏3份。

本实施例还提供上述复合矿物掺和料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将转炉钢渣破碎至5mm以下，预粉磨至0.6mm筛余5％-20％，然后进行磁选，磁选后进行粉磨至比表面积为500m²/kg以上，累积分布D90的粒径为25μm，得到钢渣粉；

将其中SiO₂和Al₂O₃总含量不低于60％的铁尾矿粉磨至比表面积为700m²/kg以上，累积分布D90的粒径为19μm，得到铁尾矿微粉；

将水淬高炉矿渣粉磨至比表面积为400m²/kg以上，累积分布D90的粒径为28μm，得到矿渣粉；

将脱硫灰渣破碎至5mm以下，经磁选后进行粉磨至比表面积为400m²/kg以上；

将脱硫石膏粉磨至比表面积为350m²/kg以上；

(2)将步骤(1)所得钢渣粉、铁尾矿微粉、矿渣粉、脱硫灰渣和脱硫石膏按照配比混合均匀。

实施例2

本实施例提供一种复合矿物掺和料，按重量份计，由以下组分组成：钢渣粉40份、铁尾矿微粉35份、矿渣粉20份、脱硫灰渣3份和脱硫石膏2份。其制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例提供一种复合矿物掺和料，按重量份计，由以下组分组成：钢渣粉40份、铁尾矿微粉45份、矿渣粉10份、脱硫灰渣3份和磷石膏2份。其制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例提供一种复合矿物掺和料，按重量份计，由以下组分组成：钢渣粉60份、铁尾矿微粉30份、矿渣粉5份、脱硫灰渣2份和脱硫石膏3份。其制备方法同实施例1。

对比例1

本对比例提供一种复合矿物掺和料，按重量份计，由以下组分组成：钢渣粉50份、铁尾矿微粉45份、脱硫灰渣3份和脱硫石膏2份。其制备方法同实施例1。

实验例

对上述各实施例及对比例的复合矿物掺和料进行性能测试，测试方法参照JG/T485-2015《混凝土用复合掺和料》，结果如下：

表1各实施例及对比例的复合矿物掺和料的性能测试结果

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合矿物掺和料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：钢渣粉40-60％、铁尾矿微粉30-45％、矿渣粉5-20％、脱硫灰渣0-5％和脱硫石膏/磷石膏0-5％。

2.根据权利要求1所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述钢渣粉为转炉钢渣或采用全三脱工艺产出的脱磷钢渣、脱碳钢渣中的一种或几种；和/或，所述钢渣粉的制备包括：将钢渣破碎至5mm以下，预粉磨至0.6mm筛余5％-20％，然后进行磁选，磁选后物料粉磨至比表面积为500m²/kg以上的钢渣粉。

3.根据权利要求1或2所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述铁尾矿微粉的比表面积为700m²/kg以上，铁尾矿中SiO₂和Al₂O₃的总含量不低于60％。

4.根据权利要求3所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述铁尾矿微粉的原料为经多段粉磨-磁选工艺产出的铁尾矿。

5.根据权利要求1～4任一项所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述矿渣粉为水淬高炉矿渣粉，其比表面积为400m²/kg以上。

6.根据权利要求1～5任一项所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述脱硫灰渣的比表面积为400m²/kg以上。

7.根据权利要求1～6任一项所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述脱硫石膏/磷石膏的比表面积为350m²/kg以上。

8.根据权利要求1～7任一项所述的复合矿物掺和料，其特征在于，所述铁尾矿微粉的累积分布D90的粒径范围为15～25μm，所述钢渣粉的累积分布D90的粒径范围为20～30μm，所述矿渣粉的累积分布D90的粒径范围为25～35μm。

9.根据权利要求8所述的复合矿物掺和料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下原料：钢渣粉40-50％、铁尾矿微粉30-35％、矿渣粉15-20％、脱硫灰渣1-3％和脱硫石膏/磷石膏1-3％。

10.权利要求1～9任一项所述的复合矿物掺和料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将钢渣破碎至5mm以下，预粉磨至0.6mm筛余5％-20％，然后进行磁选，磁选后进行粉磨，得到符合要求的钢渣粉；

将脱硫灰渣破碎至5mm以下，经磁选后进行粉磨，得到符合要求的脱硫灰渣；

分别将铁尾矿、矿渣、脱硫石膏/磷石膏进行粉磨得到铁尾矿微粉、矿渣粉和脱硫石膏/磷石膏；

(2)将步骤(1)所得钢渣粉、铁尾矿微粉、矿渣粉、脱硫灰渣和脱硫石膏/磷石膏按照配比混合均匀。