CN110903043A - 一种复合钢渣活性激发剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合钢渣活性激发剂及其制备方法和应用。这种复合钢渣活性激发剂是由以下质量百分比的组分组成：20～40％脱硫二水石膏，15～30％泡花碱，10～25％粉煤灰，5～15％碳酸钠，10～30％硬脂酸钙，5～15％铝矾土。同时还公开了这种复合钢渣活性激发剂的制备方法，以及这种复合钢渣活性激发剂在制备钢渣水泥中的应用。本发明针对大掺量钢渣水泥强度低、安定性差、活性低等问题，开发了一种复合多种碱性物质的钢渣活性激发剂，所选用的碱性原料具有来源易得和价格便宜的优点。利用这种激发剂可以在高温下与钢渣反应，极大地提高钢渣的掺入量，同时可以达到P·I 52.5R水泥的强度要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种激发剂，特别是涉及一种复合钢渣活性激发剂及其制备方法和应用。
背景技术
钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，其产生量为粗钢产量的10％～15％。2017年，全国冶金渣产生量为3.94亿吨，其中钢渣产生量为1.08亿吨，同比增长300万吨。但钢渣的综合利用率却很低，转炉钢渣的利用率仅为10％～20％。而在发达国家，钢渣的利用率已经超过了95％。废渣的堆放不仅侵占了大量的土地，而且成为污染环境的一大公害。
我国对钢渣处理利用的研究始于20世纪50年代末，自80年代中期有了显著的发展，迄今已研究开发出多种钢渣处理和综合利用技术并应用于生产。经几十年探索，我国钢渣的利用途径有：做烧结矿的原料，做路基材料，回填材料和水泥原料。其中利用钢渣生产水泥是钢渣综合利用的重要途径之一。20世纪90年代初，我国50余家钢渣水泥生产企业就已经形成了年产200多万吨钢渣水泥的生产规模，但水泥中钢渣掺量一般为20％左右，难以达到高效、高值化利用钢渣的目的。只有提高钢渣水泥中钢渣的掺量，才能加速钢渣资源的回收利用和减少其对环境的污染。然而，随着钢渣掺入量的增加，水泥的强度将迅速下降，体积安定性恶化，这样就限制了钢渣掺入量的进一步提高。
钢渣主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO和少量f-CaO、MnO、FeO、P2O5及金属Fe组成，成分与水泥相似，是一种富有潜在利用价值的资源。但是钢渣活性低、杂质含量高，导致其利用率很低。目前，对钢渣的利用都是等炼钢车间排出的熔融态不锈钢渣冷却成固体后，对其进行粉磨操作，然后再进行活性激发，这样未能很好地增加钢渣的活性，影响制备得到的钢渣水泥性能。
发明内容
为了克服现有大掺量钢渣水泥存在强度低、安定性差、活性低等问题，本发明的目的之一在于提供一种复合钢渣活性激发剂，本发明的目的之二在于提供这种复合钢渣活性激发剂的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种复合钢渣活性激发剂在钢渣水泥中的应用。
为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供了一种复合钢渣活性激发剂，这种复合钢渣活性激发剂，是由以下质量百分比的组分组成：
优选的，这种复合钢渣活性激发剂是由以下质量百分比的组分组成：
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，脱硫二水石膏为湿式脱硫二水石膏。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，脱硫二水石膏的参数如下：抗折强度为2MPa～3MPa；膨胀系数为2～4；标准稠度为85％～90％；初凝时间为5min～10min；终凝时间为12min～18min；进一步优选的，脱硫二水石膏的参数如下：抗折强度为2.5MPa；膨胀系数为3；标准稠度为88％；初凝时间为5min～10min；终凝时间为15min。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，泡花碱为无水d型的d-Na2Si2O5。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，泡花碱的粒度为550目～650目；最优选的，泡花碱的粒度为600目。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，粉煤灰选自Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，硬脂酸钙的细度要求为至少99wt％能通过75μm筛网；最优选的，硬脂酸钙的细度要求为99.5wt％能通过75μm筛网。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，硬脂酸钙的Ca含量为6wt％～7wt％，熔点为149℃～155℃，密度为1.08g/cm3～1.15g/cm3。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，铝矾土的粒径为180目～230目；最优选的，铝矾土的粒径为200目。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，铝矾土的化学组成如下：Al2O3含量大于85wt％，Fe2O3含量少于2wt％，TiO2含量少于4wt％。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂中，铝矾土的密度为3.1g/cm3～3.5g/cm3。
本发明提供了上述复合钢渣活性激发剂的制备方法。
一种上述复合钢渣活性激发剂的制备方法，包括如下步骤：按照前述的组成称取物料，混合均匀，得到复合钢渣活性激发剂。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂的制备方法中，混合为球磨搅拌，具体是在行星式球磨机中进行；进一步优选的，混合是在转速200r/min～400r/min下球磨搅拌20min～60min；再进一步优选的，混合是在转速300r/min下球磨搅拌25min～35min。
优选的，这种复合钢渣活性激发剂的制备方法中，通过混合后，使复合钢渣活性激发剂的粒径为200目～300目。
本发明还提供了上述复合钢渣活性激发剂在制备钢渣水泥中的应用。根据固体物理理论，物质在高温下反应比低温下更加剧烈，如果能在钢渣出炉的时候直接与活性激发剂发生反应，会大大增加钢渣的活性。基于这个发明构思，本发明公开了一种钢渣水泥的制备方法。
这种钢渣水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)向炼钢排出的熔融态钢渣中，加入上述的复合钢渣活性激发剂，混合搅拌，再降至室温，研磨，得到活化钢渣粉；
2)将活化钢渣粉与水泥混合，得到钢渣水泥；
步骤1)中，钢渣与复合钢渣活性激发剂的质量比为(8～10)：1；
步骤2)中，钢渣水泥中活化钢渣粉的质量含量为40％～70％。
这种钢渣水泥的制备方法步骤1)中，炼钢排出的熔融态钢渣为炼钢车间转炉刚排出的熔融态钢渣。刚出炉的熔融态钢渣温度约为1300℃，再此高温状态下，迅速加入复合钢渣活性激发剂进行混合。物料在高温下通过相互之间的作用，大大增强了钢渣的活性。
这种钢渣水泥的制备方法步骤1)中，混合搅拌需要在高温(1300℃)下尽快进行，以使物料拌合均匀为宜；混合搅拌的时间优选为3min～8min，进一步优选为5min。
优选的，这种钢渣水泥的制备方法步骤1)中，降至室温是使用冷空气急速降温至室温。
优选的，这种钢渣水泥的制备方法步骤1)中，钢渣与复合钢渣活性激发剂的质量比为9：1。
优选的，这种钢渣水泥的制备方法步骤1)中，钢渣的化学组成如下：CaO含量为35wt％～38wt％，SiO2含量28wt％～30wt％，Al2O3含量为13wt％～16wt％，MgO含量为8wt％～10wt％，Fe2O3含量为3wt％～5wt％，其余为烧失量。
优选的，这种钢渣水泥的制备方法步骤1)中，活化钢渣粉的比表面积为380m2/kg～450m2/kg。
优选的，这种钢渣水泥的制备方法步骤2)中，钢渣水泥中活化钢渣粉的质量含量为50％。
优选的，这种钢渣水泥的制备方法步骤2)中，水泥为硅酸盐水泥，如选自P·I52.5R水泥、P·I 52.5水泥中的至少一种；最优选的，水泥为P·I 52.5R水泥。
本发明还提供了一种钢渣水泥，这种钢渣水泥是由上述钢渣水泥的制备方法制得。
本发明的有益效果是：
本发明针对大掺量钢渣水泥强度低、安定性差、活性低等问题，开发了一种复合多种碱性物质的钢渣活性激发剂，所选用的碱性原料具有来源易得和价格便宜的优点。利用这种激发剂可以在高温下与钢渣反应，极大地提高钢渣的掺入量，同时可以达到P·I52.5R水泥的强度要求。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
以下实例中，所用的原料分别说明如下：
脱硫二水石膏：湿式脱硫二水石膏粉体，抗折强度为2.5MPa，膨胀系数为3，标准稠度为88％，初凝时间为5-10min，终凝时间为15min。
泡花碱：无水d型的d-Na2Si2O5，粒度为600目，工业纯级。
粉煤灰：Ⅰ级F类粉煤灰。
硬脂酸钙：钙含量为6.5±0.5wt％，熔点为149-155℃，密度为1.08-1.15g/cm3，细度为99.5％能通过75μm的筛网。
铝矾土：粒径为200目，其中Al2O3含量大于85wt％，Fe2O3含量少于2wt％，TiO2含量少于4wt％，密度为3.1～3.5g/cm3。
激发剂实施例1
本例复合钢渣活性激发剂的组成如下表1所示。
表1实施例1复合钢渣活性激发剂原料组成
激发剂实施例2
本例复合钢渣活性激发剂的组成如下表2所示。
表2实施例2复合钢渣活性激发剂原料组成
| 原料 | 质量份 |
| 脱硫二水石膏 | 25 |
| 泡花碱 | 25 |
| 粉煤灰 | 21 |
| 碳酸钠 | 8 |
| 硬脂酸钙 | 10 |
| 铝矾土 | 11 |
激发剂实施例3
本例复合钢渣活性激发剂的组成如下表3所示。
表3实施例3复合钢渣活性激发剂原料组成
| 原料 | 质量份 |
| 脱硫二水石膏 | 30 |
| 泡花碱 | 15 |
| 粉煤灰 | 20 |
| 碳酸钠 | 10 |
| 硬脂酸钙 | 12.5 |
| 铝矾土 | 12.5 |
激发剂实施例4
本例复合钢渣活性激发剂的组成如下表4所示。
表4实施例4复合钢渣活性激发剂原料组成
激发剂实施例5
本例复合钢渣活性激发剂的组成如下表5所示。
表5实施例5复合钢渣活性激发剂原料组成
| 原料 | 质量份 |
| 脱硫二水石膏 | 40 |
| 泡花碱 | 19 |
| 粉煤灰 | 17 |
| 碳酸钠 | 6 |
| 硬脂酸钙 | 12 |
| 铝矾土 | 6 |
实施例1～5的复合钢渣活性激发剂制备方法如下：
分别按照表1～5的组成称取各原料，然后在行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌30分钟，完全球磨均匀，得到粒径为200-300目的粉体，即分别得到实施例1～5的复合钢渣活性激发剂粉体。
钢渣水泥实施例1～5
将实施例1～5制得的复合钢渣活性激发剂粉体应用于制备钢渣水泥，具体制备方法如下：
1)将炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣中，以钢渣与激发剂质量比为9：1的比例，分别迅速加入实施例1～5的复合钢渣活性激发剂粉体，并同时在约1300℃快速拌合均匀，搅伴5分钟后，用冷空气急速降温至室温；
2)将冷却到室温的钢渣混合物磨至比表面积为380～450m2/kg的钢渣粉，即得到了经过激发剂活化过的钢渣粉体；
3)将活化后的钢渣粉体与P·I 52.5R水泥按质量比1:1混合，可分别得到实施例1～5的钢渣水泥。
经检测，所用钢渣原料的化学组成为：CaO含量为36wt％～37wt％，SiO2含量29wt％～30wt％，Al2O3含量为14wt％～15wt％，MgO含量为9wt％～10wt％，Fe2O3含量为4wt％～4.5wt％，其余为烧失量。
将实施例1～5的钢渣水泥(分别对应添加的是实施例1～5的激发剂)进行性能测试，同时直接取市场上购买的P·I 52.5R水泥作为胶凝材料进行对比。对比例1的P·I52.5R水泥与钢渣水泥制备实例中所用的P·I52.5R水泥相同。
另外，取冷却后的钢渣原料制备钢渣水泥对比例2进行比较。本例与钢渣水泥实施例1所用的激发剂相同，其区别仅在于制备方法步骤1)中，本例是将同批次炼钢车间中排出的熔融态不锈钢渣进行冷却后，取冷却后的钢渣与激发剂混合进行制备。
按标准GB/T 20491-2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》和GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，分别测试实施例1～5所得钢渣水泥以及对比例1～2水泥相关性能与活性指数，具体测试结果见表6。
表6材料性能测试结果
由表6的测试结果可知，使用本发明的复合钢渣活性激发剂，可以使得钢渣水泥中的钢渣含量提高到50％以上，在大大提高钢渣利用率的同时其各项性能基本达到P·I52.5R水泥的性能，同时有利于增加胶凝材料的流动性能。这种复合钢渣活性激发剂所用的原料易得且价廉，可以降低生产成本，便于推广应用。
通过实施例与对比例2的测试结果对比可知，将激发剂与钢渣在高温下反应制得的水泥材料，其性能明显优于常规以冷却后钢渣制成的钢渣水泥。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合钢渣活性激发剂，其特征在于：是由以下质量百分比的组分组成：
脱硫二水石膏20～40％；
泡花碱15～30％；
粉煤灰10～25％；
碳酸钠5～15％；
硬脂酸钙10～30％；
铝矾土5～15％。
2.根据权利要求1所述的一种复合钢渣活性激发剂，其特征在于：所述脱硫二水石膏为湿式脱硫二水石膏，其参数如下：抗折强度为2MPa～3MPa；膨胀系数为2～4；标准稠度为85％～90％；初凝时间为5min～10min；终凝时间为12min～18min。
3.根据权利要求1所述的一种复合钢渣活性激发剂，其特征在于：所述泡花碱为无水d型的d-Na2Si2O5，泡花碱的粒度为550目～650目。
4.根据权利要求1所述的一种复合钢渣活性激发剂，其特征在于：所述粉煤灰选自Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。
5.根据权利要求1所述的一种复合钢渣活性激发剂，其特征在于：所述硬脂酸钙的细度要求为至少99wt％能通过75μm筛网。
6.根据权利要求1所述的一种复合钢渣活性激发剂，其特征在于：所述铝矾土的粒径为180目～230目。
7.一种复合钢渣活性激发剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：按照权利要求1～6任一项所述的组成称取物料，混合均匀，得到复合钢渣活性激发剂。
8.一种钢渣水泥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)向炼钢排出的熔融态钢渣中，加入权利要求1～6任一项所述的复合钢渣活性激发剂，混合搅拌，再降至室温，研磨，得到活化钢渣粉；
2)将活化钢渣粉与水泥混合，得到钢渣水泥；
所述步骤1)中，钢渣与复合钢渣活性激发剂的质量比为(8～10)：1；
所述步骤2)中，钢渣水泥中活化钢渣粉的质量含量为40％～70％。
9.根据权利要求8所述一种钢渣水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，活化钢渣粉的比表面积为380m2/kg～450m2/kg。
10.一种钢渣水泥，其特征在于：是由权利要求8或9所述的制备方法制得。
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