CN111320400A

CN111320400A - 一种钙铝组分高温重构制备高胶凝活性钢渣的方法及应用

Info

Publication number: CN111320400A
Application number: CN202010148574.9A
Authority: CN
Inventors: 陈平; 向瑞衡; 李雁翎; 刘荣进; 龙顺红; 赵艳荣; 梁庆; 韦家崭; 王忠慰
Original assignee: Guangxi Liugang Environmental Protection Co ltd; Guilin University of Technology
Current assignee: Guangxi Liugang Environmental Protection Co ltd; Guilin University of Technology
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-06-23

Abstract

本发明公开了一种利用钙铝组分高温重构钢渣及其制备方法及应用，包括以下步骤：将钢渣74％～83％、和钙调质料(石灰)11％～24％、铝调质料(铝矾土)2％～6％经干燥、破碎、粉磨，再混合制样进行煅烧，得到煅烧料，将所得煅烧料进行粉磨，制得所述高胶凝性钢渣熟料。本发明通过钙铝质组分对钢渣矿物组成进行重构，使钢渣Fe₂O₃、RO相等低活性矿物转变为硅酸二钙(C₂S)和铁铝酸盐(C₄AF)为主的高胶凝活性矿物相。矿物相的变化使钢渣水化活性得到改善，研究结果表明，使用本发明提供的制备方法所得钙铝组分重构钢渣28天抗压强度达42.9MPa，活性指数达91.3％。所得高活性钢渣可作为成品直接用作水泥混合材或高性能混凝土掺合料，提高钢渣的综合利用率，具有现实意义。

Description

一种钙铝组分高温重构制备高胶凝活性钢渣的方法及应用

技术领域

本发明属于绿色建材技术领域，特别涉及一种钙铝组分高温重构制备高胶凝活性钢渣的方法及应用。

背景技术

钢渣是炼钢的副产物，其产量约为粗钢产量的15％～20％，年排放量近亿吨。我国现价段钢渣资源化利用率不足30％。提高钢渣的利用率不仅响应国家政策号召，也可以减少和防止钢铁企业的钢渣堆放对生态环境的二次污染破坏。由于钢渣中惰性矿物(RO相)的存在，严重影响着钢渣的胶凝活性，且部分钢渣中存在一定含量的游离氧化钙(f-CaO)、氧化镁(f-MgO)等其它化学成分，钢渣经过水化反应后体积容易膨胀，抑制了钢渣在水泥行业中的广泛应用。

现有提高钢渣活性的方式主要有机械粉末、化学激发、热力学活化及钢渣重构技术。中国发明专利(CN106076574A)公开了一种生产钢渣超细微粉的球磨机双闭路粉磨工艺，通过增大钢渣比表面积，提高其胶凝活性，但在机械粉磨过程中钢渣微粉表面能逐渐增大，达到一定细度后呈团聚的趋势，粉磨效率大幅降低，额外能耗巨大。中国发明专利(CN108516741A)公开了一种钢渣砂-秸秆灰复掺砂浆及其制备方法，利用碱激发剂改善钢渣水化环境，但化学激发在实际工程应用中对混凝土钢筋都有有一定的腐蚀情况，进而缩短建筑的使用寿命。中国发明专利(CN103571983A)公开了一种转炉钢渣压蒸处理改性工艺及其应用，利用压蒸的方法，促使钢渣中的玻璃体分解，激发钢渣的潜在活性，热力学活化在大规模的钢渣利用上难度较大，可行性较低。中国发明专利(CN110218008A) 公开了一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法，通过在钢渣中引入碳元素，钢渣中RO相及含铁矿物中的金属铁还原成铁单质，此方法铁单质还原量少，且不利于钢渣中胶凝矿物含量的增加。总之，现有提高钢渣胶凝活性的技术，都只停留在对钢渣细度进行调控或对水化环境进行改善，并没有从根本上改变钢渣的化学组成和矿物组成，将钢渣中RO相转化为胶凝活性矿物，提高钢渣胶凝活性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种制备具有高胶凝性钢渣及其制备方法，该方法从源头上调整钢渣的矿物组成，增加钢渣中硅酸二钙和铁铝酸盐相的矿物含量，得到了具有高胶凝活性的钙铝组分重构钢渣。本发明还提供了钙铝组分重构钢渣的应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种钙铝组分高温重构制备高胶凝活性钢渣的方法，包括以下步骤：

将钢渣、铝矾土和石灰混合，在电阻炉中进行煅烧，得到煅烧料；

将所得煅烧料进行粉磨，得到所述钙铝组分重构钢渣；

优选的，所述钢渣、铝矾土和石灰的质量比为(74％～83％)：(2％～6％)： (12％～24％)；

优选的，所述钢渣、铝矾土和石灰的混合物中钙硅比为3.9～4.5，硅铝比为 1.3～1.8；

优选的，所述钢渣的比表面积为380～420m²/kg；

优选的，所述煅烧的温度为1250～1450℃，时间为30～90min；

优选的，所述钢渣在与铝矾土和石灰混合前，还包括钢渣预处理；

所述钢渣预处理包括依次进行的干燥、破碎和球磨。

优选的，所述干燥的温度优选为110℃，时间优选为8h；所述破碎得到的产物的粒径＜10mm。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的钙铝组分重构钢渣，所述钢渣微粉28d活性指数达85％及以上。

本发明还提供了上述技术方案所述钙铝组分重构钢渣在建筑领域中的应用，所述应用为所述钙铝组分重构钢渣完全代替或部分代替水泥粉。

本发明提供了一种钙铝组分重构钢渣的制备方法，包括以下步骤：将钢渣、钙铝调质组分混合，在电阻炉中进行高温煅烧，得到煅烧料；将所得煅烧料进行粉磨，得到所述钙铝组分重构钢渣；所述钙调质料包括石灰；所述铝硅调质料包括铝矾土。本发明将钢渣和钙铝调质组分混合以调节钙硅比和铝硅比，有利于对钢渣进行重构改性，其中，钙硅比提高，体系中CaO含量上升，碱度上升，粘度下降，液相量增加，分子流动性提高，体系中CaO优先与Fe反应，较大的钙硅比，有利于β-C₂S吸收CaO形成C₃S，RO相固溶体被分解及反应，其中的FeO 随CaO掺量的增加，生成Fe₃O₄、Ca₂(AlFe)O₅等矿物；铝硅比升高，体系中Al₂O₃增多，有更多较低熔点的铝酸盐形成铁铝酸盐，钢渣液相量增加，系统粘度降低，提高了离子的扩散能力，产生了更多如C₃S、C₄AF等胶凝性矿物。

本发明具有以下有益效果

(1)我国钢渣每年排放量巨大，且大量堆积污染环境，以转炉钢渣为主要原料制备胶凝材料，实现了钢渣的价值最大化利用，符合环保要求。

(2)分别加入钙质调质料石灰和铝调质料铝矾土，促进钢渣中矿物相转变，分解RO相，促进硅酸二钙和铁铝酸盐相的形成发育，提高钢渣的胶凝矿物含量，提高钢渣的水化活性。

(3)所制备的钢渣胶凝材料中钢渣利用率达74％～83％，所制备的重构钢渣符合S85级钢渣的指标要求。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种钙铝组分重构钢渣及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

附图说明

图1为实施例1～3所得钙铝组分重构钢渣的XRD图；

图2为实施例2所得钙铝组分重构钢渣的50倍放大的岩相照片；

图3为实施例2所得钙铝组分重构钢渣的200倍放大的岩相照片；

图4为实施例2所得钙铝组分重构钢渣的SEM图。

具体实施方式

针对柳钢钢渣的高钙、高铁组分特点，选用较为廉价的钙调质料石灰和铝调质料铝矾土对柳钢转炉钢渣进行热力学重构，使钢渣Fe₂O₃、RO相等低活性矿物组成转变为硅酸二钙(C₂S)和铁铝酸盐(C₄AF)为主的高胶凝活性矿物相，提高钢渣胶凝矿物含量，制备符合国标的S85级钢渣。在本发明中，所述铝矾土中 Al₂O₃的质量百分比优选≥80％。在本发明中，所述石灰优选为煅烧出厂时间不超过60天的软烧石灰。

实施例1

(1)原料由钢渣、石灰和铝矾土组成，各组分质量百分比含量如下：钢渣83％、氧化钙11％、铝矾土6％

(2)将钢渣和钙铝调质组分在110℃烘干8h，用破碎机破碎至粒径＜10mm后，分别用球磨机粉磨至比表面积400±20㎡/Kg

(3)将步骤(2)制备好的钢渣按照步骤(1)的配比置于混料机中混料，使各组分均匀混合，将混合均匀的物料制成圆饼试块置于电阻炉中煅烧，煅烧温度 1350℃，保温时间90min，待保温结束后，进行风冷，再将试块进行粉磨至比表面积400±20㎡/Kg，制得所述钙铝组分重构钢渣熟料。

实施例2

(1)原料由钢渣、石灰和铝矾土组成，各组分质量百分比含量如下：钢渣77％、氧化钙19％、铝矾土4％

(2)将钢渣和钙铝调质组分在110℃烘干8h，用破碎机破碎至粒径＜10mm后，分别用球磨机粉磨至比表面积400±20㎡/Kg。

实施例3：

(1)原料由钢渣、石灰和铝矾土组成，各组分质量百分比含量如下：钢渣74％、氧化钙24％、铝矾土2％

将粉磨后的钢渣，再做岩相分析、SEM和XRD分析，分析结果表明虽然提高了钙硅比C/S比，增加了钢渣熟料的易烧性，但与不掺生石灰的钢渣熟料相比，并无多大差异，铁镁尖晶石，晶体发育不是很完整，且出现胶凝性C₂F的同时生成部分磁性矿物Fe₃O₄。

测试例

对实施例1～3所得钙铝组分重构钢渣进行XRD测试，所得测试结果见图1。由图1可见，钢渣中的RO相为FeO、MgO、MnO和CaO等金属氧化物形成的连续固溶体。钢渣中的RO相在烧结过程中分解，转化为铁镁尖晶石后部分与调质组分反应形成了更多的胶凝矿物C₂S，部分生成了Fe₃O₄、MgO等晶体。硅酸盐相矿物有明显的增长，在钙硅比较高的实施例3中检测到C₃S衍射峰。

对实施例1所得钙铝组分重构钢渣进行岩相测试，所得岩相照片见图2和图 3，其中，图2为50倍放大的岩相照片，图3为200倍放大的岩相照片。对实施例2所得钙铝组分重构钢渣进行扫描电镜测试，所得SEM图见图4。由图2～4 可见，实施例2提供的钙铝组分重构钢渣C₂S含量较多，矿物形成较好，有明显的圆粒状C₂S(岩相照片呈圆形)、条块状铁铝酸钙(岩相照片呈灰白色)，且晶体发育情况良好，大小分布均匀。由图1～4可见，实施例2所得钙铝组分钢渣的 RO相部分被分解，生成了C₂F、C₂S、MgFe₂O₄和C₄AF等具有胶凝性的矿物相。

对比例1

采用基准水泥为对比例1材料；所述基准水泥符合GB8076混凝土外加剂中所述水泥的要求。

对比例2

采用进行了预处理的原始钢渣为对比例2材料；所述预处理与实施例1的预处理相同。

应用例

对实施例1～3所得钙铝组分重构钢渣和对比例1、2的材料，采用颚式破碎机(南京华调电机厂，Y90-L型)进行破碎，采用球磨机(浙江上虞市肖金化验设备厂

试验磨)进行粉磨，粉磨至勃氏比表面积为400±100m²/kg后，按钙铝组分重构钢渣与基准水泥质量比为3：7配制成胶凝材料，依据《GBT 17671-1999水泥胶砂强度检验方法》测定其胶砂强度，依据《GB/T 51003-2014矿物掺合料应用技术规范》测定其活性指数，试验结果见表1。

表1实施例1、9和对比例1、2胶砂强度和活性指数测试结果

由表1可见，本发明提供的钙铝组分重构钢渣抗压强度均显著优于对比例2 的未进行钙铝组分重构的钢渣，甚至可完全代替或部分代替水泥粉。

以上为本发明的两个极端实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，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

1.一种钙铝组分重构制备高胶凝活性钢渣的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钢渣、铝调质料和钙调质料混合，在电阻炉进行高温煅烧，得到煅烧料；将所得煅烧料进行粉磨，得到所述钙铝组分重构钢渣。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣、铝矾土和石灰的质量比为(74％～83％)：(2％～6％)：(11％～24％)，钢渣为柳州钢铁股份有限公司的冷态热闷转炉钢渣，属于中碱度钢渣；钙调质料石灰中CaO含量大于90％，铝调质料铝矾土中Al₂O₃含量不低于80％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣、铝矾土和石灰的混合物中钙硅比为3.9～4.5，硅铝比为1.3～1.8。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣的比表面积为380～420m²/kg。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1250～1350℃，时间为30～90min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣在与铝矾土和石灰混合前，还包括钢渣预处理；所述钢渣预处理包括依次进行的干燥、破碎和球磨。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为110℃，时间为8h；所述破碎得到的产物的粒径＜10mm。

8.根据权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的钙铝组分重构钢渣，其特征在于，所述钙铝组分重构钢渣钢渣微粉28d活性指数达85％及以上。

9.根据权利要求1所述钙铝组分重构钢渣在建筑领域中的应用，所述应用为所述钙铝组分重构钢渣完全代替或部分代替水泥粉。