CN112299733A

CN112299733A - 酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法及清洗系统

Info

Publication number: CN112299733A
Application number: CN202011128806.0A
Authority: CN
Inventors: 姬永生; 薛琦; 吴猛振; 张忠哲; 徐之山; 马明明; 张洁; 宋雷; 高芙蓉; 刘丽丽
Original assignee: Xuzhou Chengrui Construction Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Xuzhou Chengrui Construction Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-02-02

Abstract

一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法及清洗系统，方法包括酸洗稳安工序和有害离子清洗工序，即将钢渣骨料和酸洗剂注入酸洗池的水中进行一次酸洗稳安处理，再将酸洗后的钢渣骨料送入有害离子清洗池用水进行二次清洗处理，先后经过上述两种工序的处理即得到安定性良好的钢渣骨料。系统包括钢渣骨料酸洗装置和钢渣骨料清洗装置，二者之间分别通过钢渣骨料传送装置和用水输送装置连接，形成相向而行的钢渣骨料传输流线和用水输送流线。本发明能够有效解决钢渣骨料用于混凝土中带来的安定性不良问题，且安全可靠，易操作、效率高、能耗小，可实现冶金固体废物的综合利用，对冶金企业节能降耗、固废资源化利用意义重大。

Description

酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法及清洗系统

技术领域

本发明涉及一种热泼钢渣骨料的处理方法及装置，尤其是一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法及清洗系统，属于工业固废利用技术领域。

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物。我国是工业大国，粗钢产量居世界首位，每年将近有1亿吨的钢渣未能得到有效利用。大量钢渣的堆积不仅占用耕地，而且钢渣中含有的大量重金属离子、碱性离子渗入土壤，造成地下水污染。因此，钢渣的循环利用已成为资源利用和环境保护领域普遍关注的问题之一。

石子和砂子是混凝土的粗细骨料组分，约占到混凝土的70-80%。当前的砂石料主要依赖天然河砂和矿石破碎，天然砂石属于不可再生自然资源，储量有限。而且天然河砂产地主要集中在长江和黄河的干流与支流流域，对生态破坏比较严重。受河道禁采影响，许多地区砂石企业大批关停，砂子、石子供应大面积减少，混凝土价格普遍上涨，供需关系十分紧张。钢渣自身坚硬，如果将其破碎筛分取代天然河砂和石子用作混凝土粗细集料，有利于改善混凝土强度。因此，若能最大限度地利用钢渣资源作为混凝土粗细骨料，不仅能降低混凝土生产成本，同时能节约天然矿质资源，实现可持续发展。

但是目前国内大量堆积的热泼钢渣是将钢渣喷水冷却3-4天后使钢渣自解破碎。热泼钢渣从熔融态缓慢冷却到常温的过程中各矿物相发育良好、晶格完整，造成钢渣中矿物相活性较低。除此之外，渣内f-CaO、f-MgO并未完全水化，造成热泼钢渣安定性不良。目前国内大量堆积未被利用的钢渣主要是热泼钢渣。而当热泼钢渣作为粗细骨料或掺合料在混凝土中使用时，其体积安定性不良会对含钢渣的建筑材料性能增加不良隐患。

在炼钢过程中，为了除去混在铁水中熔点很高的脉石（SiO₂），常加入石灰石造渣剂。为避免造渣剂被炉气带走不能及时成渣，通常加入大块状的造渣剂。但是，一些块度过大的石灰石熔化缓慢，未能及时反应的石灰石经高温炉煅烧便形成原生过烧CaO。原生过烧CaO被包裹于固熔体中并呈块状聚集。当热泼钢渣作为粗细骨料用于混凝土中时，这些呈块状聚集的原生过烧CaO水化产生的膨胀应力集中，且大于硬化水泥浆体的约束力，便导致硬化水泥浆体受挤压而膨胀破坏。因此，块状过烧CaO的存在是钢渣安定性不良的关键。消除过烧CaO是解决钢渣安定性的最有效的方法。

长时间堆放、热焖、化学消解、高温重构等是目前消除钢渣安定性不良问题的主要方法。长时间堆放能一定程度上减少钢渣中 f-CaO 含量，但耗时长、处理效率较低，且安定性不良消除不彻底，仍然存在安全隐患。已知的一种高活性改性钢渣粉及其安定性处理方法是一种热焖稳安方法，它是通过将钢渣与硅铝酸盐材料充分磨细混合后利用蒸压法对钢渣进行预处理，使钢渣中的膨胀相在高温高压的反应条件下消解，该方法既需粉磨又需蒸压，能耗较大。还已知一种钢渣安定性处理方法是一种化学消解稳安方法，该方法采用在钢渣粉中加入磷酸二氢钙、磷酸二氢镁等物质于20-50℃温度条件下处理3～8小时，从而达到消除钢渣中安定性问题，此种方法不仅耗时较长，而且采用化工原料成本极高，无技术转化价值，另外残留的磷酸二氢钙、磷酸二氢镁等物质和生成的磷酸盐影响水泥水化，使混凝土强度大幅下降。

高温重构是目前消除钢渣安定性不良问题研究最多的方法，高温重构能够促进钢渣内部的 f-CaO和 FeO的结合，生成具有一定水化活性的铁酸钙（C2F）。已知一种转炉气淬钢渣安定性的改性处理方法及石灰石岩改性剂，该方法通过在钢渣中加入适量石灰石岩改性剂，并将混合物进行熔融从而解决了钢渣安定性问题，但该方法需要1000℃以上高温，对设备要求高且能耗较大。再者，已知一种钢渣安定性改质剂及钢渣安定性处理方法，是通过将钢渣安定性改质剂按比例加入1610℃-1750℃的炼钢渣罐中进行改质处理，此种方法仅适用于未出炉的热态熔融钢渣，并不能有效解决现存钢渣的安定性问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法及清洗系统，能够有效解决钢渣骨料的不安定性，提高对钢渣的综合利用，且安全可靠，易操作、效率高、能耗小。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，包括酸洗稳安工序和有害离子清洗工序，其中酸洗稳安工序是将钢渣骨料和酸洗剂注入酸洗池的水中进行一次酸洗稳安处理，有害离子清洗工序是将酸洗后的钢渣骨料送入有害离子清洗池用水进行二次清洗处理，先后经过上述两种工序的处理即得到安定性良好的钢渣骨料。

一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，包括钢渣骨料酸洗装置和钢渣骨料清洗装置，所述的钢渣骨料酸洗装置和钢渣骨料清洗装置之间分别通过钢渣骨料传送装置和用水输送装置连接，形成相向而行的钢渣骨料传输流线和用水输送流线。

相比现有技术，本发明的酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法及清洗系统，具有如下优势：

1）消除热泼钢渣的不安定性

本发明通过钢渣骨料酸洗装置对热泼钢渣骨料进行酸洗稳安，主要实现了在保留钢渣骨料原有物理化学性能的基础上，消除钢渣骨料中的不安定性成分（f-CaO和f-MgO），同时在一定程度上提高了钢渣骨料的水化活性，实现冶金固体废物的综合利用，对冶金企业节能降耗，固废资源化利用意义重大。

2）效率高、能耗小且循环使用

消除钢渣骨料不安定性的处理方法简单，该系统可实现对钢渣骨料的循环处理，安全可靠，易操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个清洗系统实施例的平面布置示意图。

图2是图1中A-A处的剖视图。

图3是图1中B-B处的剖视图。

图中，1、待处理钢渣骨料，2、钢渣骨料酸洗装置，21、酸洗池，22、第一搅拌器，3、钢渣骨料清洗装置，31、有害离子清洗池，32、第二搅拌器，4、稳安性良好的钢渣骨料，5、污水池，6、净水池，61、净水区，62、沉淀区，7、皮带输送机，8、水泵，9、输水管，10、出水孔A，11、出料孔A，12、出水孔B，13、出料孔B。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，包括酸洗稳安工序和有害离子清洗工序；其中酸洗稳安工序是将钢渣骨料和酸洗剂注入酸洗池21的水中进行一次酸洗稳安处理，用于消除钢渣骨料的安定性不良，同时引入了对水泥或钢筋有害的离子，比如氯离子、硫酸根离子等；有害离子清洗工序是将酸洗后的钢渣骨料送入有害离子清洗池31用水进行二次清洗处理，用于去掉酸洗引入的有害的离子；先后经过上述两种工序的处理即得到安定性良好的钢渣骨料。

在本实施例中，所述的酸洗剂可以为强酸以及其工业废酸。其中，所述的强酸可以是盐酸或硫酸等。

在本实施例中，在所述酸洗稳安工序和有害离子清洗工序的处理过程中，形成了两条主材料流线，即相向而行的用水的输送线与钢渣骨料的处理传输流线。具体的用水过程可以是：将清水先注入有害离子清洗池31对酸洗后的钢渣骨料进行二次清洗用，其污水排入净水池6，净化后的水泵8入酸洗池21，对下一批钢渣骨料进行一次酸洗稳安使用，经过两次或多次重复使用后的水经酸洗池21进入污水池5。

图1至图3示出了本发明一个较佳的清洗系统实施例的结构示意图，图中的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，包括钢渣骨料酸洗装置2和钢渣骨料清洗装置3，所述的钢渣骨料酸洗装置2和钢渣骨料清洗装置3之间分别通过钢渣骨料传送装置和用水输送装置连接，形成相向而行的钢渣骨料传输流线和用水输送流线。所述的钢渣骨料传输流线为待处理钢渣骨料1从钢渣骨料堆场进入酸洗池21进行一次酸洗，然后从左向右进入有害离子清洗池31进行二次清洗，得到的稳安性良好的钢渣骨料4最后运送至酸洗稳安钢渣骨料堆场。所述的用水输送线为，清水率先注入有害离子清洗池31对酸洗稳安的钢渣骨料进行二次清洗，其污水排入其下方的净水池6，净化后用水泵8注入酸洗池21，对下一批钢渣骨料进行一次酸洗稳安，从右向左经过多次重复用水后进入污水池5。

在本实施例中，所述的钢渣骨料为热泼钢渣骨料经破碎用于混凝土中的粗骨料和细骨料。

在一个优选实施例中，所述的钢渣骨料酸洗装置2包括酸洗池21和设置在其内部的第一搅拌器22，第二一搅拌器可以具体选用涡轮搅拌器，涡轮搅拌器在不断搅拌的过程中将钢渣骨料同酸洗剂充分搅拌，溶解钢渣骨料中的不安定成分（f-CaO及f-MgO），从而消除钢渣骨料的不安定性，酸洗池21的具体形状可以设计成上部为圆柱形、下部呈倒圆台形的结构形式；酸洗池21的底部设有出料孔A11和出水孔A10，出水孔A10为设有滤网的阀门，用以过滤砂石。

在一个优选实施例中，所述的钢渣骨料清洗装置3包括有害离子清洗池31和设置在其内部的第二搅拌器32，第二搅拌器32可以具体选用涡轮搅拌器，有害离子清洗池31的具体结构可以设计成上部为圆柱形和下部呈倒圆台形组合，涡轮搅拌器在不断搅拌的过程中将钢渣骨料表面粘附的有害离子同水充分混合，清洗钢渣骨料；有害离子清洗池31的底部设有出料孔B13和出水孔B12，出水孔B12为设有滤网的阀门，用以过滤砂石。

在一个优选实施例中，所述的钢渣骨料传送装置为皮带输送机7，一端和酸洗池21的出料孔A11相接，另一端和有害离子清洗池31的上端口相接，用于将酸洗稳安的钢渣骨料输送至有害离子清洗池31进行下一级清洗。

在一个优选实施例中，所述的用水输送装置由净水池6、输水管9和水泵8组成，净水池6最好设置在出水孔下方，水池中可以通过设置带有若干排水孔的隔板，将其分为沉淀区62和净水区61两部分，沉淀区62与出水孔B12连通，净水区61连通至酸洗池21的上端口，通过水泵8实现进出水，清洗用水排入沉淀区62沉淀杂质的同时经排水孔流入净水区61，净水区61中的净水通过水泵8抽至酸洗池21，实现对后一批钢渣骨料的再酸洗稳安。

本发明实施例清洗系统的使用过程如下：

步骤一：将出料孔和出水孔阀门关闭；

步骤二：将钢渣和酸洗剂注入酸洗池21；

步骤三：开动涡轮搅拌器搅拌；

步骤四：酸洗稳安完毕后打开出水孔阀门将污水排入净水池6的沉淀区62；

步骤五：污水排光后打开出料孔阀门将酸洗稳安后的钢渣骨料通过下面的皮带输送机7送入有害离子清洗池31进行清洗；

步骤六：排入净水池6中的污水在沉淀区62沉淀杂质的同时经排水孔流入净水区61；再将净水区61的净水通过水泵8抽至酸洗池21，实现对后一批钢渣的酸洗稳安。

本发明消除热泼钢渣骨料安定性不良的机理：

在炼钢过程中，块度过大的造渣剂（石灰石）熔化缓慢，未能及时反应的石灰石经高温炉煅烧便形成原生过烧CaO。原生过烧CaO被包裹于固熔体中并呈块状聚集，这个块状聚集体在混凝土中短期难以消解是造成混凝土安定性不良的主要原因。

这个块状聚集体是原生过烧CaO和残留石灰石的混合体，极易溶于强酸。对钢渣骨料酸洗稳安改性，钢渣内过烧CaO块状聚集被溶解，大量Ca²⁺溶出，在钢渣表面的玻璃体发生化学吸附与侵蚀，激发了表面玻璃体的活性。将其用作混凝土粗细骨料时，水泥水化提供碱性环境，促使钢渣玻璃体Ca²⁺、SiO₄ ^4-重新聚合并形成提供强度的C-S-H凝胶。因此对钢渣骨料进行酸洗稳安改性，不仅消除了安定性问题，而且激发了钢渣骨料的表面活性。

本发明实施例的效果验证方法及结论：

通过本系统对钢渣骨料进行改性处理后，并将其部分取代砂子制备胶砂试件，定期检测试件抗压强度变化，并观测蒸压前后外观形貌变化，以验证酸洗稳安改性对钢渣骨料基胶砂试件力学性能及安定性的影响。并通过能量色散分析（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）研究了原钢渣骨料及钢渣骨料基胶砂试件的微观结构，探讨了钢渣骨料引起胶砂试件膨胀破坏机理及酸洗稳安改性钢渣骨料的稳安机理。

研究结果表明：对钢渣骨料进行酸洗稳安处理，其酸洗稳安钢渣骨料基胶砂试件的强度较未酸洗钢渣骨料基胶砂试件显著提高，且消除安定性不良问题。微观分析表明，在酸洗稳安钢渣骨料过程中，钢渣骨料内过烧CaO块状聚集被溶解，Ca²⁺大量溶出。溶出的Ca²⁺附着于钢渣骨料表面，赋予钢渣骨料主动捕捉SiO₄ ^4-的优良特性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，其特征是：包括酸洗稳安工序和有害离子清洗工序，其中酸洗稳安工序是将钢渣骨料和酸洗剂注入酸洗池（21）的水中进行一次酸洗稳安处理，有害离子清洗工序是将酸洗后的钢渣骨料送入有害离子清洗池（31）用水进行二次清洗处理，先后经过上述两种工序的处理即得到安定性良好的钢渣骨料。

2.根据权利要求1所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，其特征是：所述的酸洗剂包括强酸和其工业废酸。

3.根据权利要求2所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，其特征是：所述的强酸包括盐酸和硫酸。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，其特征是：在所述酸洗稳安工序和有害离子清洗工序的处理过程中，用水的输送线与钢渣骨料的处理传输流线相向而行。

5.根据权利要求4所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的方法，其特征是：所述用水的过程为：将清水先注入有害离子清洗池（31）对酸洗后的钢渣骨料进行二次清洗用，其污水排入净水池（6），净化后的水泵（8）入酸洗池（21），对下一批钢渣骨料进行一次酸洗稳安使用，经过两次重复使用后的水经酸洗池（21）进入污水池（5）。

6.一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，其特征是：包括钢渣骨料酸洗装置（2）和钢渣骨料清洗装置（3），所述的钢渣骨料酸洗装置（2）和钢渣骨料清洗装置（3）之间分别通过钢渣骨料传送装置和用水输送装置连接，形成相向而行的钢渣骨料传输流线和用水输送流线；其中，所述的钢渣骨料为热泼钢渣骨料经破碎用于混凝土中的粗骨料和细骨料。

7.根据权利要求6所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，其特征是：所述的钢渣骨料酸洗装置（2）包括酸洗池（21）和设置在其内部的第一搅拌器（22），酸洗池（21）的底部设有出料孔A（11）和出水孔A（10），出水孔A（10）安装有具有滤网的阀门。

8.根据权利要求6所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，其特征是：所述的钢渣骨料清洗装置（3）包括有害离子清洗池（31）和设置在其内部的第二搅拌器（32），有害离子清洗池（31）的底部设有出料孔B（13）和出水孔B（12），出水孔B（12）安装有具有滤网的阀门。

9.根据权利要求6所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，其特征是：所述的钢渣骨料传送装置为皮带输送机（7），一端和酸洗池（21）的出料孔A（11）相接，另一端和有害离子清洗池（31）的上端口相接。

10.根据权利要求6至9任一项所述的一种酸洗稳安消除热泼钢渣骨料安定性不良的清洗系统，其特征是：所述的用水输送装置由净水池（6）、输水管（9）和水泵（8）组成，净水池（6）分隔为相连通的沉淀区（62）和净水区（61），沉淀区（62）与出水孔B（12）连通，净水区（61）连通至酸洗池（21）的上端口，通过水泵（8）实现进出水。