CN115403313A - 脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，包括：将热态渣置入热闷罐或闷热池后进行喷水、封罐、热闷处理，获得热闷渣；对热闷渣进行磁选除铁处理，获得尾渣；对尾渣进行烘干、除灰、研磨等处理获得钢渣粉后，再与水均匀混合制成钢渣浆液，之后利用钢渣浆液对含硫烟气脱硫，其后分离出所获脱硫废渣浆液中的脱硫废渣，经烘干、研磨处理制成脱硫钢渣粉后，再与超微粉煤灰粉均匀混合，并均匀掺入水泥砂浆。本申请不仅实现了钢渣的回收利用，避免了钢渣大量堆积带来的污染，且以其实现了烟气脱硫，达到了以废治废的效果，而且所获脱硫废渣与粉煤灰协同使用还可以有效增强水泥砂浆的抗折抗弯强度、韧性等力学性能。

Description

脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法
技术领域
本申请特别涉及一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
随着工业生产的迅速发展，不可避免的导致了含SO2、氮氧化物、气溶胶等污染物的废气排放量的增加。而SO2、氮氧化物、气溶胶是形成酸雨的主要物质，其对植物叶片、人体呼吸道等均有很大危害。
钢渣是炼钢过程中排出的废渣，钢渣中富含钙、铁、硅、镁等的氧化物以及高达12％的f-CaO，使其具备作为烟气脱硫的吸收剂的条件，但脱硫后的废渣若得不到妥善处理，也会对环境造成极大的污染。
另一方面，水泥基材料因为使用范围广泛，被大量用于各种施工，成为现代工程中不可缺少的一种材料。水泥基材料具有诸多优点，如原料来源广、强度高、适应性强、耐久性好及生产成本较低等，在目前施工领域内暂时无法替换。与此同时，其自身的一些缺点也较为明显，如易开裂、脆性大、抗拉强度低、抗冲击韧性差等。
如何实现对脱硫后废渣的回收利用以及改善水泥基材料的性能，已经成为业界亟待解决的难题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：
本申请的一个方面提供了一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其包括：
S1、将热态渣置入热闷罐或闷热池，然后交替进行喷水、封罐、热闷处理，获得热闷渣；
S2、对所述热闷渣进行磁选除铁处理，获得尾渣；
S3、对所述尾渣依次进行烘干、除灰、研磨、筛分处理，获得粒径＜150μm的钢渣粉；
S4、将所述钢渣粉与水均匀混合，制成钢渣浆液，其中钢渣粉与水的质量比为(3～8)∶(92～97)，优选为5∶95；
S5、使所述钢渣浆液与含硫烟气充分接触并反应，以脱除所述含硫烟气中的含硫成分，并获得脱硫废渣浆液；
S6、从所述脱硫废渣浆液中分离出脱硫废渣，并依次进行烘干、研磨处理，获得粒径＜75μm的脱硫钢渣粉；
S7、将所述脱硫钢渣粉与粒径＜10μm的超微粉煤灰粉均匀混合，获得混合料，其中脱硫钢渣粉与超微粉煤灰粉的质量比为1∶(1～1.2)，优选为1∶1；
S8、将所述混合料均匀掺入水泥砂浆，且使所述混合料与水泥砂浆的质量比为1∶(80～100)，优选为1∶(95～100)。
在一个实施例中，步骤S1具体包括：
(1)以水雾向热态渣进行喷淋，同时翻动钢渣，至钢渣表面温度为100℃～150℃时停止喷淋，然后立刻封罐，并热闷处理2h～6h；
(2)重复步骤(1)的操作一次或多次。
在一个实施例中，所述热态渣的温度为800℃～1600℃。
在一个实施例中，所述热闷处理的总时长在12h以上，例如优选为12h。
在一个实施例中，步骤S3中经烘干处理后钢渣粉的含水量≤0.2wt％，经除灰处理后钢渣粉的含灰量≤0.2wt％。
在一个实施例中，步骤S3还包括：将筛分处理获得的粒径≥150μm的钢渣粉再次进行研磨、筛分处理。
在一个实施例中，步骤S5具体包括：使所述钢渣浆液与含硫烟气在旋流板塔中充分接触并反应；所述含硫成分包括二氧化硫。
在一个实施例中，步骤S6中经烘干处理后脱硫钢渣粉的含水量≤0.2wt％。
在一个实施例中，步骤S6还包括：将筛分处理获得的粒径≥75μm的脱硫钢渣粉再次进行研磨、筛分处理。
在一个实施例中，步骤S7中所述超微粉煤灰是将粉煤灰以球磨机研磨后再筛分获得。
本申请的另一个方面提供了一种水泥基材料增强剂，其包括所述混合料。
本申请的再一个方面提供了一种水泥基材料，其原料包括所述混合料和水泥砂浆，其中混合料与水泥砂浆的质量比为1∶(80～100)，优选为1∶(95～100)。
与现有技术相比，本申请技术方案的优点至少在于：
(1)通过采用废弃钢渣作为脱硫剂，不仅原料来源广泛、成本低廉，而且可以实现对废弃钢渣的有效利用，且所述脱硫剂可以低成本的脱除含硫烟气中的二氧化硫等含硫成分，达到了“以废治废”的目的。
(2)通过以废弃钢渣对含硫烟气脱硫后形成的脱硫废渣与粉煤灰混合，并将之应用于水泥砂浆中，不仅实现了脱硫废渣的无害处理和充分利用，而且还可以显著增强水泥砂浆的抗折抗弯强度、韧性等力学性能，则既可以解决脱硫废渣带来的环境污染，又可以达到“变废为宝”的目的。
具体实施方式
以下将结合若干实施例对本申请的技术方案作更为详尽地解释说明，但这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不是用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
实施例1
一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法包括：
S1、将温度约1600℃的热态渣置入热闷罐，然后以水雾向热态渣进行喷淋，同时翻动钢渣，至钢渣表面温度约150℃时停止喷淋，然后立刻封罐，并热闷处理约6h，重复进行喷水、封罐、热闷处理的操作多次，至热闷处理的总时长约12h，获得热闷渣。
S2、对所述热闷渣进行多级磁选除铁处理，获得铁含量小于2wt％的尾渣。
S3、对所述尾渣依次进行烘干(烘干后含水量≤0.2wt％)、除灰(除灰后含灰量≤0.2wt％)、研磨、筛分处理，获得平均粒径约100μm的钢渣粉。对筛分出的粒径≥150μm的钢渣粉，可以再次进行研磨、筛分处理。
S4、将所述钢渣粉与水均匀混合，制成钢渣浆液，其中钢渣粉与水的质量比约为5∶95。
S5、使所述钢渣浆液与含硫烟气(如火电厂、工业燃煤锅炉及其他含二氧化硫的烟道气等)在旋流板塔中充分接触(优选为烟气向上流动，钢渣浆液向下流动的逆向接触方式)并反应，以脱除所述含硫烟气中的含硫成分(主要是二氧化硫)，并获得脱硫废渣浆液。
S6、从所述脱硫废渣浆液中分离出脱硫废渣，并依次进行烘干(烘干后含水量≤0.2wt％)、研磨处理，获得平均粒径约50μm的脱硫钢渣粉。
S7、将所述脱硫钢渣粉与粒径＜10μm的超微粉煤灰粉均匀混合，获得混合料，其中脱硫钢渣粉与超微粉煤灰粉的质量比为1∶1。
S8、将所述混合料均匀掺入水泥砂浆，且使所述混合料与水泥砂浆的质量比约为1∶95，获得增强的水泥砂浆。
实施例2
一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法包括：
S1、将温度约800℃的热态渣置入热闷罐，然后以水雾向热态渣进行喷淋，同时翻动钢渣，至钢渣表面温度约100℃时停止喷淋，然后立刻封罐，并热闷处理约2h，重复进行喷水、封罐、热闷处理的操作多次，至热闷处理的总时长约12h，获得热闷渣。
S2、对所述热闷渣进行多级磁选除铁处理，获得铁含量小于3wt％的尾渣。
S3、对所述尾渣依次进行烘干(烘干后含水量≤0.2wt％)、除灰(除灰后含灰量≤0.2wt％)、研磨、筛分处理，获得平均粒径约120μm的钢渣粉。对筛分出的粒径≥150μm的钢渣粉，可以再次进行研磨、筛分处理。
S4、将所述钢渣粉与水均匀混合，制成钢渣浆液，其中钢渣粉与水的质量比约为3∶92。
S5、使所述钢渣浆液与含硫烟气(如火电厂、工业燃煤锅炉及其他含二氧化硫的烟道气等)在旋流板塔中充分接触(优选为烟气向上流动，钢渣浆液向下流动的逆向接触方式)并反应，以脱除所述含硫烟气中的含硫成分(主要是二氧化硫)，并获得脱硫废渣浆液；
S6、从所述脱硫废渣浆液中分离出脱硫废渣，并依次进行烘干(烘干后含水量≤0.2wt％)、研磨处理，获得平均粒径约50μm的脱硫钢渣粉；
S7、将所述脱硫钢渣粉与粒径＜10μm的超微粉煤灰粉均匀混合，获得混合料，其中脱硫钢渣粉与超微粉煤灰粉的质量比为1∶1.2；
S8、将所述混合料均匀掺入水泥砂浆，且使所述混合料与水泥砂浆的质量比约为1∶80，获得增强的水泥砂浆。
实施例3
一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法包括：
S1、将温度约900℃的热态渣置入热闷罐，然后以水雾向热态渣进行喷淋，同时翻动钢渣，至钢渣表面温度约105℃时停止喷淋，然后立刻封罐，并热闷处理约4h，重复进行喷水、封罐、热闷处理的操作多次，至热闷处理的总时长约14h，获得热闷渣。
S2、对所述热闷渣进行多级磁选除铁处理，获得铁含量小于5wt％的尾渣。
S3、对所述尾渣依次进行烘干(烘干后含水量≤0.2wt％)、除灰(除灰后含灰量≤0.2wt％)、研磨、筛分处理，获得平均粒径约80μm的钢渣粉。对筛分出的粒径≥150μm的钢渣粉，可以再次进行研磨、筛分处理。
S4、将所述钢渣粉与水均匀混合，制成钢渣浆液，其中钢渣粉与水的质量比约为8∶97。
S5、使所述钢渣浆液与含硫烟气(如火电厂、工业燃煤锅炉及其他含二氧化硫的烟道气等)在旋流板塔中充分接触(优选为烟气向上流动，钢渣浆液向下流动的逆向接触方式)并反应，以脱除所述含硫烟气中的含硫成分(主要是二氧化硫)，并获得脱硫废渣浆液。
S6、从所述脱硫废渣浆液中分离出脱硫废渣，并依次进行烘干(烘干后含水量≤0.2wt％)、研磨处理，获得平均粒径约30μm的脱硫钢渣粉。
S7、将所述脱硫钢渣粉与粒径＜10μm的超微粉煤灰粉均匀混合，获得混合料，其中脱硫钢渣粉与超微粉煤灰粉的质量比为1∶1.1。
S8、将所述混合料均匀掺入水泥砂浆，且使所述混合料与水泥砂浆的质量比约为1∶100，获得增强的水泥砂浆。
对比例1
一种增强水泥砂浆的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：省略了步骤S5～S6。
对比例2
一种增强水泥砂浆的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：省略了步骤S7；且在步骤S8中，是以相同质量的脱硫钢渣粉替换了所述混合料。
采用硫酸钡重量法(GB/T176-1996)测定实施例1-实施例3中脱硫废渣中的硫含量，可以发现，其固硫效率η平均约25％左右。η＝S1×M1/(S0×M0)×100％。M0、M1分别为试样煅烧前和煅烧后的质量，单位为g。S0、S1分别为试样煅烧前和煅烧后的硫含量(换算为三氧化硫的质量百分数)。
实施例1-实施例3及对比例1-2中所采用的水泥砂浆的强度等级为M5，其中水泥∶中砂∶水的质量比为1∶5.21∶5.51左右。
按照《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》规定的方法对实施例1-实施例3及对比例1-对比例2最终制得的增强水泥砂浆的力学性能进行测试，可以发现，实施例1最终产品的抗折抗弯强度比对比例1产品高出约32％、比对比例2产品高出约21％、比空白组产品(未添加增强成分的M5级水泥砂浆)高出约45％；实施例1最终产品的韧性比对比例1产品高出约19％、比对比例2产品高出约25％、比空白组产品高出约31％。
实施例2-实施例3最终产品的抗折抗弯强度比空白组产品高出约40％～42％、韧性比空白组产品高出约28～32％。
应当理解，上述实施例仅为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于包括：
S1、将热态渣置入热闷罐或闷热池，然后交替进行喷水、封罐、热闷处理，获得热闷渣；
S2、对所述热闷渣进行磁选除铁处理，获得尾渣；
S3、对所述尾渣依次进行烘干、除灰、研磨、筛分处理，获得粒径＜150μm的钢渣粉；
S4、将所述钢渣粉与水按照(3～8)∶(92～97)的质量比均匀混合，制成钢渣浆液；
S5、使所述钢渣浆液与含硫烟气充分接触并反应，以脱除所述含硫烟气中的含硫成分，并获得脱硫废渣浆液；
S6、从所述脱硫废渣浆液中分离出脱硫废渣，并依次进行烘干、研磨处理，获得粒径＜75μm的脱硫钢渣粉；
S7、将所述脱硫钢渣粉与粒径＜10μm的超微粉煤灰粉按照1∶(1～1.2)的质量比例均匀混合，获得混合料；
S8、将所述混合料均匀掺入水泥砂浆，且使所述混合料与水泥砂浆的质量比为1∶(80～100)。
2.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
(1)以水雾向热态渣进行喷淋，同时翻动钢渣，至钢渣表面温度为100℃～150℃时停止喷淋，然后立刻封罐，并热闷处理2h～6h；
(2)重复步骤(1)的操作一次或多次。
3.根据权利要求1或2所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，所述热态渣的温度为800℃～1600℃。
4.根据权利要求1或2所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，所述热闷处理的总时长在12h以上。
5.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，步骤S3中经烘干处理后钢渣粉的含水量≤0.2wt％，经除灰处理后钢渣粉的含灰量≤0.2wt％。
6.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，步骤S3还包括：将筛分处理获得的粒径≥150μm的钢渣粉再次进行研磨、筛分处理。
7.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，步骤S5具体包括：使所述钢渣浆液与含硫烟气在旋流板塔中充分接触并反应；所述含硫成分包括二氧化硫。
8.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，步骤S6中经烘干处理后脱硫钢渣粉的含水量≤0.2wt％。
9.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于，步骤S6还包括：将筛分处理获得的粒径≥75μm的脱硫钢渣粉再次进行研磨、筛分处理。
10.根据权利要求1所述的脱硫钢渣与粉煤灰混合料增强水泥砂浆力学性能的方法，其特征在于：步骤S7中所述超微粉煤灰是将粉煤灰以球磨机研磨后再筛分获得。
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