CN115677250A - 一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将钢渣浆进行二级筛分，得到筛上粗砂、筛中砂和筛下细砂浆；(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗砂依次进行第一酸处理和第一筛分，得到筛上粗钢渣砂和筛下渣浆；(3)将步骤(2)得到的以质量百分比计的28.6‑33.3％的所述筛下渣浆和步骤(1)得到的所述筛中砂依次进行第二酸处理和第二筛分，得到筛上细钢渣砂。本发明选用特定粒度范围内的钢渣并采用水洗和化学药剂浸蚀的方法，由此实现钢渣中游离氧化钙、氧化镁高效选择性脱除，并且同步脱除钢渣砂中的细泥，提高钢渣砂的品质。
Description
技术领域
本发明涉及固废利用领域，具体涉及一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法。
背景技术
钢渣是钢铁生产过程产生的副产物，平均冶炼1吨钢将产生约0.125吨钢渣。钢渣的主要化学成分包括：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5，除此之外还含有一些重金属元素钒、镍和稀有金属钛等其他成分。钢渣主要矿物组成为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、钙镁橄榄石(CaO·RO·SiO2)、钙镁蔷薇辉石(3CaO·RO·2SiO2)、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰的氧化物形成的固熔体(RO)，还含有少量游离氧化钙(f-CaO)/氧化镁、氢氧化钙、碳酸钙、金属铁、氟磷灰石等。
目前，我国钢渣的资源综合利用率不到50％，国内积存钢渣已有1亿吨以上，且每年仍以数千万吨的排渣量递增，大量钢渣堆积成渣山，不仅占用大量土地，而且其在存放过程中因风化而产生碱性粉尘，严重污染周围的环境。
在世界范围内利用钢渣的主要途径分为以下几类：
①生产钢渣水泥：钢渣中含有大量硅酸二钙和硅酸三钙等活性物质，将钢渣破碎后与其他掺合料和适量石膏一起混合磨细后即可制得钢渣水泥。
②配制混凝土：采用磨细钢渣掺合料可以取代部分水泥应用在混凝土中，不仅对水泥适应性好，还可改善混凝土拌合物粘聚性、减小摩擦力等，提高混凝土的强度、抗渗性、抗冻性及耐久性等。
③用作水泥掺和料：钢渣中含有较高的Fe2O3，适合替代铁矿粉用于水泥生产的掺合料，且有较高的CaO含量，可作为部分石灰石的替代品。
④生产钢渣砖和砌块：将钢渣与粘结剂、激发剂按照一定的配比，经轮碾压制成型，再烧结或者经蒸汽养护而制成，其质量可达到或超过普通粘土烧结砖的标准，可广泛用于工业和民用建筑中。
⑤用作地基材料：钢渣膨胀粉化后，可与石料、土夹石等回填料同时使用，经常规压实，作为地基材料使用，其承载压强可达300KPa。
⑥用作公路、铁路基础和回填工程材料：钢渣碎石具有容重大、强度高、表面粗糙、稳定性好、耐磨性好、与沥青结合牢固等优点，因而可以广泛用于修筑公路、铁路的基础、工程回填等领域。
尽管钢渣的利用途径很多，钢渣资源化技术的开发及应用也取得了一定的成绩。但是总体而言，我国钢渣的利用率还不高，要稳定可靠地应用钢渣还存在许多制约因素，其中最主要原因是钢渣含有大量游离氧化钙、氧化镁等活性成分，其遇水发生体积膨胀，由此会造成建筑制品的体积稳定性不良。随着我国公路和城镇道路建设迅猛发展，道路材料需求量逐年递增，每年玄武岩等优质集料需求量巨大，但现有资源储量有限，且天然河砂资源越来越少，而安定性良好的钢渣砂性能由于优质玄武岩砂，采用钢渣等固废进行砂石生产制备可有效减轻我国天然砂石资源供应紧张的局面。
CN104446022A公开了一种用钢渣制备钢渣砂、活化渣粉和RO相的方法，其主要是在钢渣粉磨过程中添加醇胺型活化改性剂或醇胺型活化改性剂与硫酸盐/铝酸盐的混合物，一方面帮助钢渣研磨，另一方面促进钢渣中游离氧化钙/氧化镁的消解，以及借助传统粉磨及分选设备分别制得钢渣砂、活化渣粉以及RO相。由于钢渣中游离氧化钙/氧化镁是以较细颗粒不均匀分散在钢渣中，当采用活化改性剂进行消解时，消解后的氧化钙/氧化镁必然以细颗粒存在于处理后的钢渣中。此外，当活性改性剂用料较小以及处理后钢渣颗粒较粗时，容易导致游离氧化钙/氧化镁消解不完全。即还存在所得钢渣砂游离氧化钙消解不彻底，存在安定性不良隐患，并且所得钢渣砂中含泥量较高，品质差以及钢渣砂回收率低等问题。
CN110128037A公开了一种钢渣尾渣制备钢渣砂石的处理装置和方法，其主要是首先将钢渣尾渣在消解釜中采用CO2和蒸汽在0.2～3MPa的压力下对游离氧化钙进行消解，然后采用破碎、水洗的方法分别得到钢渣砂和钢渣石。采用CO2和蒸汽消解钢渣中游离氧化钙时，生成的碳酸钙容易阻碍未反应游离氧化钙的进一步消解。即该方法主要存在所得钢渣砂游离氧化钙消解不彻底，存在安定性不良隐患，并且钢渣砂制备过程也存在消解时间长，操作条件苛刻等问题。
CN109734336公开了一种钢渣的综合利用方法，其主要是采用陈化、烘干、机械破碎、两次磁选除铁以及风选、筛分等纯物理方法进行钢渣制备钢渣砂。
然而现有技术中采用物理粉碎、烘干、筛分等方法无法彻底消除钢渣中游离氧化钙的影响，同时钢渣砂中还存在其他未活化的产物导致钢渣砂掺和性能较差。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，可以解决现有技术中游离氧化钙消解不彻底、钢渣中细泥无法高效脱除而影响钢渣砂品质，以及钢渣砂制备过程存在消解时间长、操作条件苛刻等问题，可以有效减少钢渣砂中游离氧化钙含量，从而提高钢渣砂的安定性，并且显著减少钢渣砂中细泥含量，提高钢渣砂的品质。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将钢渣浆进行二级筛分，得到筛上粗砂、筛中砂和筛下细砂浆；
(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗砂依次进行第一酸处理和第一筛分，得到筛上粗钢渣砂和筛下渣浆；
(3)将步骤(2)得到的以质量百分比计的28.6-33.3％的所述筛下渣浆和步骤(1)得到的所述筛中砂依次进行第二酸处理和第二筛分，得到筛上细钢渣砂。
本发明首先采用物理粉碎、筛分处理方法，实现钢渣分级利用，然后采用水洗和化学药剂浸蚀的方法，由此实现钢渣中游离氧化钙、氧化镁高效选择性脱除，并且同步脱除钢渣砂中的细泥，提高钢渣砂的品质。此外，由于钢渣在破碎筛分分级时，所得细颗粒钢渣与粗颗粒钢渣的质量比例会随着分级粒径的变化而波动，因此为了实现钢渣砂制备流程的连续稳定，在本发明专利中通过设置湿式筛分物料的部分循环，也就是通过调节物料循环比例来满足粗细颗粒钢渣质量比例波动的需要。
本发明中，所述筛下渣浆以质量百分比计的28.6-33.3％和筛中砂混合，例如可以是28.6％、28.8％、29％、29.2％、29.4％、29.6％、29.8％、30％、30.2％、30.4％、30.6％、30.8％、31％、31.2％、31.4％、31.6％、31.8％、32％、32.2％、32.4％、32.6％、32.8％或33.3％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述钢渣浆的固液比g/mL为1:(5-20)，例如可以是1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述钢渣浆中钢渣颗粒的粒度≤2.36-4.75mm，例如可以是2.36mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm或4.75mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述筛上粗砂的粒度＞1-4.75mm，例如可以是1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或4.75mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述筛中砂的粒度为＞0.15-2.36mm，例如可以是0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm或2.36mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述筛下细砂浆中颗粒的粒度≤0.15-2.36mm，例如可以是0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm或2.36mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述第一酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合。
优选地，所述酸介质中氢离子的浓度为0.5-1mol/L，例如可以是0.5mol/L、0.55mol/L、0.6mol/L、0.65mol/L、0.7mol/L、0.75mol/L、0.8mol/L、0.85mol/L、0.9mol/L、0.95mol/L或1mol/L等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第一酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)，例如可以是1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述第一酸处理的温度为60-95℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第一酸处理的时间为30-90min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述筛上粗钢渣砂的粒度＞1mm，例如可以是1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述第二酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合。
优选地，所述酸介质中氢离子的浓度为0.3-0.8mol/L，例如可以是0.3mol/L、0.35mol/L、0.4mol/L、0.45mol/L、0.5mol/L、0.55mol/L、0.6mol/L、0.65mol/L、0.7mol/L、0.75mol/L或0.8mol/L等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述第二酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)，例如可以是1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述第二酸处理的温度为60-95℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述第二酸处理的时间为30-90min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述筛上细钢渣砂的粒度＞0.15mm，例如可以是0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm或0.4mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述筛下细砂依次经脱水和干燥，之后和步骤(2)所述第二筛分的筛下产物进行混合得到细钢渣粉。
作为本发明优选的技术方案，所述脱水得到的液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理。
优选地，所述液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理的质量比为(0.4-8):1，例如可以是0.4:1、0.45:1、0.5:1、0.55:1、0.6:1、0.65:1、0.7:1、0.75:1或0.8:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)将钢渣浆进行二级筛分，得到筛上粗砂、筛中砂和筛下细砂浆；所述钢渣浆的固液比g/mL为1:(5-20)mL；所述钢渣浆中钢渣颗粒的粒度≤2.36-4.75mm；所述筛上粗砂的粒度＞1-4.75mm；所述筛中砂的粒度为＞0.15-2.36mm；所述筛下细砂浆中颗粒的粒度≤0.15-2.36mm；
(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗砂依次进行第一酸处理和第一筛分，得到筛上粗钢渣砂和筛下渣浆；所述第一酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；所述酸介质中氢离子的浓度为0.5-1mol/L；所述第一酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)；所述筛上粗钢渣砂的粒度＞1mm；
(3)将步骤(2)得到的以质量百分比计的28.6-33.3％的所述筛下渣浆和步骤(1)得到的所述筛中砂依次进行第二酸处理和第二筛分，得到筛上细钢渣砂；所述第二酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；所述酸介质中氢离子的浓度为0.3-0.8mol/L；所述第二酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)；所述筛上细钢渣砂的粒度＞0.15mm；
其中，步骤(1)所述筛下细砂依次经脱水和干燥，之后和步骤(2)所述第二筛分的筛下产物进行混合得到细钢渣粉；所述脱水得到的液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理；所述液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理的质量比为(0.4-8):1。
本发明中，上述粒度小于或大于一定的范围为筛分后保证筛下或筛上的粒度小于或大于范围内的值即可，如所述钢渣浆中钢渣颗粒的粒度≤2.36-4.75mm，实际选择钢渣的粒度可以是≤2.36mm、≤3mm、≤4.75mm等。其他的类似关于粒度的限定依次类推即可。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)相比于传统方法，本发明可以近乎完全选择性脱除钢渣中活性氧化钙、氧化镁，由此可彻底消除传统方法所制备钢渣砂存在安定性不良的隐患。
(2)相比于传统方法，本发明将钢渣中游离的氧化钙、氧化镁转变为水溶性的含钙化合物，而不是生成无胶凝活性的碳酸钙留存在钢渣砂中，并同步减少了钢渣砂中细泥的含量，由此显著提升了钢渣砂的品质。
(3)本发明特别适合利用冷态钢渣制备道路用钢渣砂，易于大规模工业应用，经济效益显著和工业应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例1中利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，如图1所示，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将粒径≤4.75mm的钢渣颗粒中加入5000mL水，搅拌混合均匀后得到钢渣水混合料浆；
(2)将由步骤(1)得到的钢渣水混合料浆进行两级湿式筛分，筛网孔径分别为2.36mm和0.15mm，得到粒径＞2.36mm但≤4.75mm的粗颗粒钢渣600g，粒径＞0.15mm但≤2.36mm的细颗粒钢渣300g；
(3)将由步骤(2)得到粒径≤0.15mm的极细颗粒钢渣与水混合而成的料浆进行固液分离，得到150g含水率为35％的极细颗粒钢渣湿滤饼，所得滤液直接返回步骤(3)制备钢渣水混合料浆；
(4)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入3000mL氢离子浓度为1.0mol/L的盐酸，在60℃下搅拌处理30分钟；
(5)将步骤(4)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞1mm的固体颗粒即得到540g粗钢渣砂，经检测所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为3.0，细泥含量为0.5％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》中砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.3mol/L；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料按照1:0.5的比例分成两部分，其中2000mL的物料直接返回步骤(6)，剩下1000mL的物料返回步骤(9)；
(7)向步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入2000mL氢离子浓度为0.3mol/L的盐酸以及由步骤(6)返回的1000mL氢离子浓度为0.3mol/L的物料，在60℃下搅拌30分钟；
(8)将步骤(7)浸泡反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到250g细钢渣砂，经检测所得细钢渣砂中游离氧化钙含量为0.6％，细度模数为2.0，细泥含量为0.6％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》细砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.1mol/L；
(9)将步骤(8)湿式筛分后的物料进行固液分离，得到细颗粒钢渣处理残渣及滤液，所得滤液按照1:2的比例分成两部分，其中1000mL滤液与步骤(6)未返回的物料混合并补充一定量的盐酸，使得氢离子浓度达到0.3mol/L后返回步骤(7)，剩余2000mL滤液与步骤(6)返回的物料混合并补充一定量的盐酸，使得氢离子浓度达到1.0mol/L后进入步骤(4)；
(10)将步骤(3)得到的极细钢渣颗粒湿滤饼以及步骤(9)得到的细颗粒钢渣处理残渣一并混合洗涤并干燥得到120g细钢渣粉，经检测所得细钢渣粉游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎及两级湿式筛分，得到600g粒径＞2.36mm但≤4.75mm的粗颗粒钢渣以及300g粒径≤2.36mm但＞0.15mm的细颗粒钢渣，然后采用氢离子浓度分别为1.0mol/L和0.3mo/L盐酸水溶液进行浸取处理，最终得到540g游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为3.0，细泥含量为0.5％的中钢渣砂，以及250g游离氧化钙含量为0.6％，细度模数为2.0，细泥含量为0.6％的细钢渣砂，同时还产生120g细钢渣粉，所得细钢渣粉可直接作为混凝土掺合料使用，在C30混凝土中可减少10％的水泥用量。
实施例2
本实施例提供一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将粒径≤3.35mm的钢渣颗粒中加入8000mL水，搅拌混合均匀后得到钢渣水混合料浆；
(2)将由步骤(1)得到的钢渣水混合料浆进行两级湿式筛分，筛网孔径分别为2.36mm和0.15mm，得到粒径＞2.36mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣500g，粒径＞0.15mm但≤2.36mm的细颗粒钢渣350g；
(3)将由步骤(2)得到粒径≤0.15mm的极细钢渣颗粒与水混合而成的料浆进行固液分离，得到230g含水率为35％的极细钢渣颗粒湿滤饼，所得滤液直接返回步骤(1)制备钢渣水混合料浆；
(4)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入5000mL氢离子浓度为0.5mol/L的硝酸，在80℃下搅拌浸取90分钟；
(5)将步骤(4)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞1mm的固体颗粒即得到460g粗钢渣砂，经检测所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量为1.0％，细度模数为2.5，细泥含量为0.6％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》中砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.2mol/L；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料按照1:1的比例分成两部分，其中2500mL的物料直接返回步骤(4)，剩下2500mL的物料进入步骤(7)；
(7)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入300mL氢离子浓度为2.0mol/L的硝酸以及由步骤(6)返回的2500mL氢离子浓度为0.2mol/L的物料，在80℃下搅拌处理90分钟；
(8)将步骤(7)浸泡反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到320g细钢渣砂，经检测所得细钢渣砂中游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为1.8，细泥含量为0.8％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》细砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.1mol/L；
(9)将步骤(8)湿式筛分后的物料进行固液分离，得到细颗粒钢渣处理残渣及滤液，所得滤液按照1:8的比例分成两部分，其中300mL滤液与步骤(8)未返回的物料混合并补充一定量的硝酸，使得氢离子浓度达到0.4mol/L后返回步骤(9)，剩余2500mL滤液与步骤(8)返回的物料混合并补充一定量的硝酸，使得氢离子浓度达到0.5mol/L后返回步骤(4)；
(10)将步骤(3)得到的极细钢渣颗粒湿滤饼以及步骤(9)得到的细颗粒钢渣处理残渣一并混合洗涤并干燥得到170g细钢渣粉，经检测所得细钢渣粉游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎及两级湿式筛分，得到500g粒径＞2.36mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及350g粒径≤2.36mm但＞0.15mm的细颗粒钢渣，然后采用氢离子浓度分别为0.5mol/L和0.4mo/L硝酸稀溶液进行浸取处理，最终得到460g游离氧化钙含量为1.0％，细度模数为2.5，细泥含量为0.6％的中钢渣砂，以及320g游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为1.8，细泥含量为0.8％的细钢渣砂，同时还产生170g细钢渣粉。所得细钢渣粉可直接作为混凝土掺合料使用，在C30混凝土中可减少1015％的水泥用量。
实施例3
本实施例提供一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将粒径≤2.36mm的钢渣颗粒中加入10000mL水，搅拌混合均匀后得到钢渣水混合料浆；
(2)将由步骤(1)得到的钢渣水混合料浆进行两级湿式筛分，筛网孔径分别为1.18mm和0.15mm，得到粒径＞1.18mm但≤2.36mm的粗颗粒钢渣300g，粒径＞0.1mm但≤1.18mm的细颗粒钢渣600g；
(3)将由步骤(2)得到粒径≤0.1mm的极细钢渣颗粒与水混合而成的料浆进行固液分离，得到150g含水率为35％的极细钢渣颗粒湿滤饼，所得滤液直接返回步骤(1)制备钢渣水混合料浆；
(4)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入1800mL氢离子浓度为0.8mol/L的醋酸，在95℃下搅拌处理60分钟；
(5)将步骤(4)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞1mm的固体颗粒即得到250g粗钢渣砂，经检测所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量为1.0％，细度模数为2.3，细泥含量为0.6％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》中砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.3mol/L；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料按照1:5的比例分成两部分，其中300mL的物料直接返回步骤(4)，剩下1500mL的物料进于步骤(7)；
(7)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入3000mL氢离子浓度为0.45mol/L的醋酸以及由步骤(6)得到的1500mL氢离子浓度为0.3mol/L的物料，在90℃下搅拌处理60分钟；
(8)将步骤(7)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到560g细钢渣检测所得细钢渣砂中游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为1.6，细泥含量为0.8％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》细砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.1mol/L；
(9)将步骤(8)湿式筛分后的物料进行固液分离，得到细颗粒钢渣处理残渣及滤液，所得滤液按照1:0.5的比例分成两部分，其中3000mL滤液与步骤(6)未返回的物料混合并补充一定量的醋酸，使得氢离子浓度达到0.4mol/L后返回步骤(7)，剩余1500mL滤液与步骤(8)返回的物料混合并补充一定量的醋酸，使得氢离子浓度达到0.8mol/L后返回步骤(4)；
(10)将步骤(3)得到的极细钢渣颗粒湿滤饼以及步骤(9)得到的细颗粒钢渣处理残渣一并混合洗涤并干燥得到130g细钢渣粉，经检测所得细钢渣粉游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎及两级湿式筛分，得到300g粒径＞2.36mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及600g粒径≤2.36mm但＞0.1mm的细颗粒钢渣，然后采用氢离子浓度分别为0.8mol/L和0.4mo/L醋酸水溶液进行处理，最终得到250g游离氧化钙含量为1.0％，细度模数为2.3，细泥含量为0.6％的中钢渣砂，以及560g游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为1.6，细泥含量为0.8％的细钢渣砂，同时还产生130g细钢渣粉，所得细钢渣粉可直接作为混凝土掺合料使用，在C30混凝土中可减少1020％的水泥用量。
实施例4
本实施例提供一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将粒径≤2.36mm的钢渣颗粒中加入8000mL水，搅拌混合均匀后得到钢渣水混合料浆；
(2)将由步骤(1)得到的钢渣水混合料浆进行两级湿式筛分，筛网孔径分别为1.18mm和0.15mm，得到粒径＞1.18mm但≤2.36mm的粗颗粒钢渣300g，粒径＞0.1mm但≤1.18mm的细颗粒钢渣600g；
(3)将由步骤(2)得到粒径≤0.1mm的极细钢渣颗粒与水混合而成的料浆进行固液分离，得到150g含水率为35％的极细钢渣颗粒湿滤饼，所得滤液直接返回步骤(1)制备钢渣水混合料浆；
(4)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入1500mL氢离子浓度为0.8mol/L的盐酸，在85℃下搅拌处理60分钟；
(5)将步骤(4)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞1mm的固体颗粒即得到270g粗钢渣砂，经检测所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量为1.0％，细度模数为2.4，细泥含量为0.8％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》中砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.2mol/L；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料按照1:4的比例分成两部分，其中300mL的物料直接返回步骤(4)，剩下1200mL的物料进入步骤(7)；
(7)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入3000mL氢离子浓度为0.62mol/L的盐酸以及由步骤(6)得到的1200mL氢离子浓度为0.2mol/L的物料，在90℃下搅拌处理60分钟；
(8)将步骤(7)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到540g细钢渣砂，经检测所得细钢渣砂中游离氧化钙含量为0.9％，细度模数为1.6，细泥含量为0.6％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》细砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.1mol/L；
(9)将步骤(8)湿式筛分后的物料进行固液分离，得到细颗粒钢渣处理残渣及滤液，所得滤液按照1:0.4的比例分成两部分，其中3000mL滤液与步骤(6)未返回的物料混合并补充一定量的盐酸，使得氢离子浓度达到0.5mol/L后返回步骤(7)，剩余1200mL滤液与步骤(6)返回的物料混合并补充一定量的盐酸，使得氢离子浓度达到0.8mol/L后返回步骤(4)；
(10)将步骤(5)得到的极细钢渣颗粒湿滤饼以及步骤(9)得到的细颗粒钢渣处理残渣一并混合洗涤并干燥得到125g细钢渣粉，经检测所得细钢渣粉游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎及两级湿式筛分，得到300g粒径＞2.36mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及600g粒径≤2.36mm但＞0.1mm的细颗粒钢渣，然后采用氢离子浓度分别为0.8mol/L和0.5mo/L稀盐酸进行浸取处理，最终得到270g游离氧化钙含量为1.0％，细度模数为2.4，细泥含量为0.8％的中钢渣砂，以及540g游离氧化钙含量为0.9％，细度模数为1.6，细泥含量为0.6％的细钢渣砂，同时还产生125g细钢渣粉。所得细钢渣粉可直接作为混凝土掺合料使用，在C40混凝土中可减少10％的水泥用量。
实施例5
本实施例提供一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将粒径≤4.75mm的钢渣颗粒中加入10000mL水，搅拌混合均匀后得到钢渣水混合料浆；
(2)将由步骤(1)得到的钢渣水混合料浆进行两级湿式筛分，筛网孔径分别为1.18mm和0.1mm，得到粒径＞1.18mm但≤4.75mm的粗颗粒钢渣700g，粒径＞0.1mm但≤1.18mm的细颗粒钢渣250g；
(3)将由步骤(2)得到粒径≤0.1mm的极细钢渣颗粒与水混合而成的料浆进行固液分离，得到80g含水率为35％的极细钢渣颗粒湿滤饼，所得滤液直接返回步骤(1)制备钢渣水混合料浆；
(4)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入5600mL氢离子浓度为0.8mol/L的醋酸，在90℃下搅拌处理60分钟；
(5)将步骤(4)浸取反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞1mm的固体颗粒即得到630g粗钢渣砂，经检测所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为2.6，细泥含量为0.5％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》中砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.4mol/L；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料按照1:0.4的比例分成两部分，其中4000mL的物料直接返回步骤(4)，剩下1600mL的物料进入步骤(7)；
(7)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入900mL氢离子浓度为0.7mol/L的盐酸以及由步骤(6)得到的1600mL氢离子浓度为0.4mol/L的物料，在90℃下搅拌处理60分钟；
(8)将步骤(7)浸泡反应后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到220g细钢渣检测所得细钢渣砂中游离氧化钙含量为0.9％，细度模数为1.6，细泥含量为0.6％，并且满足道路用钢渣砂《YB/T4187-2009》细砂质量要求，此外测定湿式筛分后物料的氢离子浓度为0.2mol/L；
(9)将步骤(8)湿式筛分后的物料进行固液分离，得到细颗粒钢渣处理残渣及滤液，所得滤液按照1:2的比例分成两部分，其中900mL滤液与步骤(6)未返回的物料混合并补充一定量的醋酸，使得氢离子浓度达到0.5mol/L后返回步骤(7)，剩余1600mL滤液与步骤(6)返回的物料混合并补充一定量的醋酸，使得氢离子浓度达到0.8mol/L后返回步骤(4)；
(10)将步骤(3)得到的极细钢渣颗粒湿滤饼以及步骤(9)得到的细颗粒钢渣处理残渣一并混合洗涤并干燥得到80g细钢渣粉。经检测所得细钢渣粉游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎及两级湿式筛分，得到700g粒径＞1.18mm但≤4.75mm的粗颗粒钢渣以及250g粒径≤1.18mm但＞0.1mm的细颗粒钢渣，然后采用氢离子浓度分别为0.8mol/L和0.5mo/L醋酸水溶液进行浸取处理，最终得到630g游离氧化钙含量为0.8％，细度模数为2.6，细泥含量为0.6％的中钢渣砂，以及220g游离氧化钙含量为0.9％，细度模数为1.6，细泥含量为0.6％的细钢渣砂，同时还产生80g细钢渣粉。所得细钢渣粉可直接作为混凝土掺合料使用，在C40混凝土中可减少10％的水泥用量。
对比例1
与实施例1的区别仅在于步骤(1)中钢渣的粒径为≤10mm，本对比例中最终分别得到650g粗钢渣砂、200g细钢渣砂以及120g细钢渣粉。经检测，所得粗钢渣砂活性氧化钙含量为5.4％的粗钢渣，其游离氧化钙含量超标，存在安定性不良的问题，并且不满足道路用钢渣砂质量要求。这主要是由于当钢渣颗粒太大时，低浓度酸性介质在短时间内无法脱除钢渣中包裹的活性氧化钙、氧化镁，由此导致所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量超标，并且其颗粒级配超出道路用钢渣砂质量要求。
对比例2
与实施例1的区别仅在于步骤(2)中的二级筛分中筛孔的孔径分别为0.6mm和0.1mm，本对比例中最终分别得到850g粗钢渣砂、30g细钢渣砂以及160g细钢渣粉。经检测，所得粗钢渣砂活性氧化钙含量为5.1％的粗钢渣，其游离氧化钙含量超标，存在安定性不良的问题，并且不满足道路用钢渣砂质量要求。此外，所得细钢渣细度模数为0.5，同样不满足道路用钢渣砂质量要求。这主要是由于当钢渣中含有细颗粒时，低浓度酸性介质容易优先将细颗粒钢渣完全溶解形成细泥，同时消耗大量的酸，并且随着低浓度酸性介质中酸量的消耗使得粗颗粒钢渣中包裹的活性氧化钙、氧化镁无法有效脱除，由此导致所得粗钢渣砂中游离氧化钙含量超标。另外，由于细颗粒钢渣中粒径太细，使得低浓度酸性介质无差别溶解细颗粒钢渣，由此导致所得细钢渣砂的细度模数小于0.7，不满足道路用钢渣砂质量要求。
实施例3
与实施例1的区别仅在于将步骤(4)中的醋酸替换为等浓度的硫酸，本对比例中最终分别得到560g粗钢渣砂、260g细钢渣砂以及40g细钢渣粉。经检测，所得粗钢渣砂活性氧化钙含量为5.3％的粗钢渣，其游离氧化钙含量超标，存在安定性不良的问题，并且不满足道路用钢渣砂质量要求。这主要是由于硫酸与钢渣中含有的游离氧化钙反应生成了微溶于水的硫酸钙，使得氢离子的渗透孔道被硫酸钙堵塞，由此导致低浓度硫酸无法脱除钢渣中包裹的活性氧化钙、氧化镁，硫酸处理后所得粗钢渣难以有效利用。此外，部分生成的硫酸钙作为残渣混入细钢渣粉中，由此导致细钢渣粉中三氧化硫含量超过4％，不满足用于水泥和混凝土中的钢渣粉的指标要求。
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明选用特定的粒度范围的钢渣并采用水洗和化学药剂浸蚀的方法，由此实现钢渣中游离氧化钙、氧化镁高效选择性脱除，并且同步脱除钢渣砂中的细泥，提高钢渣砂的品质。此外，由于钢渣在破碎筛分分级时，所得细颗粒钢渣与粗颗粒钢渣的质量比例会随着分级粒径的变化而波动，因此为了实现钢渣砂制备流程的连续稳定，在本发明专利中通过设置湿式筛分物料的部分循环，也就是通过调节物料循环比例来满足粗细颗粒钢渣质量比例波动的需要。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种利用钢渣制备道路用钢渣砂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将钢渣浆进行二级筛分，得到筛上粗砂、筛中砂和筛下细砂浆；
(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗砂依次进行第一酸处理和第一筛分，得到筛上粗钢渣砂和筛下渣浆；
(3)将步骤(2)得到的以质量百分比计的28.6-33.3％的所述筛下渣浆和步骤(1)得到的所述筛中砂依次进行第二酸处理和第二筛分，得到筛上细钢渣砂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述钢渣浆的固液比g/mL为1:(5-20)；
优选地，步骤(1)所述钢渣浆中钢渣颗粒的粒度≤2.36-4.75mm。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述筛上粗砂的粒度＞1-4.75mm；
优选地，步骤(1)所述筛中砂的粒度为＞0.15-2.36mm；
优选地，步骤(1)所述筛下细砂浆中颗粒的粒度≤0.15-2.36mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述第一酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；
优选地，所述酸介质中氢离子的浓度为0.5-1mol/L；
优选地，步骤(2)所述第一酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述第一酸处理的温度为60-95℃；
优选地，步骤(2)所述第一酸处理的时间为30-90min；
优选地，步骤(2)所述筛上粗钢渣砂的粒度＞1mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述第二酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；
优选地，所述酸介质中氢离子的浓度为0.3-0.8mol/L；
优选地，步骤(3)所述第二酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)mL。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述第二酸处理的温度为60-95℃；
优选地，步骤(3)所述第二酸处理的时间为30-90min；
优选地，步骤(3)所述筛上细钢渣砂的粒度＞0.15mm。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述筛下细砂依次经脱水和干燥，之后和步骤(2)所述第二筛分的筛下产物进行混合得到细钢渣粉。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述脱水得到的液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理；
优选地，所述液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理的质量比为(0.4-8):1。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将钢渣浆进行二级筛分，得到筛上粗砂、筛中砂和筛下细砂浆；所述钢渣浆的固液比g/mL为1:(5-20)mL；所述钢渣浆中钢渣颗粒的粒度≤2.36-4.75mm；所述筛上粗砂的粒度＞1-4.75mm；所述筛中砂的粒度为＞0.15-2.36mm；所述筛下细砂浆中颗粒的粒度≤0.15-2.36mm；
(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗砂依次进行第一酸处理和第一筛分，得到筛上粗钢渣砂和筛下渣浆；所述第一酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；所述酸介质中氢离子的浓度为0.5-1mol/L；所述第一酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)mL；所述筛上粗钢渣砂的粒度＞1mm；
(3)将步骤(2)得到的以质量百分比计的28.6-33.3％的所述筛下渣浆和步骤(1)得到的所述筛中砂依次进行第二酸处理和第二筛分，得到筛上细钢渣砂；所述第二酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；所述酸介质中氢离子的浓度为0.3-0.8mol/L；所述第二酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)mL；所述筛上细钢渣砂的粒度＞0.15mm；
其中，步骤(1)所述筛下细砂依次经脱水和干燥，之后和步骤(2)所述第二筛分的筛下产物进行混合得到细钢渣粉；所述脱水得到的液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理；所述液相返回步骤(2)所述第一酸处理和步骤(3)所述第二酸处理的质量比为(0.4-8):1。
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