CN110981317A - 一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法 - Google Patents

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Abstract

一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，包括下述步骤：（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用；（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣30‑60%、粉煤灰10‑20%、水泥10‑15%、沙土10‑35%、黏土或（和）页岩10‑25%；（3）取上述步骤（2）混配后的料85‑90%，加入10‑15%的水，搅拌均匀；（4）压制成型，静养；（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护，自然降温，出釜。本发明提供了一种协同控制机制与生态化利用技术，实现了含钒固废有价组分高效提取与增值化高效利用。

Description

一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法
技术领域
本发明属于环保生态建材技术领域，具体涉及一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法。
背景技术
含钒钢渣是钒钛磁铁矿冶炼流程的废渣，成分复杂，波动，传统工艺多经过格栅、磁选、返烧结方案回吃，该方案易造成磷在铁水中的循环富集，加重钢渣脱磷任务，降低烧结矿品位，增加炼铁过程能耗，因此该方法未能得到推广应用，并且50%含钒钢渣块堆存无法处理。我国每年排放的含钒钢渣近百万吨，这不仅造成环境污染，而且对资源也是一种极大的浪费。
因此，加速利用含钒钢渣已引起科技人员的关注，目前的研究主要集中在制备建筑材料方面：如利用含钒钢渣制备陶瓷空心球、陶粒、发泡建材等，但上述方法对含钒钢渣原料的成份要求高，仍存在利用率低和处理费用高等问题，并且由于含钒钢渣中氧化钙的成份占45%以上，水化过程中产生的体积膨胀导致坯体的破裂，不能大批量的利用含钒钢渣，因此亟需开发一种协同控制机制与生态化利用技术来处理利用含钒钢渣。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述背景技术中存在的含钒钢渣利用率低、处理费用高、不能大批量利用等问题，提供一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，包括下述步骤：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣30-60% 、粉煤灰10-20% 、水泥10-15 %、沙土10-35%、黏土或（和）页岩10-25%；
（3）取上述步骤（2）混配后的料85-90%，加入10-15%的水，搅拌均匀；
（4）压制成型，静养；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护，自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
上述含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，所述步骤（4）中压制成型采用半干法压制；
上述含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，所述步骤（4）中成型压力为10-14MPa；
上述含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，所述步骤（4）中的静养时间为3-6h。
上述含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，所述步骤（5）中的蒸压养护温度为150-170℃，蒸压养护压力为1.0-1.1MPa，蒸压养护时间为4-8h。
上述含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，所述步骤（1）中的含钒钢渣为用含钒铁精矿炼铁-炼钢后得到的钢渣，该渣V2O5重量百分含量为0.1-5%。
上述含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，所述步骤（1）中的尾渣粒度为200目以下。
含钒钢渣中的主要矿物为氧化钙（＞45%），直接利用面临有价资源浪费、水化过程会产生体积膨胀导致坯体的破裂、成型率低，难以整体化、无害化协同利用。本发明利用对有价元素钒提取分离后的尾渣，避免有价资源浪费的同时将含钒钢渣中的氧化钙转性为碳酸钙，避免成型后的坯体水化过程中产生体积膨胀导致坯体破裂，造成成型率低。
提取反应后尾渣物料粒度达到200目以下，物料中氧化硅、氧化铝含量较高，在蒸压养护条件下，其为水化矿物的生成提供了可供利用的活性二氧化硅，在碱性条件下会生产水化硅酸钙和水化铝酸钙，进一步形成了支撑生态建材强度的矿物，增加了产品强度。
本发明组分中添加的粉煤灰为主要的硅质原料，在适当的条件下也提供活性的SiO2 和Al2O3，同时也作为一种细粒级骨料参与生态建材的构成。选用其与含钒钢渣有价元素提取后物料为细粒级掺料，有效解决了含钒钢渣直接利用原料较粗引起的干燥收缩率过大的问题，同时由于其本身含有较高含量的SiO2 和Al2O3，在采用化学激发和热激发的共同作用下，可生成水化硅酸钙和托勃莫来石等晶体，在降低生态建材干燥收缩性能的同时能改善其本身的强度和耐久性能。
由于含钒钢渣在进行有价元素钒提取分离时在高压下进行碳化，使含钒钢渣中的氧化钙生产碳酸钙固体并解离出NaOH，为生态建材的蒸压养护成型过程需要的硅酸盐、铝硅酸盐合成过程提供碱度条件，后与粉煤灰分解得到的铝酸盐、沙土分解得到的硅酸盐进行合成反应，得到高强铝硅酸盐生态建材，其中涉及的化学反应主要有
含钒钢渣活性钙转化过程：CaO + Na2CO3 + H2O → CaCO3 + 2NaOH（pH值为7.5-10所需的碱源）
粉煤灰碱分解过程：Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
沙土分解过程：SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
生态建材合成过程：CaSiO3 + 2NaAlO2 + 3Na2SiO3 + 4H2O → CaAl2(SiO3)4 + 8NaOH。
本发明提供了一种协同控制机制与生态化利用技术，实现了含钒固废有价组分高效提取与增值化高效利用。与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）工艺简单、生产成本低，可使含钒钢渣资源化处置率100%；
（2）将含钒钢渣中主要矿物氧化钙转性为碳酸钙，成型率为100%，成型后坯体后期水化过程中产生体积膨胀导致坯体破裂率为0.2%，解决了成型后的坯体后期水化过程中产生体积膨胀导致坯体破裂、成型率低的问题；
（3）本发明方法生产的生态建材砖尺寸规整，表面细腻，耐压强度35~40MPa，线变化率-0.2~-0.7，10%＜吸水率＜14%，饱和系数0.60~0.80，相对现有技术降低破裂率15%~25%；具有强度高和耐久性强的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法为：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用，尾渣粒度：-200目；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣51% 、粉煤灰12% 、水泥12 %、沙土15%、黏土10%；
（3）取步骤（2）混配后的料85%，加入15%的水，搅拌均匀；
（4）采用半干法压制成型，成型压力为11MPa,静养5h；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护,在温度为150℃、压力为1.1MPa的条件下蒸压养护，蒸压养护时间为7h。自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
可根据厂家要求的形状和尺寸定做成型模具。经检测，本实施例生产的生态建材砖尺寸规整，外形尺寸1200mm*650mm*35mm,表面细腻，耐压强度40MPa，线变化率-0.48，吸水率13%，饱和系数0.65，相对现有技术降低破裂率25%。
实施例2
本实施例一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法为：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用，尾渣粒度：-220目；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣30% 、粉煤灰10% 、水泥15 %、沙土31%、黏土14%；
（3）取步骤（2）混配后的料90%，加入10%的水，搅拌均匀；
（4）采用半干法压制成型，成型压力为10MPa,静养6h；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护,在温度为160℃、压力为1.05MPa的条件下蒸压养护，蒸压养护时间为4h。自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
本实施例生产的生态建材砖尺寸规整，外形尺寸1200mm*650mm*35mm,表面细腻，耐压强度38.5MPa，线变化率-0.7，吸水率10.2%，饱和系数0.70，相对现有技术降低破裂率18%。
实施例3
本实施例一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法为：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用，尾渣粒度：-240目；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣35% 、粉煤灰18% 、水泥11 %、沙土20%、页岩16%；
（3）取步骤（2）混配后的料88%，加入12%的水，搅拌均匀；
（4）采用半干法压制成型，成型压力为14MPa,静养4h；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护,在温度为155℃、压力为1.0MPa的条件下蒸压养护，蒸压养护时间为8h。自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
本实施例生产的生态建材砖尺寸规整，外形尺寸1200mm*650mm*35mm,表面细腻，耐压强度35MPa，线变化率-0.6，吸水率13.8%，饱和系数0.60，相对现有技术降低破裂率15%。
实施例4
本实施例一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法为：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用，尾渣粒度：-260目；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣39% 、粉煤灰20% 、水泥14 %、沙土16%、页岩11%；
（3）取步骤（2）混配后的料86.5%，加入13.5%的水，搅拌均匀；
（4）采用半干法压制成型，成型压力为12MPa,静养3h；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护,在温度为170℃、压力为1.08MPa的条件下蒸压养护，蒸压养护时间为5h。自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
本实施例生产的生态建材砖尺寸规整，外形尺寸1200mm*650mm*35mm,表面细腻，耐压强度36MPa，线变化率-0.2，吸水率11%，饱和系数0.75，相对现有技术降低破裂率20%。
实施例5
本实施例一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法为：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用，尾渣粒度：-300目；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：提取分离后的尾渣60% 、粉煤灰10% 、水泥10 %、沙土10%、黏土5%、页岩5%；
（3）取步骤（2）混配后的料89%，加入11%的水，搅拌均匀；
（4）采用半干法压制成型，成型压力为13MPa,静养4.5h；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护,在温度为165℃、压力为1.06MPa的条件下蒸压养护，蒸压养护时间为6h。自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
本实施例生产的生态建材砖尺寸规整，外形尺寸1200mm*650mm*35mm,表面细腻，耐压强度39.2MPa，线变化率-0.35，吸水率12%，饱和系数0.80，相对现有技术降低破裂率23%。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）取含钒钢渣进行有价元素钒提取分离后的尾渣备用；
（2）按如下重量百分含量称取各组分，然后进行混配：
提取分离后的尾渣30-60% 、粉煤灰10-20% 、水泥10-15 %、沙土10-35%、黏土或（和）页岩10-25%；
（3）取上述步骤（2）混配后的料85-90%，加入10-15%的水，搅拌均匀；
（4）压制成型，静养；
（5）将静养后的建材坯放入蒸养釜内蒸压养护，自然降温，出釜，即得到合格的生态建材砖。
2.根据权利要求1所述的一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，所述步骤（4）中压制成型采用半干法压制。
3.根据权利要求1所述的一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，所述步骤（4）中成型压力为10-14MPa。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的静养时间为3-6h。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，所述步骤（5）中的蒸压养护温度为150-170℃，蒸压养护压力为1.0-1.1MPa，蒸压养护时间为4-8h。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的含钒钢渣为用含钒铁精矿炼铁-炼钢后得到的钢渣，该渣V2O5重量百分含量为0.1-5%。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的尾渣粒度为200目以下。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB02 Change of applicant information

Address after: 050000 room 205, Enjian technology incubator, industrial Street, circular chemical park, Shijiazhuang, Hebei

Applicant after: Hebei Zhongke Zhiyuan New Material Technology Co.,Ltd.

Address before: 050000 1-1905, commercial office building, No. 9, South District, Jiali community, No. 66, Minsheng Road, Qiaoxi District, Shijiazhuang City, Hebei Province

Applicant before: Hebei Zhongke Zhiyuan New Material Technology Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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