CN117263534A - 一种人造钢渣骨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料原材料技术领域，尤其是涉及一种人造钢渣骨料及其制备方法，通过利用钢渣作为基本原材料，通过湿法捕集和封存工业废气中二氧化硫和二氧化碳，同步激发钢渣的胶凝活性，制备不同粒径的硫化‑碳化人造钢渣骨料，实现工业废弃物的资源化再利用，提高产品附加值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料原材料技术领域，尤其是涉及一种人造钢渣骨料及其制备方法。
背景技术
在钢铁冶炼过程中每产出1吨钢铁，就会产生800-1500kg的副产品钢渣，钢渣主要矿物成分有硅酸二钙，钙硅氧化物，钙铝氧化物，铁相等。因为矿相成分复杂，化学活性低，所以钢渣难以直接作为建筑材料使用，另外，钢渣内部含有大量的游离氧化钙，氧化镁，这些成分会在水化晚期和反应膨胀引起体积变形导致材料开裂。由于上述两种主要问题的限制，炼钢产出的钢渣难以工业化利用，实际钢渣利用率不足20％。
基础建设是国计民生的重要组分部分，建筑材料如天然砂石骨料等消耗多，自然资源已经无法满足社会发展的材料需求。因此，如果能获得一种价格低廉、生产工艺简单，又能全部或部分取代天然砂石资源的人造骨料，将能缓解天然砂石资源的紧缺，保护自然环境，实现人与自然的和谐发展。
现有技术有部分采用水泥或地聚物制备人工骨料的方法，也存在利用建筑垃圾制备再生骨料的记载，但仍未对钢渣进行大体量的再利用。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，特提供一种人造钢渣骨料的制备方法，通过利用钢渣作为基本原材料，通过湿法捕集和封存工业废气中二氧化硫和二氧化碳，同步激发钢渣的胶凝活性，制备不同粒径的硫化-碳化人造钢渣骨料，实现工业废弃物的资源化再利用，提高产品附加值。
具体的，本发明人造钢渣骨料的制备方法，包括如下制备步骤：
1)将钢渣颗粒在压力-湿法条件下对含硫含碳废气进行硫化-碳化，得硫化-碳化钢渣颗粒，
2)对硫化-碳化钢渣颗粒进行固液分离、干燥、筛选、研磨，得硫化-碳化钢渣细粉和硫化-碳化钢渣细颗粒，
3)按质量比将65-100份硫化-硫化钢渣细粉和10-40份硫化-碳化钢渣细颗粒混合，加入20-60份水进行造粒，得坯料，
4)将坯料进行养护，
5)筛分，得不同粒径范围的人造钢渣骨料。
优选的，步骤1)所述钢渣颗粒粒径为1-20mm。
优选的，步骤1)压力-湿法条件采用盛放吸收液并设置进气管路、出气管路的加压装置。
优选的，步骤1)所述吸收液为水，液固比为0.2-0.6，压力为0.2-1MPa。
优选的，步骤1)所述含硫含碳废气由工业废气进行脱销、除尘处理得到，SO2体积占比0.02±0.01％，CO2体积占比10-90％。
优选的，步骤1)所述工业废气为燃煤电厂废气、水泥窑废气、钢铁厂高炉尾气的至少一种。
优选的，步骤1)硫化-碳化时间为0.5-2h。
优选的，步骤2)硫化-碳化钢渣细粉比表面积为390-430m2/kg,45μm筛余≤8.5％，硫化-碳化钢渣细颗粒级配满足0.60mm筛余为61.2-68.1％、0.30mm筛余为84.2-89.1％、0.15mm筛余为95.7-98.2％。
优选的，步骤4)养护采用标准养护至28d。
本发明还涉及人造钢渣骨料，具体的，由上述制备方法制备得到。
本发明还涉及上述人造钢渣骨料在建筑材料生产中的应用。优选的，建筑材料包括但不限于砂浆、混凝土、预制构件、砖、砌块等。
本发明具有以下技术优势：
1)传统人造骨料(例如，烧结陶粒)生产需要1000℃以上高温煅烧，或者制备过程中需要添加大量水泥作为胶凝材料，属于高能耗、高污染行业，本发明中人造钢渣骨料只需要在常温下就可以制备，生产周期短，养护工艺便捷，具有生产简单、节能环保的特性，且人造钢渣骨料与水泥基材料性能接近，使用于混凝土中可以很好的与水泥基体粘接，易和性好；
2)本发明使用的原材料-钢渣是一种工业碱性固体废弃物，因此本发明能够充分利用该废弃物，减少该固废的大量堆存，钢渣因其安定性和活性问题，长期堆存，资源化难度高，本发明通过钢渣捕集和封存二氧化碳和二氧化硫的碳化和硫化过程，解决安定性难题同时激发钢渣胶凝活性，制的人造钢渣骨料具有密度小和强度高的特性，可以将该骨料运用于建筑保温隔热混凝土、轻质混凝土等方面，大幅度拓展了钢渣资源化利用场景并极大提高钢渣利用附加产值；
3)本发明制备的人造碳化-硫化钢渣骨料，可以实现骨料安全高强的目标，骨料压碎值＜10％，骨料单颗粒强度高、吸水率低，达到Ⅰ级骨料使用标准，利用捕集、封存和利用吸收固化二氧化碳和二氧化硫，实现工业固废和工业废气的复合资源化利用。
具体实施方式
为表征本发明的技术效果，利用本发明方法制备人造钢渣骨料，并对其效果进行检测，其中，人造钢渣骨料制备工艺为：1)将1-10mm钢渣颗粒在液固比0.5，压力0.8MPa的压力-湿法条件下对燃煤电厂废气进行硫化-碳化1.5h，得硫化-碳化钢渣颗粒，2)对硫化-碳化钢渣颗粒进行固液分离、干燥、筛选、研磨，得硫化-碳化钢渣细粉和硫化-碳化钢渣细颗粒，其中硫化-碳化钢渣细粉比表面积为420m2/kg，45μm筛余5.5％，硫化-碳化钢渣细颗粒0.60mm筛余为66.7％、0.30mm筛余为87.2％、0.15mm筛余为96.9％，3)按质量比将硫化-硫化钢渣细粉和硫化-碳化钢渣细颗粒混合，加入水进行造粒，得坯料，4)将坯料进行养护至28d，5)筛分，得不同粒径范围的人造钢渣骨料。测试过程中，人造钢渣骨料的1h吸水率、筒压强度和堆积密度，按照国标UB/T 17431.2-2010《轻集料及其实验方法第二部分:轻集料实验方法》进行测定。其中1h吸水率选择粒径处于<4.75mm或9.5-15mm的人造钢渣骨料，每次称取75g左右；筒压强度测试选择粒径为4.75-9.5mm的骨料样品烘干后，每次取250g左右装入承压筒中，单颗粒抗压强度测试：使用抗压抗折试验机测试人造钢渣骨料在相同养护龄期下的单球强度，以1mm/min的速率下压，直到颗粒断裂，每次选取粒径约5-6mm、形貌完整的10颗人造钢渣骨料测试，最终结果求平均值。
实施例1
人造钢渣骨料，由70份硫化-碳化钢渣细粉、30份硫化-碳化钢渣细颗粒和40份水造粒制备而成。
经检测，人造钢渣骨料单颗粒抗压强度9.7MPa，7d吸水率为5.13％，7d筒压强度9.2MPa，压碎指标为7.57％，堆积密度为1179kg/m3。
实施例2
人造钢渣骨料，由60份硫化-碳化钢渣细粉、40份硫化-碳化钢渣细颗粒和40份水造粒制备而成。
经检测，人造钢渣骨料单颗粒抗压强度13.9MPa，7d吸水率为4.51％，7d筒压强度11.1MPa，压碎指标为5.39％，堆积密度为1263kg/m3。
实施例3
人造钢渣骨料，由90份硫化-碳化钢渣细粉、30份硫化-碳化钢渣细颗粒和46份水造粒制备而成。
经检测，人造钢渣骨料单颗粒抗压强度18.0MPa，7d吸水率为4.07％，7d筒压强度13.5MPa，压碎指标为3.99％，堆积密度为1359kg/m3。
对比例1
人造骨料，由90份P·O42.5水泥、30份1-3mm石英砂和46份水造粒制备而成。
经检测，人造骨料单颗粒抗压强度16.2MPa，7d吸水率为6.36％，7d筒压强度11.7MPa，压碎指标为6.28％，堆积密度为1960kg/m3。
对比例2
该对比例中，钢渣粉由钢渣颗粒首先粉磨至比表面积430m2/kg，45μm筛余5.2％，再经液固比0.5，压力0.8MPa的压力-湿法条件下对燃煤电厂废气进行硫化-碳化1.5h后干燥而得，硫化-碳化钢渣细颗粒制备工艺与实施例3相同。
人造骨料，由90份钢渣粉、30份硫化-碳化钢渣细颗粒和46份水造粒制备而成。
经检测，人造钢渣骨料单颗粒抗压强度8.9MPaMPa，7d吸水率为6.13％，7d筒压强度9.1MPa，压碎指标为8.32％，堆积密度为1651kg/m3。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
1)将钢渣颗粒在压力-湿法条件下对含硫含碳废气进行硫化-碳化，得硫化-碳化钢渣颗粒，
2)对硫化-碳化钢渣颗粒进行固液分离、干燥、筛选、研磨，得硫化-碳化钢渣细粉和硫化-碳化钢渣细颗粒，
3)按质量比将65-100份硫化-硫化钢渣细粉和10-40份硫化-碳化钢渣细颗粒混合，加入20-60份水进行造粒，得坯料，
4)将坯料进行养护，
5)筛分，得不同粒径范围的人造钢渣骨料。
2.根据权利要求1所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述钢渣颗粒粒径为1-20mm。
3.根据权利要求1所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤1)压力-湿法条件采用盛放吸收液并设置进气管路、出气管路的加压装置。
4.根据权利要求3所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述吸收液为水，液固比为0.2-0.6，压力为0.2-1MPa。
5.根据权利要求1所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述含硫含碳废气由工业废气进行脱销、除尘处理得到，SO2体积占比0.02±0.01％，CO2体积占比10-90％。
6.根据权利要求5所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述工业废气为燃煤电厂废气、水泥窑废气、钢铁厂高炉尾气的至少一种。
7.根据权利要求1所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤2)硫化-碳化钢渣细粉比表面积为390-430m2/kg,45μm筛余≤8.5％，硫化-碳化钢渣细颗粒级配满足0.60mm筛余为61.2-68.1％、0.30mm筛余为84.2-89.1％、0.15mm筛余为95.7-98.2％。
8.根据权利要求1所述人造钢渣骨料的制备方法，其特征在于，步骤4)养护采用标准养护至28d。
9.人造钢渣骨料，其特征在于，由权利要求1-8任一项制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述人造钢渣骨料在建筑材料生产中的应用。
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