CN112390549A - 一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥及其制备方法，属于建筑材料技术领域，所述复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～95份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏3～6份。本申请将不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣两种废渣进行结合，优劣互补，制备出的复合水泥满足符合水泥各项物理性能要求，抗压强度等级满足42.5MPa，重金属浸出值符合规范要求。既能将各类废弃废渣综合利用，实现变废为宝，又能创造经济价值。

Description

一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥及其制备方法。

背景技术

水泥行业属于高能耗高污染行业，水泥在生产过程中不但消耗大量的煤、石灰石等不可再生的能源和资源，而且排放大量粉尘、废水、废气等废弃物，造成大量的资源消耗以及严重的环境污染。我国不锈钢产量大幅提高，随之产生的不锈钢钢渣日益增多。不锈钢渣尾泥是不锈钢厂炼钢产生的后期废弃物，然后经过后期除铁处理后堆弃在土地上，部分渣已与泥土相融合。但由于其矿物结构致密，晶粒较大，水化速率慢，同时又有重金属浸出风险，如Cr⁶⁺，限制了其应用。现在面临的问题是如何能经济、无害化处理和循环利用不锈钢渣尾泥。

公布号为CN103100546A的中国发明专利申请公开了一种不锈钢钢渣干湿结合处理工艺，利用硫酸亚铁溶液把钢渣中的六价铬还原成三价铬；虽然能够解决其中六价铬的毒性问题，但是其利用化学药剂反应，产生了大量的废水，引出了废水处理的问题。因此，现需研究一种能够高效解决不锈钢渣尾泥的方法。

粒化高炉矿渣是高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经冷却成粒后，即为粒化高炉矿渣。由粒化高炉矿渣制作的钢渣类混合料制作的产品凝固时间比较长，凝固性比较差，给使用单位带来了不便，因此，现需提供一种粒化高炉矿渣的有效利用方法，以扩大其在建设材料领域应用。

公布号为CN 108529910 A的中国发明专利申请公开了一种大掺量钢渣水泥的制备方法，掺入大量的钢渣和矿渣粉，同时需使用一定的激发剂才能使水泥性质安定，且得到的水泥抗压折性质不高。因此，如何综合利用不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣取代部分高成本原料，降低水泥成本、节约资源、提高环境质量，提供一种水泥领域的可持续发展的有效途径，已成为现阶段的研究目标。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥及其制备方法，将不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣两种废渣进行结合，优劣互补，制备出的复合水泥满足复合水泥各项物理性能，抗压强度等级满足42.5MPa，重金属浸出值符合规范要求，既能将各类废弃废渣综合利用，实现变废为宝，又能创造经济价值。

本发明为实现上述目的提供如下方案：

一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，所述复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～95份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏3～6份。

进一步地，所复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～95份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏4～6份。

进一步地，所复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～85份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏5份。

进一步地，所述不锈钢渣尾泥的碱度1.66±0.05，密度为3.04±0.03g/cm³，化学成分CaO为44.92±0.1％，MgO为9.42±0.10％，SiO₂为27.09±0.10％，Al₂O₃为5.87±0.05％，Fe₂O₃为2.66±0.10％，f-CaO为1.96±0.05％，比表面积≥420m²/kg。所述不锈钢渣尾泥是不锈钢厂精炼后期产生的，经除铁处理后露天堆弃土地上，部分渣已与泥土相融合，其结构疏松易碎，颜色呈灰白色。

进一步地，所述硅酸盐水泥熟料是干法回转窑生产的普通水泥熟料，28d抗压强度≥52.5MPa。

进一步地，所述石膏应为电厂产生的副产品脱硫石膏，其SO₃含量≥40wt％。

进一步地，所述粒化高炉矿渣的密度2.84±0.05g/cm³，化学成分CaO为38.84±0.10％，MgO为8.58±0.10％，SiO₂为31.59±0.10％，Al₂O₃为16.29±0.10％，Fe₂O₃为1.56±0.10％，比表面积≥440m²/kg。所述粒化高炉矿渣为炼钢厂产生的废渣，经急冷水淬处理后露天堆弃；其为颗粒状，质地较硬，颜色呈淡黄色。

本发明提供所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥的制备方法，包括如下步骤：

(1)将所述硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏分别球磨至比表面积300～355m²/kg；

(2)预先陈化处理不锈钢渣尾泥，烘干除水至干燥状态，单独球磨至比表面积≥420m²/kg；

(3)预先陈化处理粒化高炉矿渣，烘干除水至干燥状态，单独球磨至比表面积≥440m²/kg；

(4)将处理后的硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、不锈钢渣尾泥、粒化高炉矿渣按份数机械混合均匀即可。

进一步地，所述陈化处理是将原料堆积放置3-4个月。通过所述陈化处理，能够让不锈钢渣尾泥内部的六价铬浸出，直至所述不锈钢渣尾泥内部的六价铬含量不会产生危害时，即可进行利用。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明的不锈钢渣尾泥经过陈化、球磨处理后，在加工成水泥的过程中，不仅不需使用激发剂就能达到产品性能稳定，还能够有效减低其中六价铬的含量，将两种废渣复掺能制备出符合标准要求的复合水泥，其水泥的标准稠度≤28％，初凝时间≥45min，终凝时间≤600min，安定性合格，水泥中水溶性六价铬含量≤10mg/kg，氯离子含量≤0.06％，28d抗压强度≥42.5MPa等级。符合GB175-2007标准要求。

2.本发明采用的不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣是一种炼钢过程中排出的废渣，两者均具有潜在水硬胶凝性能，两者混合再经过石膏激发后能显现出良好的胶凝性，将其用于制备复合水泥，能够极大的降低水泥熟料的用量，降低生产成本；同时将不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣两种废渣按照特定的比例混合进行结合，能够优劣互补，不需要添加激发剂等物质，且制备出复合水泥既能将各类废弃废渣综合利用，实现变废为宝，且复合水泥性质稳定，各项参数均符合要求，进一步节约成本，实现创造经济价值，保护环境，具有重大意义。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不作为是对本发明的限制。

以下实施例中，采用的硅酸盐水泥熟料由广西鱼峰水泥股份有限公司1线提供，其28d天抗压强度58.5MPa；

采用的石膏应为脱硫石膏由广西鱼峰水泥股份有限公司提供，其中的SO₃含量45.6％；

采用的不锈钢渣尾泥由北海诚德镍业有限公司提供，陈化时间超3个月，结构疏松易碎，颜色呈灰白色，碱度1.66，密度为3.04g/cm³，化学成分CaO为44.92％，MgO为9.42％，SiO₂为27.09％，Al₂O₃为5.87％，Fe₂O₃为2.66％，f-CaO为1.96％，比表面积527m²/kg。

采用的粒化高炉矿渣由广西鱼峰水泥股份有限公司提供，露天陈化时间超3个月，颗粒状，质地较硬，颜色呈淡黄色，密度2.84g/cm³，化学成分CaO为38.84％，MgO为8.58％，SiO₂为31.59％，Al₂O₃为16.29％，Fe₂O₃为1.56％，比表面积496m²/kg。

实施例1

将硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏单独球磨至比表面积355m²/kg，然后将预先陈化三个月的不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣，烘干除水至干燥状态，分别单独球磨至比表面积527m²/kg和496m²/kg；按照硅酸盐水泥熟料：脱硫石膏：不锈钢渣尾泥：粒化高炉矿渣＝55:5:10:30混合均匀，即得所述复合水泥。

检测所述复合水泥的标准稠度为26.8％，初凝时间180min，终凝时间235min。试饼法检测安定性合格。二苯碳酰二肼分光光度法测得六价铬含量6.59mg/kg，蒸馏分离—硝酸汞配位滴定法测得氯离子含量0.015％。3d抗折抗压强度分别为4.23MPa、19.58MPa。7d抗折抗压强度分别为5.70MPa、31.93MPa。28d抗折抗压强度分别为7.87MPa、53.37MPa。表明制备的不锈钢渣尾泥-矿渣复合水泥的技术指标达到要求，满足42.5MPa水泥抗压强度等级要求，达到了52.5MPa水泥抗压强度等级要求，符合GB175-2007标准要求。

按照市场价格进行如下产品成本核算：

1.每吨水泥熟料成本240元/吨，石膏成本120元/吨，粉煤灰120元/吨，石灰石90元/吨，矿渣130元/吨，以上成本包含原料成本、粉磨煤电成本、人工成本。其中某水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥配方：水泥熟料77％、石膏5％、粉煤灰7％、石灰石5％、矿渣6％，按此计算，生产每吨普通硅酸盐水泥成本为：

P.O42.5普通硅酸盐水泥成本＝240×77％+120×5％+120×7％+90×5％+130×6％＝211.5元/吨

2.按照某炼钢公司处理后的不锈钢渣尾泥市场价格约为50元/吨，其中综合运费、粉磨煤电、人工等成本约增加20元/吨，计算出生产每吨PC42.5复合水泥成本为：

P·C42.5复合水泥成本＝70×10％+130×30％+240×55％+120×5％＝184元/吨

3.按照某水泥厂日产1000吨PO42.5普通硅酸盐水泥进行年经济性计算：

P·C42.5复合水泥年经济效益＝(211.5-184)×1000×365＝1003.75万元

通过上述成本核算能够看出，利用本申请实施例1方法得到的P·C42.5复合水泥成本较低，低于同水平的P·O42.5普通硅酸盐水泥27.5元/吨，实现变废为宝，创造经济价值。

实施例2

将硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏单独球磨至比表面积325m²/kg，然后将预先陈化四个月的不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣，烘干除水至干燥状态，分别单独球磨至比表面积527m²/kg和496m²/kg；按照硅酸盐水泥熟料：脱硫石膏：不锈钢渣尾泥：粒化高炉矿渣＝55:5:20:20混合均匀，即得所述复合水泥。

检测所述复合水泥的标准稠度为26.6％，初凝时间177min，终凝时间222min。试饼法检测安定性合格。二苯碳酰二肼分光光度法测得六价铬含量9.75mg/kg，蒸馏分离—硝酸汞配位滴定法测得氯离子含量0.015％。3d抗折抗压强度分别为4.00MPa、18.63MPa。7d抗折抗压强度分别为5.63MPa、29.02MPa。28d抗折抗压强度分别为7.47MPa、45.75MPa。表明制备的不锈钢渣尾泥-矿渣复合水泥的技术指标达到要求，满足42.5MPa水泥抗压强度等级要求，符合GB175-2007标准要求。

实施例1计算出某水泥厂生产P.O42.5普通硅酸盐水泥成本为211.5元/吨，不再重复。

按照实施例2配方计算出生产每吨P·C42.5复合水泥成本为：

P·C42.5复合水泥成本＝70×20％+130×20％+240×55％+120×5％＝178元/吨

按照某水泥厂日产1000吨P·O42.5普通硅酸盐水泥进行年经济性计算：

P·C42.5复合水泥年经济效益＝(211.5-178)×1000×365＝1222.75万元

通过实施例2成本核算能够看出，利用本申请实施例2方法得到的P·C42.5复合水泥成本较低，低于同水平的P·O42.5普通硅酸盐水泥33.5元/吨。以上两个实施例中说明不锈钢渣尾泥-矿渣复合水泥的制备方法的可行性，均满足建材水泥要求，经济性能较好。

实施例3

将硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏单独球磨至比表面积300m²/kg，然后将预先陈化四个月的不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣，烘干除水至干燥状态，分别单独球磨至比表面积527m²/kg和496m²/kg；按照硅酸盐水泥熟料：脱硫石膏：不锈钢渣尾泥：粒化高炉矿渣＝95:3:30:10混合均匀，即得所述复合水泥。

实施例4

将硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏单独球磨至比表面积300m²/kg，然后将预先陈化四个月的不锈钢渣尾泥和粒化高炉矿渣，烘干除水至干燥状态，分别单独球磨至比表面积527m²/kg和496m²/kg；按照硅酸盐水泥熟料：脱硫石膏：不锈钢渣尾泥：粒化高炉矿渣＝40:6:20:20混合均匀，即得所述复合水泥。

将实施例3-4得到的复合水泥进行如实施例1的检测和经济核算，得到其各项参数与实施例1相近，满足42.5MPa水泥抗压强度等级要求，达到了52.5MPa水泥抗压强度等级要求，符合GB175-2007标准要求；且成本核算出实施例3-4的成本较低，低于同水平的P.O42.5普通硅酸盐水泥。证明本发明方法具有良好的重现性，得到复合水泥的性质稳定。

需要说明的，本领域技术人员在本发明技术方案内进行通常变化和替换都应包含在本发明的保护范内。

Claims (9)

1.一种不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～95份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏3～6份。

2.根据权利要求1所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～95份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏4～6份。

3.根据权利要求1所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述复合水泥各组成分占重量份数：硅酸盐水泥熟料40～85份，不锈钢渣尾泥10～30份，粒化高炉矿渣10～30份，石膏5份。

4.根据权利要求1所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述不锈钢渣尾泥的碱度1.66±0.05，密度为3.04±0.03g/cm³，化学成分CaO为44.92±0.1％，MgO为9.42±0.10％，SiO₂为27.09±0.10％，Al₂O₃为5.87±0.05％，Fe₂O₃为2.66±0.10％，f-CaO为1.96±0.05％，比表面积≥420m²/kg。

5.根据权利要求1所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料是干法回转窑生产的普通水泥熟料，28d抗压强度≥52.5MPa。

6.根据权利要求1所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述石膏应为电厂产生的副产品脱硫石膏，其SO₃含量≥40wt％。

7.根据权利要求1所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥，其特征在于，所述粒化高炉矿渣的密度2.84±0.05g/cm³，化学成分CaO为38.84±0.10％，MgO为8.58±0.10％，SiO₂为31.59±0.10％，Al₂O₃为16.29±0.10％，Fe₂O₃为1.56±0.10％，比表面积≥440m²/kg。

8.一种如权利要求1-7任一项所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏分别球磨至比表面积300～355m²/kg；

(2)预先陈化处理不锈钢渣尾泥，烘干除水至干燥状态，单独球磨至比表面积≥420m²/kg；

(3)预先陈化处理粒化高炉矿渣，烘干除水至干燥状态，单独球磨至比表面积≥440m²/kg；

(4)将处理后的硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、不锈钢渣尾泥、粒化高炉矿渣按份数机械混合均匀即可。

9.根据权利要求8所述不锈钢渣尾泥和矿渣的复合水泥的制备方法，其特征在于，所述陈化处理是将原料堆积放置3-4个月。