CN112374781A - 一种钢渣改质剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钢渣改质剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢渣改质剂及其制备方法和应用，所述钢渣改质剂包括以下原料：高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉和脱硫石膏中的至少两种；按重量百分比计，经过配伍后的所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO 28～55％，SiO220～35％，Al2O310～20％，SO32～8％。本发明将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏通过两种或两种以上配伍为该钢渣改质剂的化学成分组成，充分利用钢铁冶金、火力发电企业易于获得的钙‑硅‑铝基固体废弃物及其他调节材料，能有效对钢渣进行改性，提高了固体废弃物的综合利用率。

Description

一种钢渣改质剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种钢渣改质剂及其制备方法和应用。
背景技术
钢渣是炼钢工艺过程产生的废渣，主要由炼钢过程形成的以硅酸盐、铁酸盐等矿物的多相固体废弃物。目前所开展钢渣的综合利用研究主要包括冶金、建筑材料、农业利用、废水处理、工程应用等几个领域。总体来看，钢渣目前的资源化利用技术还处于较低水平。
目前钢渣利用方向主要是作骨料用以道路工程、回填等，也有将钢渣用于水泥生料配料、返回钢厂作烧结原料等。虽然已有相关标准出台，但多年来钢渣粉与钢铁渣粉的生产和应用并没有较大的突破，在钢渣用于制备矿物掺和料方面，由于钢渣易磨性差、安定性差、活性指数低等因素，导致粉磨能耗较高，早期反应活性低，存在体积稳定性隐患等，因此钢渣在本领域的综合利用率和利用效率一直较低。所属领域中钢铁企业面临着结构调整、环保税和可持续发展的减排压力，如何提高钢渣应用性能和在建材行业的利用率是钢铁冶金行业面临的一项难题。
发明内容
本发明实施例提供一种转炉钢渣高温改质剂。本发明将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏通过两种或两种以上配伍为该钢渣改质剂的化学成分组成，充分利用钢铁冶金、火力发电企业易于获得的钙-硅-铝基固体废弃物及其他调节材料，能有效对钢渣进行改性，提高了固体废弃物的综合利用率。
本发明实施例提供一种钢渣改质剂，所述钢渣改质剂包括以下原料：高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉和脱硫石膏中的至少两种；按重量百分比计，经过配伍后的所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO28～55％，SiO2 20～35％，Al2O3 10～20％，SO3 2～8％。
在一些优选实施例中，按重量百分比计，所述钢渣改质剂包括以下原料：
Figure BDA0002758973470000021
其中所述钢渣改质剂的原料中包含所述高炉矿渣、所述粉煤灰、所述石灰石粉和脱硫石膏中至少两种的组合。
在一些优选实施例中，按重量百分比计，所述钢渣改质剂包括以下原料：
Figure BDA0002758973470000022
所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO 35～50％，SiO2 20～25％，Al2O3 10～15％，SO3 2～6％。
根据本发明，Ca-Si-Al基的改质剂有利于降低钢渣中低活性或惰性的铁质矿物的比例，生成部分活性较高的硅酸钙、铁铝酸钙矿物，SO3掺入的目的是使改质后的钢渣体系内形成部分硫硅酸钙、硫铝酸钙、硫铁酸钙，并结合其它组成并控制在特定含量，这些矿物可以提升胶凝材料中早期活性。进一步的，发明人经研究发现，采用上述原料改质之后的钢渣，钢渣中原有的金属铁、铁镁共融相发生物相转变，尤其是，各原料采用上述特定用量范围时，使得金属铁、铁镁共融相能够转变为铁硅酸盐、铁铝酸盐等矿物，解决了金属铁、铁镁共融相的存在所导致的易磨性差的问题，具有很好的提高粉磨效率的作用。
在一些优选实施例中，所述钢渣改质剂的比表面积为300m2/kg以上。
在一些优选实施例中，所述钢渣改质剂的比表面积为300～420m2/kg。本发明中，采用较大的比表面积可提高钢渣与改质组分的接触面积，达到尽量混匀、提高反应速率的目的。尤其是，在上述优选比表面积范围在350～380m2/kg方面的效果具有难以预料的提升。
本发明实施例还提供一种所述钢渣改质剂的制备方法，按配比将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏进行混合，得所述钢渣改质剂，优选的，包括以下步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干后按比例混合，使用球磨或立磨粉磨至所需细度。
本发明实施例还提供一种所述钢渣改质剂的应用，将钢渣粉和所述钢渣改质剂进行混合，然后在高温下进行煅烧。
在一些优选实施例中，所述钢渣粉为转炉钢渣粉；和/或，所述钢渣粉的比表面积为300m2/kg以上，优选的，所述钢渣粉的比表面积为350～380m2/kg。
在一些优选实施例中，所述钢渣粉与所述钢渣改质剂的质量比为55～95：5～45。
在一些优选实施例中，煅烧温度为1250～1350℃，煅烧时间为10～30min。
本发明的有益效果至少在于：本发明提供的钢渣改质剂及改质工艺方法，充分利用钢铁冶金过程中产生的固体废弃物，在较低的反应温度条件下，提高了钢渣中具有较高早、中期水化反应活性的矿物组成，降低活性低且难于粉磨的铁质矿物含量，实现钢渣的高效综合利用。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合，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，都属于本发明保护的范围。
本发明中，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。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。本发明中所用的化工原料均可在国内化工产品市场方便买到。以下实例中，所采用的原材料均为采矿、钢铁冶金、火力发电等行业的固体废弃物，容易获取。
实施例1
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为56:12:26:6，配伍后其主要化学成分组成：CaO 39.59％，SiO2 23.25％，Al2O312.88％，SO3 4.73％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为360m2/kg。
实施例2
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：石灰石粉：脱硫石膏为70:25:5，配伍后其化学成分组成：CaO 43.56％，SiO2 22.31％，Al2O3 10.56％，SO34.35％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为380m2/kg。
实施例3
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为90:5:3:2，配伍后其化学成分组成：CaO38.09％，SiO2 30.94％，Al2O3 15.42％，SO3 3.10％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg。
实施例4
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为55:25:15:5，配伍后其化学成分组成：CaO 33.23％，SiO2 28.77％，Al2O317.54％，SO3 4.20％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为300m2/kg。
实施例5
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为20:45:30:5，配伍后其化学成分组成：CaO 28.81％，SiO2 26.61％，Al2O319.66％，SO3 3.61％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg。
实施例6
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：脱硫石膏为98:2，配伍后其化学成分组成：CaO 39.32％，SiO2 31.24％，Al2O3 14.78％，SO3 3.15％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为320m2/kg。
实施例7
本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为30:40:20:10，配伍后其化学成分组成：CaO 28.96％，SiO2 27.55％，Al2O319.32％，SO3 6.72％；
本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为360m2/kg。
对比例1
对比例提供了一种未经改质的钢渣粉作为矿物掺和料的性能，如表1所示。
表1未经改质的钢渣作为矿物掺和料的主要性能
Figure BDA0002758973470000061
实验例1
本实验例提供以上实施例1中的钢渣改质剂将对比例1中钢渣进行改质，其改质工艺方法：将对比例1中的钢渣与实施例1中的钢渣改质剂按照7：3混合后，在1350℃条件下煅烧20min后，在空气中急冷。对经过改质处理后的钢渣进行物化性能检测，检测结果如表2：
表2改质钢渣作为矿物掺和料的主要性能
Figure BDA0002758973470000062
实验例2
本实验例对以上实施例中钢渣改质剂改质后的钢渣在C30强度等级混凝土中的应用效果进行验证。
C30混凝土的制备过程：将220kg水泥、80kg粉煤灰、75kg改质钢渣粉、780kg砂、1035kg石子、170kg水、4kg减水剂在混凝土搅拌机内搅拌均匀，测试新拌混凝土工作性能和硬化混凝土力学性能，检测结果如表3：
表3 C30混凝土性能测试结果
Figure BDA0002758973470000071
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种钢渣改质剂，其特征在于，所述钢渣改质剂包括以下原料：高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉和脱硫石膏中的至少两种；按重量百分比计，经过配伍后的所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO 28～55％，SiO2 20～35％，Al2O3 10～20％，SO3 2～8％。
2.根据权利要求1所述的钢渣改质剂，其特征在于，按重量百分比计，所述钢渣改质剂包括以下原料：
Figure FDA0002758973460000011
其中所述钢渣改质剂的原料中包含所述高炉矿渣、所述粉煤灰、所述石灰石粉和脱硫石膏中至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的钢渣改质剂，其特征在于，按重量百分比计，所述钢渣改质剂包括以下原料：
Figure FDA0002758973460000012
所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO 35～50％，SiO2 20～25％，Al2O3 10～15％，SO32～6％。
4.根据权利要求3所述的钢渣改质剂，其特征在于，所述钢渣改质剂的比表面积为300m2/kg以上。
5.根据权利要求4所述的钢渣改质剂，其特征在于，所述钢渣改质剂的比表面积为300～420m2/kg。
6.权利要求1～5任一项所述钢渣改质剂的制备方法，其特征在于，按配比将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏进行混合，得所述钢渣改质剂，优选的，包括以下步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干后按比例混合，使用球磨或立磨粉磨至所需细度。
7.权利要求1～5任一项所述钢渣改质剂的应用，其特征在于，将钢渣粉和所述钢渣改质剂进行混合，然后在高温下进行煅烧。
8.根据权利要求7所述的钢渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢渣粉为转炉钢渣粉；和/或，所述钢渣粉的比表面积为300m2/kg以上，优选的，所述钢渣粉的比表面积为350～380m2/kg。
9.根据权利要求7所述的钢渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢渣粉与所述钢渣改质剂的质量比为55～95：5～45。
10.根据权利要求7～9任一项所述的钢渣改质剂的应用，其特征在于，煅烧温度为1250～1350℃，煅烧时间为10～30min。
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