CN112374843A - 一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,属于节能建筑材料技术领域。本发明将湿磨工序与充填料制备工序连接为一个系统,将钢渣块进行多级破碎并干式磁选为钢渣尾渣和钢渣铁精粉;根据矿山充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比计算湿磨钢渣的给矿浓度和钢渣矿浆占充填料重量百分比;按计算的给矿浓度对钢渣尾渣进行湿磨,按计算的钢渣矿浆占充填料重量百分比,以湿磨用水量全部替代充填料浆用水量,按钢渣矿浆占充填料重量百分比、充填料灰砂比和添加剂在灰中占比分别在钢渣矿浆中加入矿粉和添加剂,制得钢渣细骨料基矿山充填料。本发明节约水资源且绿色环保,产品安全稳定且性能高,为大量利用钢渣提供新途径。

Description

一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法
技术领域
本发明涉及节能建筑材料技术领域,更具体地说是一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法。
背景技术
钢渣排放量约为钢产量的10%-15%,我国每年产生约1亿吨的钢渣,但综合利用率仅为30%左右。随着我国粗钢产量的不断增长,大量废弃钢渣逐年堆存或填埋,占用了大量土地,金属离子随着雨水冲刷进入地表,严重污染饮用水资源,同时堆存的细小颗粒钢渣在自然风化过程中,形成了粉尘污染周围大气,给生态环境和人体健康提出严峻考验。
湿磨钢渣技术在国内部分钢铁企业得到应用,对钢渣进行碎磨与水洗,主要为了通过湿法磁选出更多的铁成分用于生产粒钢或铁精粉,但当钢渣粒径较小时,存在水化后体积不稳定性的问题,故国内钢渣综合利用率较低。湿法相对干法的磨细效益高、能耗低,但同时产生了大量的尾渣堆存和污水排放,对环境及水资源造成污染。
目前对湿磨钢渣尾泥进行回收的企业较少,且多用于砖材骨料或少掺量水泥掺合料,由于利用途径单一、利用率低和生产成本的限制,钢渣尾泥大量堆存而销路闭塞,这给钢渣处理企业带来巨大压力,湿磨钢渣矿浆有待于在更多领域中得到开发及大宗量利用。同时,随着建筑行业的日益发展,水泥混凝土原材料的需求与天然砂石骨料的开采缺乏之间的矛盾逐渐突显,亟待寻求替代天然砂石骨料的材料。研究表明湿磨钢渣矿浆的滤液含有离子如Ca2+、Al3+、Si4+等,对体系的强度增长具有积极作用,钢渣矿浆干燥为尾渣势必造成水污染和资源的浪费。
经检索,关于解决上述钢渣粒径较小时,存在水化后体积不稳定性的问题,目前已有相关专利公开。如,中国专利申请号为:CN202010030517.0,申请日为:2020年1月13日的发明专利申请,公开了一种利用钢渣砂和选矿废弃物制备的矿山井下充填砂浆,包括复合凝胶材料、细骨料,复合凝胶材料、细骨料的质量比为1:6-12;复合凝胶材料由铁尾矿粉、矿渣微粉、生石灰、脱硫灰及外加剂组成;特细铁尾矿粉、矿渣微粉、生石灰、脱硫灰的质量比为5-25:40-75:5-20:5-15:0-5;所述细骨料由特细铁尾矿砂、钢渣砂组成;所述特细铁尾矿砂、钢渣砂的质量比为8-20:5-12。该方案提出粗钢渣砂与特细铁尾矿砂物理粒径级配作骨料,以消除钢渣细度小引起的体积膨胀效果,但制备特细铁尾矿砂的能耗高,从而经济效益降低。
又如中国专利申请号为:CN201310470371.1,申请日为:2013年10月10日的发明专利,公开了一种利用钢渣作掺合料及作骨料的高性能混凝土及制备方法,混凝土由胶凝材料、骨料、减水剂和拌合水组成;胶凝材料由水泥、钢渣微粉和矿渣微粉复合而成;胶凝材料质量百分比为:水泥50%~80%、钢渣微粉10%~30%和矿渣微粉10%~30%;所用钢渣微粉、矿渣微粉的比表面积分别控制在400~600m2/kg、400~500m2/kg;骨料由碎石、钢渣砂和河沙组成;钢渣砂的粒径在5~10mm,部分替代碎石,其掺量为20%~50%;高效减水剂预先溶于水,随拌合水掺入。该方案钢渣微粉用于掺和矿渣微粉作胶材,粗钢渣与河砂、碎石粒径级配作骨料,制备了高性能的大掺量钢渣混凝土,但并未考虑钢渣的安定性问题,存在安全隐患。
又如中国专利申请号为:CN201910553298.1,申请日为:2019年6月25日的发明专利,公开了一种碳化钢渣人工多孔骨料及其制备方法,制备方法如下:钢渣粉的制备:对钢渣块进行破碎,将得到的碎钢渣放入磨机中研磨成钢渣粉;钢渣球骨料的制备:称取钢渣粉、硅酸盐水泥、砖粉和粉煤灰中的至少一种混合,加水成球,得到球状钢渣骨料;骨料预处理:对球状钢渣骨料进行预养护;钢渣骨料的碳化:将预养护后的球状钢渣骨料放入碳化釜中进行碳化,得到碳化钢渣人工多孔骨料。该方案通过钢渣粉与水泥熟料等激发剂一同加水造球,经预处理、预养护后,在碳化釜中碳化得到碳化钢渣人工多孔骨料,该技术中钢渣、水泥熟料等胶材经过预养护,虽然提高了自身作为骨料的强度,但消耗了其自身的胶凝性质,钢渣的性质未能充分利用,且工序繁多,增大了生产成本。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对上述现有的制备方法用水量多,造成水体污染,制作工序繁多能耗较高以及未考虑钢渣的安定性问题,存在安全隐患等问题,本发明设计了一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,钢渣湿磨工序与充填搅拌工序结合将湿磨用水用于充填料浆用水,钢渣作为细骨料,其具有钢渣处理量大、稳定安全、充填体强度高、可生产副产品超细钢渣微粉及添加剂、节约和洁净水资源、充分利用湿磨钢渣矿浆有益成分、高效环保等优点。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,制备步骤如下:
步骤一,破碎磁选:对钢渣块进行多级破碎,对破碎后的钢渣进行干式磁选,选出钢渣尾渣及钢渣铁精粉,磁选出的钢渣尾渣的粒径为-5mm;钢渣重金属含量小于0.1%;
步骤二,湿磨钢渣矿浆的制备:将钢渣尾渣放入湿磨机中进行湿磨,根据矿山充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比计算并设定湿磨钢渣给矿浓度,以湿磨用水量全部替代充填料浆用水量,磨至取样的勃氏比表面积为130-200m2/kg、激光粒度平均粒径为40-100μm;
步骤三,钢渣细骨料基充填料制备:将一次湿磨出料的钢渣矿浆输送至搅拌机,按钢渣矿浆占充填料重量百分比、充填料灰砂比和添加剂在灰中占比分别加入矿粉、尾矿细骨料和添加剂,搅拌2min以上至均匀,得到钢渣细骨料基矿山充填料。
通过上述步骤制备矿山充填料,湿磨钢渣矿浆无需脱水,直接作为细骨料与用水量的组合参与充填配料,将湿磨钢渣的用水量全部替代充填料浆用水量,最大化利用了水资源和钢渣矿浆的有利成分,高效环保;并且为了最大化利用水资源和钢渣矿浆的有利成分,将湿磨工序与充填料制备工序连接为一个系统,湿磨钢渣工序的给矿浓度只由充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比三个参数决定,便于计算。
进一步的技术方案,步骤二中,矿山充填料由胶凝材料、添加剂、细骨料和水组成,凝胶材料包括高炉水渣矿粉;添加剂由脱硫石膏、水泥熟料、粉煤灰和生石灰复合而成;灰为胶凝材料和添加剂,灰砂比为1:4~1:8,料浆浓度为60%-90%。
进一步的技术方案,细骨料重量由尾矿基细骨料重量和湿磨钢渣干重组成,两者的重量比为0:1~2.5:1。
进一步的技术方案,步骤二中,湿磨钢渣给矿浓度的计算公式为:
进一步的技术方案,步骤三中,计算钢渣矿浆占充填料重量百分比的公式为:
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
(1)本发明的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,将湿磨工序与充填料制备工序连接为一个系统,湿磨钢渣工序的给矿浓度由充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿细骨料重量与湿磨钢渣干重比三个参数决定与计算,并且湿磨钢渣矿浆无需脱水,直接作为细骨料与用水量的组合参与充填配料,最大化利用了水资源和钢渣矿浆的有利成分。
(2)本发明的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,钢渣中的游离氧化钙和氧化镁大部分得到消解生成了Ca(OH)2和Mg(OH)2,使得其对钢渣基矿山充填的体积安定性的影响大幅度减小,从而降低钢渣体积安定性不良的影响。
(3)本发明的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,钢渣硬度大,随着磨细程度增加,湿磨钢渣将消耗其部分胶凝活性而成为一种硬度大、活性低的材料,适宜作建材骨料。
(4)本发明的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,湿磨钢渣用作矿山充填细骨料具有比铁尾矿、铜尾矿等尾矿类细骨料更大的支撑硬度,同时协同其一定的水化活性,有效促进充填料浆流动性的增强和充填体强度的提高。
(5)本发明的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,湿磨消耗的钢渣活性一部分“转移”入湿磨滤液中,湿磨使物料新生表面的同时,加快溶出了Ca2+、Al3+、Si4 +等对于水化反应有促进的离子,不仅使流动性增强,而且抗压强度有一定的提高。
(6)本发明的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,湿磨钢渣用作矿山充填细骨料的用量大,为大量利用堆存钢渣提供了有效途径,并且湿磨钢渣的方式具有较高的磨细效率及较低的能耗。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,如图1所示,钢渣原料首先经过颚式破碎机进行破碎,使钢渣的粒径小于15mm,然后再对破碎后的钢渣进行高压辊磨破碎,经过多级破碎后的钢渣粒径至-5mm,然后再对破碎后的钢渣进行干式磁选,获得产品有三种:分别为钢渣尾渣、磁选粉和铁粒,再对磁选后的-5mm钢渣尾渣进行湿磨。
湿磨时,根据矿山充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿细骨料重量与湿磨钢渣干重比计算并设定湿磨钢渣的给矿浓度,按计算的钢渣矿浆占充填料重量百分比,并以湿磨用水量全部替代充填料浆用水量,按计算的给矿浓度对钢渣尾渣进行湿磨,磨至取样(烘干)的勃氏比表面积为130-200m2/kg、激光粒度平均粒径为40-100μm。按钢渣矿浆占充填料重量百分比、充填料灰砂比、添加剂在灰中占比分别在钢渣矿浆中加入矿粉、尾矿细骨料和添加剂,一起在搅拌机中进行搅拌,从而制得钢渣细骨料基矿山充填料浆。
在本实施例中,矿山充填料由胶凝材料、添加剂、细骨料和水组成,胶凝材料与添加剂一起称为灰,灰砂比为1:4~1:8,料浆浓度为60%-90%;其中细骨料重量由尾矿细骨料重量和湿磨钢渣干重组成,两者的重量比为0:1~2.5:1,此重量比简称为尾矿与钢渣骨料比;胶凝材料组分以高炉水渣矿粉为主;添加剂组分宜由脱硫石膏、水泥熟料、粉煤灰、生石灰等复配而成。在本实施例中细度测试方法为:采用SBT-127型勃氏比表面积仪按《水泥比表面积测定方法—勃氏法》(GB/T 8074-2008)测试钢渣粉比表面积(m2/kg);粒度测试方法使用《粒度分布——激光衍射法》(GB/T 19077-2016),采用LS-C(IIA)型激光粒径分析仪测试钢渣粉粒径组成(μm),测试指标为平均粒径Dp,其公式为:式中,Dp为平均粒径,Di为每组筛分粒级上限粒径和下限粒径的平均值(μm),Ai为每组粒级所占质量分数(%)。充填料的制备与充填料浆流动性、充填体抗压强度的测试参照标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2016)、《金属非金属矿山充填工程技术标准(网上征集意见稿)》、《矿山采空区充填用尾砂混凝土》(JC/T 2478-2018)。
矿山充填混凝土的制备步骤如下:
步骤一,破碎磁选:对钢渣块进行多级破碎,对破碎后的钢渣进行干式磁选,选出钢渣尾渣及钢渣铁精粉,磁选出的钢渣尾渣的粒径为-5mm;钢渣重金属含量小于0.1%。
步骤二,湿磨钢渣矿浆的制备:将钢渣尾渣放入湿磨机中进行湿磨,根据矿山充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比计算并设定湿磨钢渣给矿浓度,以湿磨用水量全部替代充填料浆用水量,磨至取样的勃氏比表面积为130-200m2/kg、激光粒度平均粒径为40-100μm。
步骤三,钢渣细骨料基充填料制备:将一次湿磨出料的钢渣矿浆输送至搅拌机,按钢渣矿浆占充填料重量百分比、充填料灰砂比和添加剂在灰中占比分别加入矿粉、尾矿细骨料和添加剂,搅拌2min以上至均匀,得到钢渣细骨料基矿山充填料。
其中湿磨钢渣给矿浓度的计算公式为:钢渣矿浆占充填料重量百分比的计算公式为:
采用本发明的制备方法,湿磨钢渣的水化活性在湿磨中被消耗而降低,但仍具有较大的硬度,湿磨钢渣用作矿山充填细骨料具有比铁尾矿、铜尾矿等尾矿类细骨料更大的支撑硬度,同时协同其一定的水化活性,有效促进充填体强度的提高。湿磨钢渣工序的矿浆滤液被试验证实有益于促进充填体强度的增长,湿磨消耗的钢渣活性一部分“转移”入湿磨滤液中,湿磨使物料新生表面的同时,加快溶出了Ca2+、Al3+、Si4+等对于水化反应有促进的离子,湿磨钢渣矿浆无需脱水,直接作为细骨料与用水量的组合参与充填配料,将湿磨钢渣的用水量全部替代充填料浆用水量,最大化利用了水资源和钢渣矿浆的有利成分。并且为了最大化利用水资源和钢渣矿浆的有利成分,将湿磨工序与充填料制备工序连接为一个系统,湿磨钢渣工序的给矿浓度由充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比三个参数决定与计算,计算湿磨钢渣给矿浓度以制备湿磨钢渣矿浆,计算钢渣矿浆在充填配料重中的百分比以制备钢渣细骨料基矿山充填混凝土。
其中,本实施例中钢渣尾渣放入湿式球磨机中进行湿磨,磨至取样(烘干)的勃氏比表面积为130-200m2/kg、激光粒度平均粒径为40-100μm。将800g钢渣尾渣放入湿式球磨机内,给矿浓度为50%,湿磨30min,出料后过滤并将湿磨滤液留存,过滤后的钢渣泥经过烘干制得湿磨钢渣泥粉,其细度如表1所示。
表1湿式球磨30min的钢渣泥粉细度
实施例1:钢渣泥粉替代铁尾矿作细骨料。
(1)将从湿磨机出料的钢渣矿浆抽滤,滤液留存,滤上烘干为钢渣泥粉,勃氏比表面积为153m2/kg、激光粒度平均粒径为58.97μm。
(2)制备基准矿山充填料:铁尾矿为细骨料,高炉水渣微粉与添加剂一起为胶凝材料,料浆浓度为62%、灰砂比为1:6,配料用水为自来水。
(3)用钢渣泥粉分别替代30%和15%的全粒级铁尾矿作细骨料,即尾矿钢渣骨料比分别为7:3和17:3,其他条件同基准组,制备钢渣细骨料基矿山充填料,钢渣泥粉替代尾矿作细骨料的效果如表2。
表2湿磨钢渣泥粉替代部分尾矿的充填料性能
由实施例1可知,湿磨的钢渣泥粉替代部分铁尾矿作细骨料,增强了充填料浆流动性和充填体强度,且随着钢渣替代量的增大而增大,这是湿磨钢渣仍具有一定的活性和钢渣硬度比尾矿大共同作用的结果。湿磨钢渣过程会消耗钢渣活性,从而降低钢渣建材的安定性风险,湿磨后的钢渣仍具有相当的硬度,因此湿磨钢渣以一种骨料的身份制备矿山充填混凝土,不仅使产品性能提高,而且大掺量的利用了钢渣,明显降低了生产成本。
实施例2:湿磨钢渣滤液替代自来水。
在基准组基础上,用湿磨钢渣滤液替代充填料用水,制备充填料,结果如表3。
表3湿磨钢滤液替代用水的充填料性能
经测试,按50%给矿浓度湿磨的钢渣矿浆滤液中Ca2+、Al3+、Si4+浓度分别为952.57mg/L、2.28mg/L、19.41mg/L。
由实施例2可知,湿磨滤液不仅增大了充填料浆的流动性,还增强了充填体强度,这是因为湿磨滤液中含有有利于促进钢渣和其他胶凝材料活性激发的离子。因此,湿磨钢渣矿浆的水分具有相当的价值,将其利用于制备矿山充填混凝土,不仅环保,又降低了成本,还提高了产品性能。
综上所述,湿磨钢渣方式具有较高的磨细效率及较低的能耗,并且本发明研究发现,一方面,钢渣经过湿磨水洗处理,钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁得到大部分的消解而生成Ca(OH)2和Mg(OH)2,使得其对钢渣基矿山充填的体积安定性的影响大幅度减小,从而降低钢渣体积安定性不良的影响;另一方面,钢渣硬度大,随着磨细程度增加,湿磨钢渣将消耗其部分胶凝活性而成为一种硬度大、活性低的材料,适宜作建材骨料;另外,湿磨钢渣滤水含有利于促进钢渣和矿粉活性激发的离子,如Ca2+、Al3+、Si4+等,对体系的强度增长具有积极作用用其替代制备混凝土用水,不仅使流动性增强,而且抗压强度有一定的提高,并且将湿磨钢渣矿浆的水利用于制备矿山充填混凝土中,不仅环保,又降低了成本,还提高了产品性能。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,其特征在于:制备步骤如下:
步骤一,破碎磁选:对钢渣块进行多级破碎,对破碎后的钢渣进行干式磁选,选出钢渣尾渣及钢渣铁精粉,磁选出的钢渣尾渣的粒径为-5mm;钢渣重金属含量小于0.1%;
步骤二,湿磨钢渣矿浆的制备:将钢渣尾渣放入湿磨机中进行湿磨,根据矿山充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比计算并设定湿磨钢渣给矿浓度,以湿磨用水量全部替代充填料浆用水量,磨至取样的勃氏比表面积为130-200m2/kg,激光粒度平均粒径为40-100μm;
步骤三,钢渣细骨料基充填料制备:将一次湿磨出料的钢渣矿浆输送至搅拌机,按钢渣矿浆占充填料重量百分比、充填料灰砂比和添加剂在灰中占比分别加入矿粉、尾矿细骨料和添加剂,搅拌2min以上至均匀,得到钢渣细骨料基矿山充填料。
2.根据权利要求1所述的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,其特征在于:步骤二中,矿山充填料由胶凝材料、添加剂、细骨料和水组成;凝胶材料包括高炉水渣矿粉,添加剂由脱硫石膏、水泥熟料、粉煤灰和生石灰复合而成;灰为胶凝材料和添加剂,灰砂比为1:4~1:8,料浆浓度为60%-90%。
3.根据权利要求2所述的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,其特征在于:细骨料重量由尾矿细骨料重量和湿磨钢渣干重组成,两者的重量比为0:1~2.5:1。
4.根据权利要求3所述的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,其特征在于:步骤二中,湿磨钢渣给矿浓度的计算公式为:
5.根据权利要求3所述的一种利用湿磨钢渣矿浆制备矿山充填混凝土的方法,其特征在于:步骤三中,钢渣矿浆占充填料重量百分比的计算公式为:
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