CN113582574B - 一种以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料及其制备方法，属于固体废弃物资源化利用及建筑材料技术领域。该掺合料由活性材料与活性激发剂经混合、静压成型、煅烧、粉磨制得，掺合料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比50～55：45～50：10～15组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1～1.5%的硫酸钠和1.5～2.5%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.1～0.3‰。本发明利用固体废弃物为原料、激发剂添加量较少，环保并利于掺合料的发展。同时，本发明的中热活化温度较低，生产成本低，并且工艺简单，达到了较高的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料及其制备方法，属于固体废弃物资源化利用及建筑材料技术领域。
背景技术
掺合料是在配制混凝土时，可以替代部分水泥作为胶凝材料，能改变新拌混凝土和硬化混凝土性能的一种无机矿物细粉。在国外，人们将这种矿物细粉称为辅助胶凝材料。目前，掺合料已成为高性能混凝土不可缺少的第六组分，它是以硅、铝、钙的一种或多种氧化物为主的材料。目前，以高炉矿渣、粉煤灰和硅灰等工业固废在制备的掺合料的研究技术较为成熟，其大部分技术以添加外加剂为主，而激发剂的种类较少，且价格相对较高，在加上不同体系的掺合料难以使用相同的激发剂，所以使得掺合料制备技术难以推广。
铁尾矿作为将原铁矿石破碎、筛分、研磨、分级、再经重选、浮选或氰化等选别工艺流程，选出有用铁等金属后的剩余部分。铁尾矿中除了含少量金属外，大部分为脉石矿物，少部分铁尾矿再次选铁，大部分难以利用。电石渣是来自于电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，属于国家Ⅱ类一般工业固体废弃物，其处理不仅要占用大量土地，还需要对其进行防渗透措施处理，成本高。电石渣制建材在企业虽有利用，但创造利润方面稍显不足，产业亟待创新。钢渣转炉炼钢过程中产生的杂质废渣，与水泥具有相同的矿物相，但成渣过程中，温度高，大部分矿物相的活性较低，在加上钢渣中的游离氧化钙含量高，难以大量利用，是目前难以处理的工业固废。
铁尾矿、电石渣和钢渣中均含有硅、铝、钙的一种或多种氧化物为主的材料，难以制备成水泥熟料，但适合制备成活性掺合料。我国把资源综合利用纳入生态文明建设总体布局，加大对固体废弃物的综合利用。但是利用率仍然较低，国内仍面临固体废弃物产量大、利用不充分、产品附加值低等问题。力争在2025年大宗固体废弃物的综合利用率达到60%。因此，本发明利用铁尾矿、电石渣和钢渣为原料，通过热活化生产活性掺合料，既符合国家的环保政策，又从源头解决这些危险固废带来的一系列危害，在加上本方法操作工艺简单，能够带来很好的经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一一种以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料及其制备方法，通过将铁尾矿、电石渣、钢渣作为原料进行科学的配伍，通过热活化制备成活性掺合料，实现固废的利用，成本低，环保；工艺简单，易于操作。
为解决上述技术问题，本发明提出一种以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料，掺合料由活性材料与活性激发剂制成，所述掺合料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比50～55：45～50：10～15组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1～1.5%的硫酸钠和1.5～2.5%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.1～0.3‰。
所述铁尾矿的粒度为0.06～0.1mm、水分含量≤1%，电石渣的水分含量≤40%、粒度为5～10mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量≤5%、水分含量≤1%。
所述表面活性剂为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙或十二烷基磺酸钠。
本发明所述的以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，放入成型槽中，在0.2~0.5MPa的压力下静压5~10s，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块，在10~60℃下进行自然晾晒，使多孔砌块的水分含量小于5%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1000～1200℃下煅烧2～4h，取出，在5~35℃下自然冷却至100℃以下；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中同时加入活性材料总质量的1～1.5%的硫酸钠、1.5～2.5%的硫酸钙、0.1～0.3‰的表面活性剂，粉磨至比表面积为500±20m2/kg，即得掺合料。
所述步骤（1）中铁尾矿的粒度为0.06～0.1mm、水分含量≤1%，电石渣的水分含量≤40%、粒度为5～10mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量≤5%、水分含量≤1%。
所述表面活性剂为木质素磺酸盐钠或木质素磺酸盐钙或十二烷基磺酸钠。
本发明中所使用的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中多种级活性掺合料要求。
本发明中，铁尾矿、电石渣、钢渣可任意选取，对铁尾矿、电石渣、钢渣的性能、成分及其含量无要求。
本发明制备的掺合料利用固体废弃物为原料，并将各原料进行科学配伍，采用钢渣作为矿化剂和晶核剂，电石渣浆作为粘接剂，产品性能稳定；此外，本发明制备中激发剂调加量较少，加入的硫酸钠、硫酸钙价格相对低，有利于掺合料的发展。同时，本发明的中热活化温度较低，生产成本低，并且工艺简单，达到了较高的经济效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述。实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：如图1所示，本以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料，掺合料由活性材料与活性激发剂制成，掺合料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比50：50：10组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1%的硫酸钠和2.5%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.2‰的木质素磺酸钙。
铁尾矿的粒度为0.06mm、水分含量0.8%，电石渣的水分含量35%、粒度为10mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量3%、水分含量1%。三种原料的成分及其含量如下表所示：
上述以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，放入成型槽中，在0.2MPa的压力下静压10s，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块，在10℃下进行晾晒多孔砌块的水分含量为5%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1200℃下煅烧3h，在28℃下自然冷却至85℃；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中同时加入活性材料总质量的1%的硫酸钠、2.5%的硫酸钙、活性材料总质量的0.2‰的木质素磺酸钙后，粉磨至比表面积为510㎡/kg，即得掺合料。
步骤（1）中铁尾矿的粒度为0.06mm、水分含量0.8%，电石渣的水分含量35%、粒度为10mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量3%、水分含量1%。
本发明中所使用的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中S95级活性掺合料要求。
本发明制备的掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测。加入本发明的掺合料的胶砂试件为受检试件，其符合GB/T 51003-2014标准中的S95级掺合料的技术指标，如下表1所示：
实施例2：如图1所示，本铁尾矿、电石渣、钢渣基掺合料，掺合料由活性材料与活性激发剂制成，掺合料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比52：48：15组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1.5%的硫酸钠和2%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.1‰十二烷基磺酸钠。
铁尾矿的粒度为0.1mm、水分含量0.7%，电石渣的水分含量33%、粒度为5mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量5%、水分含量0.9%。三种原料的成分及其含量如下表所示：
上述以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料的制备方法具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，放入成型槽中，在0.3MPa的压力下静压8s，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块，在35℃下进行自然晾晒多孔砌块，使其水分含量在4%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1000℃下煅烧4h，在35℃下自然冷却至100℃；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中加入活性材料总质量的1.5%的硫酸钠、2%的硫酸钙、活性材料总质量的0.1‰的十二烷基磺酸钠后，粉磨至比表面积为480㎡/kg，即得掺合料。
步骤（1）中铁尾矿的粒度为0.1mm、水分含量0.7%，电石渣的水分含量33%、粒度为5mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量5%、水分含量0.9%。
本发明中所使用的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中多种级活性掺合料要求。
本发明制备的掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测，加入本发明的掺合料的胶砂试件为受检试件，其符合GB/T 51003-2014标准中的S75级掺合料的技术指标，如下表2所示：
实施例3：如图1所示，本铁尾矿、电石渣、钢渣基掺合料，掺合料由活性材料与活性激发剂制成，掺合料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比53：47：11组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1.1%的硫酸钠和1.8%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.15‰木质素磺酸钙粉。
铁尾矿的粒度为0.08mm、水分含量1%，电石渣的水分含量38%、粒度为8mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量4%、水分含量0.7%。三种原料的成分及其含量如下表所示：
上述以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，放入成型槽中，在0.5MPa的压力下静压5s，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块，在60℃下进行自然晾晒多孔砌块，使其水分含量在2%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1150℃下煅烧2.5h，在16℃下自然冷却至55℃；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中加入活性材料总质量的1.1%的硫酸钠、1.8%的硫酸钙成、活性材料总质量的0.15‰木质素磺酸钙粉后，粉磨至比表面积为500㎡/kg，即得掺合料。
步骤（1）中铁尾矿的粒度为0.08mm、水分含量1%，电石渣的水分含量38%、粒度为8mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量4%、水分含量0.7%。
本发明中所使用的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中S85级活性掺合料要求。
本发明制备的掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测，加入本发明的掺合料的胶砂试件为受检试件，其符合GB/T 51003-2014标准中的S85级掺合料的技术指标，如下表3所示：
实施例4：如图1所示，本铁尾矿、电石渣、钢渣基掺合料，掺合料由活性材料与活性激发剂制成，掺合料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比55：45：12组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1.3%的硫酸钠和1.5%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.3‰木质素磺酸钠。
铁尾矿的粒度为0.09mm、水分含量0.5%，电石渣的水分含量40%、粒度为7mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量4.5%、水分含量0.6%。三种原料的成分及其含量如下表所示：
上述以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，放入成型槽中，在0.4MPa的压力下静压6s，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块，在50℃下进行自然晾晒多孔砌块，使其水分含量在1%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1100℃下煅烧2h，在5℃下自然冷却至25℃；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中加入活性材料总质量的1.3%的硫酸钠、1.5%的硫酸钙成、活性材料总质量的0.3‰木质素磺酸钠后，粉磨至比表面积为520㎡/kg，即得掺合料。
铁尾矿的粒度为0.09mm、水分含量0.5%，电石渣的水分含量40%、粒度为7mm，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量4.5%、水分含量0.6%。
本发明中所使用的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中105级活性掺合料要求。
本发明制备的掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，水泥胶砂试件作为对比试件，入本发明的掺合料的胶砂试件为受检试件，其符合GB/T 51003-2014标准中的S105级掺合料的技术指标，如下表1所示：
上面对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料，其特征在于：掺合料由活性材料与活性激发剂制成，所述活性材料由铁尾矿、电石渣、钢渣按干基质量比50～55：45～50：10～15组成，活性激发剂为盐激发剂和表面活性剂，盐激发剂由活性材料总质量的1～1.5%的硫酸钠和1.5～2.5%的硫酸钙组成，表面活性剂的添加量为活性材料总质量的0.1～0.3‰；所述掺合料的具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀后压制成型，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块进行晾晒，使多孔砌块的水分含量小于5%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1000～1200℃下煅烧2～4h，取出，使其自然冷却至100℃以下；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中同时加入活性材料总质量1～1.5%的硫酸钠、1.5～2.5%的硫酸钙和0.1～0.3‰的表面活性剂后，将其粉磨至比表面积为500±20m2/kg，即得掺合料。
2.根据权利要求1所述的掺合料，其特征在于：所述铁尾矿的粒度为0.06～0.1mm、水分含量≤1%，电石渣的粒度为5～10mm 、水分含量≤40%，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量≤5%、水分含量≤1%。
3.根据权利要求1所述的掺合料，其特征在于：所述表面活性剂为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙或十二烷基磺酸钠。
4.一种权利要求1所述的以铁尾矿、电石渣、钢渣为主原料制备的掺合料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取铁尾矿、电石渣、钢渣原料进行粉碎、干燥；
（2）静压成型：按原料质量比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀后压制成型，得到多孔砌块；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的多孔砌块进行晾晒，使多孔砌块的水分含量小于5%；
（4）煅烧：将步骤（3）晾晒后的多孔砌块在1000～1200℃下煅烧2～4h，取出，使其自然冷却至100℃以下；
（5）粉磨：在步骤（4）处理后的多孔砌块中同时加入活性材料总质量1～1.5%的硫酸钠、1.5～2.5%的硫酸钙和0.1～0.3‰的表面活性剂后，将其粉磨至比表面积为500±20m2/kg，即得掺合料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，铁尾矿的粒度为0.06～0.1mm、水分含量≤1%，电石渣的粒度为5～10mm 、水分含量≤40%，钢渣的粒度过100方孔筛筛余量≤5%、水分含量≤1%。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在0.2～0.5MPa的压力下静压5～10s。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，在10~60℃下进行晾晒。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在5~35℃下进行冷却。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，表面活性剂为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙或十二烷基磺酸钠。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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