CN117658510A - 一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于高温‑化学‑机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂的应用，属于工业固废资源化利用领域，所述钢渣微粉活性激发剂按质量份数计，所述活性激发剂包括分别加入到钢渣微粉中的15~45份的无机激发组分A和55~85份的有机激发组分B；所述无机激发组分A为磷石膏、废脱硫剂、硅灰和白泥中至少两种的混合物；所述有机激发组分B为复合醇胺、助剂和水的混合物。本发明耦合了高温‑化学‑机械三种活性激发方式，开发了一种钢渣微粉活性激发剂，解决了目前钢渣存在的易磨性差、胶凝活性低的问题。本发明的实施可实现钢渣大规模、高利用率、高附加值的资源化利用，助力实现钢渣“零排放”。
Description
技术领域
本发明属于工业固废资源化利用领域，尤其是涉及一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂的应用。
背景技术
中国作为全球第一产钢大国，每年的钢产量巨大，钢渣是钢铁冶炼过程中产生的副产品，占粗钢产量的15%~20%。国家鼓励提高钢渣的综合利用率，为钢渣的资源化处理提供了良好的政策环境。加强钢渣的综合利用已刻不容缓。
胶凝活性差是钢渣微粉利用率低的主要原因。钢渣主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO和少量f-CaO、MnO、FeO、P2O5及金属Fe等。钢渣矿物成分中的C2S、C3S、C4AF、C2F是其胶凝活性的主要来源，水化后具有与水泥类似的水化产物性质，这也使得钢渣成为一种具有潜在胶凝活性的矿物掺和料。但是这些矿物在形成过程中经历了高温过烧过程，结晶致密、晶粒粗大，同时溶入较多的FeO、MgO等杂质，在急冷过程中形成了大量的玻璃体，使得这些胶凝活性矿物的水化速度缓慢、活性较低，尤其是早期强度低，这严重制约了钢渣粉作为胶凝材料的大规模利用。因此，当钢渣作为活性矿物掺和料使用时，如何从根本上提高其胶凝活性，是进一步推广钢渣资源化利用必须解决的问题。
目前提高钢渣胶凝活性的手段主要有三个：一是机械激发，即用机械法将钢渣粉碎研磨，提高钢渣的细度；二是化学激发，引入化学组分，加入晶核并提高液相碱度的方法来加速钢渣的水化硬化；三是热激发，提高钢渣的水化温度。目前，许多学者利用机械、化学和热力学等方法对钢渣进行了活性激发的研究，也有通过高温重构提高钢渣活性的相关研究，均取得了一定的效果。然而，所激发钢渣仍然存在胶凝活性低、易磨性差且大掺量下强度低等问题，在一定程度上限制了钢渣的应用。因此，采用适当的方式对钢渣进行活化处理，激发钢渣潜在的胶凝活性，对于钢渣的广泛应用具有重要意义。
已报道的钢渣激发剂的类型有：
(1)酸类，如磷酸、硫酸和醋酸；
(2)碱类，无机碱如KOH、NaOH，有机碱如三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺；
(3)碱金属盐类，如碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐、碱金属氯盐；
(4)石膏类，如二水石膏、半水石膏、无水石膏；
(5)固废类，如碱渣、矿渣、脱硫灰、脱硫石膏、干化污泥；
目前，对于碱类激发剂，尽管已有不少关于使用复合醇胺作为钢渣激发剂的报道，但多数是使用三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺等，却鲜有关于使用N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺和N-甲基二乙醇胺作为钢渣激发剂的报道。另外，对于固废类激发剂，多数也是使用脱硫灰、脱硫石膏，鲜有关于使用磷石膏、废脱硫剂和白泥制备钢渣激发剂的报道。
发明内容
为了解决当前钢渣微粉存在的易磨性差、胶凝活性低的问题，本发明提供了一种钢渣微粉活性激发剂的制备方法和应用。本发明提供的方法耦合了高温-化学-机械三种激发方式来提高钢渣微粉的胶凝活性，所激发钢渣微粉具有活性矿物成分高，易于早期水化等特点，可实现钢渣微粉在建材行业的大掺量应用，为钢渣的高资源化利用提供了一条新途径。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，所述活性激发剂包括分别加入到钢渣微粉中的无机激发组分A和有机激发组分B，所述无机激发组分A与所述有机激发组分B的质量比为（15~45）：（55~85）；所述无机激发组分A为磷石膏、废脱硫剂、硅灰和白泥中至少两种的混合物，磷石膏、废脱硫剂、硅灰和白泥质量比为（0~3）：（2~5）：（2~5）：(0~3.5）；所述有机激发组分B为复合醇胺、助剂和水的混合物，复合醇胺、助剂和水质量比依次为（1~7）：（1~4）：（6~10）。所述钢渣微粉的主要化学成分为：40～50%CaO、5～10%MgO、10～20%SiO2，15～25%FeO和Fe2O3。
其中，所述白泥是造纸白泥和制碱白泥中的一种，所述废脱硫剂为失效的固体钙基脱硫剂，来自于干法脱硫工艺，为粉状、柱状和四叶草状，废脱硫剂包含5～15%Ca(OH)2，10～25%CaSO3和60～75%CaSO4。
其中，所述复合醇胺为N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、异丁醇胺和N-甲基二乙醇胺中两种以上醇胺的混合物，N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、异丁醇胺和N-甲基二乙醇胺的质量比为（0～2）：（2～5）：（0～2）：（1～5）。
其中，所述助剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯亚胺和P123中的一种。
一种钢渣微粉活性激发剂的制备方法，包含以下制备步骤：
步骤1，称取无机激发组分A，机械搅拌均匀后粉磨得到的混合物，即为无机激发组分A；
步骤2，称取N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、异丁醇胺和N-甲基二乙醇胺中至少两种醇胺，搅拌均匀后得到混合醇胺；
步骤3，加入助剂和水，搅拌均匀后得到的混合溶液，即为有机激发组分B；
步骤4，将无机激发组分A和有机激发组分B分别包装，即可得到基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂。
其中，步骤1得到的无机激发组分A为细度≥200目的固体混合物。
钢渣微粉活性激发剂的应用，包括如下步骤：
步骤1，从炼钢工序排出的高温液态熔融钢渣，经由渣罐车盛装后，由天车吊运至渣罐倾翻车上，渣罐倾翻车将渣罐运至渣处理车间进行倾翻倒渣；在倾翻倒渣过程中，利用压缩空气将熔融态钢渣打散粒化，无机激发组分A从料仓经螺旋秤称量输送至压缩空气管道中，与压缩空气一起粒化钢渣，喷吹出来的粒化钢渣进入回转式冷却筒中；
步骤2，采用皮带输送机将步骤1的钢渣送入后续的钢渣粉磨系统，将有机激发组分B均匀地喷洒在皮带输送机上的钢渣表面，粉磨30～60min后得到钢渣微粉产品。
其中，所述无机激发组分A和无机激发组分B的总加入量为钢渣质量的0.5～5％。
其中，步骤1中，粒化后钢渣粒度小于5mm占90%以上；所述回传式冷却筒的筒壁设置热电偶，将钢渣温度控制在1300℃～1450℃保持30～60min；当温度高于1450℃时，采用风机强制通风冷却至渣温到1450℃，然后停止通风；当温度低于1300℃，采用风机强制通风急冷至200℃以下。
其中，步骤2中得到的活性钢渣微粉的比表面积为350～550m2/kg。
实际使用中发现仅仅使用单一种激发方式，钢渣的活性激发效果不一定能达到要求。主要原因是钢渣中的C3S、C2S等活性矿物成分较少，而且高温下这些矿物发育良好、晶粒完整，活性较低。本发明耦合了高温-化学-机械三种钢渣活性激发方式，提供了一种钢渣微粉活性激发剂的制备及应用。其中，在一种钢渣微粉活性激发剂的应用中，所述步骤1中在利用压缩空气将熔融态钢渣打散粒化的过程中，同时利用压缩空气喷入激发组分A，这一举措促使了高温下激发组分A与钢渣发生重构反应，促进了钢渣中胶凝活性组分的生成，且将钢渣由熔融态转化为颗粒状有助于增加激发组分A与钢渣的接触面积，保障了钢渣重构反应的均一性。高温激发钢渣活性的原理在于：钢渣中含有一定数量未反应的CaO，且其中的SiO2含量较低，不足以支撑生成更多的C2S、C3S等活性矿物，这些活性矿物只有在熔融状态下才会生成。因此，在激发剂的使用过程中，一方面将富含SiO2的激发组分A与熔融状态下钢渣混合会生成更多的C2S、C3S等活性矿物。另一方面激发组分A还起到了晶型稳定的作用，可以阻止钢渣急冷过程中β-C2S向γ-C2S的转变，保证了钢渣的胶凝活性。另外，C3S只有在液相温度大于1250℃时才能形成，同时C3S、C2S、C3A、C4AF的最低共熔温度为1338℃，低于这个温度矿物形成就有困难，因此需要将钢渣温度控制在1300℃～1450℃一段时间，用于保证活性矿物的生成具有足够的反应时间。当温度低于1300℃时，采用通风急冷的手段冷却至200℃下，可以防止其中活性矿物发生分解。
其中，在一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂的应用，所述步骤4中，钢渣边粉磨边向其中喷洒活性激发剂的有机激发组分B，此过程耦合了机械-化学两种活性激发方式，又进一步提高了钢渣的胶凝活性。原理在于：机械粉磨强化了化学激发作用的发挥。具体而言，钢渣在粉磨过程中，颗粒逐渐减小的同时伴随着比表面积的增大，机械能转化为新生颗粒的内能和表面能，钢渣内部晶格发生错位、缺陷、畸变、重结晶等变化，形成了易溶于水的非晶态结构，加速了有机激发组分B中醇(胺)分子与钢渣中Ca2+、Fe3+等的络合，促进钢渣中矿物相的溶解生成更多的水化产物，从而激发了钢渣的活性。与此同时，有机激发组分B中的助剂也有助磨和分散的作用，一方面提高了钢渣的易磨性，另一方面减少了钢渣颗粒的团聚，提高了颗粒的分散性。
有益效果:(1)本发明基于高温-化学-机械三种激发方式耦合的方法，有效提高了钢渣的胶凝活性，解决钢渣活性较低的问题，钢渣微粉7d活性指数可以提高6～24。
(2)本发明所涉及的钢渣激发剂，在制备中使用了助剂，这使得激发剂兼具助磨和分散的作用，很好地解决了钢渣易磨性差和分散性差的问题。
(3)利用本发明的激发剂活化得到的钢渣微粉活性成分高、比表面积大、胶凝活性高，可提高钢渣微粉在水泥中的掺量，同时满足力学性能指标，可实现钢渣大规模、高利用率、高附加值的资源化利用，避免了资源浪费。
(4)本发明方法具有能耗低、工艺简单、操作方便且对加工设备要求低等优点。
(5)本发明涉及的激发剂所用原料为工业固废，不仅价格低廉、来源丰富、不仅节约自然资源，还降低了环境污染。
附图说明
图1为本发明中基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂的制备及其应用工艺流程图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为市售的常规试剂产品。
表1 实施例1~6和对比例1~3激发剂的原料组成
实施例1
本发明涉及的一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，由无机激发组分A和有机激发组分B两部分组成，其具体的制备和使用过程如图1所示。
本实施例提供的激发剂的详细原料组成如表1所示，激发剂的具体制备过程如下：
步骤1，称取5质量份磷石膏，10质量份废脱硫剂，15质量份硅灰，5质量份制碱白泥混合均匀后，粉磨40min得到35质量份粒径为300目的无机激发组分A；
步骤2，称取2.5质量份N-叔丁基二乙醇胺、10质量份叔丁基乙醇胺、2.5质量份异丁醇胺、5质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到20质量份的混合醇胺；
步骤3，称取10质量份十六烷基三甲基溴化铵、35质量份的水加入到20质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到65质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的3％，具体使用过程如下：
步骤1，从炼钢工序排出的高温液态熔融钢渣，经由渣罐车盛装后，由天车吊运至渣罐倾翻车上，渣罐倾翻车将渣罐运至渣处理车间进行倾翻倒渣。在倾翻倒渣过程中，利用压缩空气将熔融态钢渣打散粒化，将35质量份的无机激发组分A从料仓经螺旋秤称量输送至压缩空气管道中，与压缩空气一起粒化钢渣。粒化后钢渣粒度小于5mm占比超过90%。喷吹出来的粒化钢渣进入回转式冷却筒中。进一步地，回传筒壁设置热电偶，将钢渣温度控制在1300℃～1450℃的温度范围内保持40min。当温度高于1450℃时，采用风机强制通风冷却至渣温到1450℃，然后停止通风。当温度低于1300℃，采用风机强制通风急冷至200℃以下。
步骤2，采用皮带输送机将上述步骤1的钢渣送入后续的钢渣粉磨系统，得到钢渣微粉产品。具体地，将65质量份的有机激发组分B均匀的喷洒在皮带输送机上的钢渣表面，一同送入后续的粉磨系统，粉磨30min后得到的活性钢渣微粉产品。
将所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的50％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
空白例1-1
作为实施例1的空白对比例，除了不使用激发剂，其余步骤相同，制备水泥胶砂。和实施例1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，使用了本发明的激发剂后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至407m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了12和10。这一结果说明本发明的激发剂对可以起到助磨和提高胶凝活性的作用。
实施例2
本发明涉及的一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，由无机激发组分A和有机激发组分B两部分组成，本实施例激发剂的详细原料组成如表1所示，激发剂的具体制备过程如下：
步骤1，称取21.4质量份废脱硫剂，8.6质量份硅灰和15质量份造纸白泥混合均匀后，粉磨40min得到45质量份粒径为300目的无机激发组分A。
步骤2，称取2.5质量份叔丁基乙醇胺和2.5质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到5质量份的混合醇胺。
步骤3，称取20质量份P123、30质量份的水加入到上述5质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到55质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的4％，具体使用过程与实施例1相同。
将得到的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的40％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
空白例2-1
作为实施例2的空白对比例，除了不使用激发剂，其余步骤相同，制备水泥胶砂。和实施例2对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，使用了本发明的激发剂后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至384m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了10和7。这一结果说明本发明的激发剂对可以起到助磨和提高胶凝活性的作用。
实施例3
本发明涉及的一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，由无机激发组分A和有机激发组分B两部分组成，本实施例激发剂的详细原料组成如表1所示，激发剂的具体制备过程如下：
步骤1，称取6质量份磷石膏，9质量份废脱硫剂和15质量份硅灰混合均匀后，粉磨50min得到30质量份粒径为300目的无机激发组分A。
步骤2，称取5质量份叔丁基乙醇胺、5质量份异丁醇胺和5质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到15质量份的混合醇胺。
步骤3，称取10质量份P123、45质量份的水加入到15质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到70质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的0.5％，具体使用过程与实施例1相同。
将上述所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的30％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
空白例3-1
作为实施例3的空白对比例，除了不使用激发剂，其余步骤相同，制备水泥胶砂。和实施例3对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化；
实验结果表明，使用了本发明的激发剂后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至478m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了10和8。这一结果说明本发明的激发剂对可以起到助磨和提高胶凝活性的作用。
实施例4
本发明涉及的一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，由无机激发组分A和有机激发组分B两部分组成，本实施例激发剂的详细原料组成如表1所示，激发剂的具体制备过程如下：
步骤1，称取1质量份磷石膏，6质量份废脱硫剂，12质量份硅灰，1质量份造纸白泥混合均匀后，粉磨60min得到20质量份粒径为400目的无机激发组分A。
步骤2，称取5质量份N-叔丁基二乙醇胺、15质量份叔丁基乙醇胺和10质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到30质量份的混合醇胺。
步骤3，称取10质量份聚乙烯亚胺、40质量份的水加入到30质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到80质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的1％，具体使用过程与实施例1相同。
将所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的35％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
空白例4-1
作为实施例4的空白对比例，除了不使用激发剂，其余步骤相同，制备水泥胶砂。和实施例4对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，使用了本发明的激发剂后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至502m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了19和16。这一结果说明本发明的激发剂对可以起到助磨和提高胶凝活性的作用。
实施例5
本发明涉及的一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，由无机激发组分A和有机激发组分B两部分组成，本实施例激发剂的详细原料组成如表1所示，激发剂的具体制备过程如下：
步骤1，称取3质量份磷石膏，9质量份废脱硫剂，9质量份硅灰，4质量份制碱白泥混合均匀后，粉磨50min得到25质量份粒径为200目的无机激发组分A。
步骤2，称取5质量份N-叔丁基二乙醇胺、5质量份叔丁基乙醇胺、5质量份异丁醇胺和10质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到25质量份的混合醇胺。
步骤3，称取10质量份聚乙烯亚胺、40质量份的水加入到25质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到75质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的2％，具体使用过程与实施例1相同。
将所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的30％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
空白例5-1
作为实施例5的空白对比例，除了不使用激发剂，其余步骤相同，制备水泥胶砂，和实施例5对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，使用了本发明的激发剂后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至482m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了22和20。这一结果说明本发明的激发剂对可以起到助磨和提高胶凝活性的作用。
实施例6
本发明涉及的一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，由无机激发组分A和有机激发组分B两部分组成，本实施例激发剂的详细原料组成如表1所示，激发剂的具体制备过程如下：
步骤1，称取4.5质量份磷石膏，3.0质量份废脱硫剂，7.5质量份硅灰，混合均匀后，粉磨60min得到15质量份粒径为300目的无机激发组分A。
步骤2，称取10质量份N-叔丁基二乙醇胺、10质量份叔丁基乙醇胺、10质量份异丁醇胺和5质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到35质量份的混合醇胺。
步骤3，称取20质量份十六烷基三甲基溴化铵、30质量份的水加入到35质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到85质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的1.5％，具体使用过程与实施例1相同。
将所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的30％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
空白例6-1
作为实施例6的空白对比例，除了不使用激发剂，其余步骤相同，制备水泥胶砂，和实施例6对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，使用了本发明的激发剂后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至509m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了21和18。这一结果说明本发明的激发剂对可以起到助磨和提高胶凝活性的作用。
对比例1
本对比例提供的激发剂的详细原料组成如表1所示，作为实施例1的对比例，除了不使用无机激发组分A，其余步骤相同，制备水泥胶砂。与实施例1以及空白例1-1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，与空白例1-1的结果对比后发现，在不使用激发剂组分A的情况下，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至379m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别提升了8和5，但是这明显低于实施例1的数据（12和10）。这一结果表明，无机激发组分A在助磨和提高钢渣微粉胶凝活性方面起着重要的作用。
对比例2
本对比例提供的激发剂的详细原料组成如表1所示，作为实施例5的对比例，激发剂的原料组成及制备过程都相同，只有使用步骤不同。在本对比例提供的激发剂的使用过程中，将无机激发组分A和有机激发组分B同时喷入步骤2的冷态钢渣表面，其余步骤相同，制备水泥胶砂。与实施例5以及空白例5-1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，与空白例5-1的结果对比后发现，在冷态下同时使用激发剂组分A和B的情况下，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至463m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数分别提升了16和13，但是这也明显低于实施例5的数据（22和20）。这一结果表明，高温激发在助磨和提高钢渣微粉胶凝活性方面起着重要的作用。
对比例3
本对比例提供的激发剂的详细原料组成如表1所示，作为实施例6的对比例，除了不使用有机激发组分B外，其余步骤相同，制备水泥胶砂。与实施例6以及空白例6-1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，与空白例6-1的结果对比后发现，在不使用激发剂组分B的情况下，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由325 m2/kg提升至423m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数分别提升了12和9，但是这明显低于实施例6的数据（21和18）。这一结果表明，有机激发组分B在提高钢渣微粉胶凝活性方面起着重要的作用。
对比例4
作为实施例2的对比例，不改变无机激发组分A，只更换混合醇胺的种类，考察醇胺种类的变化对钢渣微粉胶凝活性的影响。激发剂的具体原料组成如下：21.4质量份废脱硫剂，8.6质量份硅灰、15质量份造纸白泥、2.5质量份三异丙醇胺、2.5质量份单乙醇二异丙醇胺、20质量份P123和30质量份水组成。具体的制备过程如下：
步骤1，称取21.4质量份废脱硫剂，8.6质量份硅灰和15质量份造纸白泥混合均匀后，粉磨40min得到45质量份粒径为300目的无机激发组分A。
步骤2，称取2.5质量份三异丙醇胺和2.5质量份单乙醇二异丙醇胺混合，得到5质量份的混合醇胺。
步骤3，称取20质量份P123、30质量份的水加入到上述5质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到55质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的4％，具体使用过程与实施例2相同。
将得到的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的40％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。与实施例2以及空白例2-1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，与实施例2的结果对比后发现，将混合醇胺中的叔丁基乙醇胺和N-甲基二乙醇胺更换为三异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由384m2/kg降低至363m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别降低了3和2。这一结果表明，与常规使用的三异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺相比，使用叔丁基乙醇胺和N-甲基二乙醇胺作为有机激发组分更能显著提高钢渣微粉的胶凝活性。
对比例5
作为实施例3的对比例，不改变有机激发组分B，更换无机激发组分A的种类，考察无机激发组分A的变化对钢渣微粉胶凝活性的影响。激发剂的具体原料组成如下：6质量份脱硫石膏，9质量份脱硫灰、15质量份硅灰、5质量份叔丁基乙醇胺、5质量份异丁醇胺、5质量份N-甲基二乙醇胺、10质量份P123和45质量份水。
具体的制备过程如下：
步骤1，称取6质量份脱硫石膏，9质量份脱硫灰和15质量份硅灰混合均匀后，粉磨50min得到30质量份粒径为300目的无机激发组分A。
步骤2，称取5质量份叔丁基乙醇胺、5质量份异丁醇胺和5质量份N-甲基二乙醇胺混合，得到15质量份的混合醇胺。
步骤3，称取10质量份P123、45质量份的水加入到15质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到70质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的0.5％，具体使用过程与实施例1相同。
将上述所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的30％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。与实施例3以及空白例3-1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，与实施例3的结果对比后发现，将无机激发组分A中的磷石膏和废脱硫剂更换为脱硫石膏和脱硫灰后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由478m2/kg降至389m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别降低了5和5。这一结果表明，与常规使用的脱硫石膏和脱硫灰相比，使用磷石膏和废脱硫剂作为无机激发组分更能显著提高钢渣微粉的胶凝活性。
对比例6
作为实施例4的对比例，同时改变无机激发组分A和B的种类和组成，但是不改变激发剂的制备和使用过程。考察本发明提供的激发剂的成分与由常规组分组成的激发剂对钢渣胶凝活性的影响。激发剂的具体原料组成如下：10质量份脱硫石膏、10质量份脱硫灰、20质量份三乙醇胺、10质量份二乙醇单异丙醇胺、10质量份聚乙烯亚胺和40质量份水。
具体的制备过程如下：
步骤1，称取10质量份脱硫石膏和10质量份脱硫灰混合均匀后，粉磨60min得到20质量份粒径为400目的无机激发组分A。
步骤2，称取20质量份三乙醇胺和10质量份二乙醇单异丙醇胺混合，得到30质量份的混合醇胺。
步骤3，称取10质量份聚乙烯亚胺、40质量份的水加入到30质量份的混合醇胺中，混合均匀后得到80质量份的有机激发组分B。
本实施提供的激发剂的加入量为钢渣质量的1％，具体使用过程与实施例1相同。
将所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的35％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。
将上述所得的活性钢渣微粉与P.I水泥混合，得到钢渣水泥，其中活性钢渣微粉的掺入量为总质量的30％。按GB17671制备水泥胶砂，检测其7d、28d活性指数。与实施例4以及空白例4-1对比粉磨后活性钢渣微粉的比表面积，以及水泥胶砂的7d、28d活性指数的变化。
实验结果表明，与实施例4的结果对比后发现，将脱硫石膏和脱硫灰作为无机激发组分后，一方面所得到的活性钢渣微粉的比表面积由502m2/kg降低至378m2/kg；另一方面，所制备的钢渣水泥，其7d、28d活性指数也分别下降了13和12。这一结果表明，与常规使用的激发剂组分脱硫石膏、脱硫灰、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺相比，使用本发明提供的磷石膏、废脱硫剂、硅灰、白泥、N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺作为激发剂组分更有利于提高钢渣微粉的胶凝活性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。
Claims (10)
1.一种基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，其特征在于：所述活性激发剂包括分别加入到钢渣微粉中的无机激发组分A和有机激发组分B，所述无机激发组分A与所述有机激发组分B的质量比为（15~45）：（55~85）；所述无机激发组分A为磷石膏、废脱硫剂、硅灰和白泥中至少两种的混合物，磷石膏、废脱硫剂、硅灰和白泥质量比为（0~3）：（2~5）：（2~5）：（0~3.5）；所述有机激发组分B为复合醇胺、助剂和水的混合物，复合醇胺、助剂和水质量比依次为（1~7）：（1~4）：（6~10）。
2.根据权利要求1所述的基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，其特征在于：所述白泥是造纸白泥和制碱白泥中的一种，所述废脱硫剂为失效的固体钙基脱硫剂，来自于干法脱硫工艺，为粉状、柱状和四叶草状；废脱硫剂包含5～15%Ca(OH)2、10～25%CaSO3和60～75%CaSO4。
3.根据权利要求1所述的基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，其特征在于：所述复合醇胺为N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、异丁醇胺和N-甲基二乙醇胺中两种以上醇胺的混合物，N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、异丁醇胺和N-甲基二乙醇胺的质量比为（0～2）：（2～5）：（0～2）：（1～5）。
4.根据权利要求1所述的基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂，其特征在于：所述助剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯亚胺和P123中的一种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的钢渣微粉活性激发剂的制备方法，其特征在于包含以下制备步骤：
步骤1，称取无机激发组分A，机械搅拌均匀后粉磨得到的混合物，即为无机激发组分A；
步骤2，称取N-叔丁基二乙醇胺、叔丁基乙醇胺、异丁醇胺和N-甲基二乙醇胺中至少两种醇胺，搅拌均匀后得到混合醇胺；
步骤3，加入助剂和水，搅拌均匀后得到的混合溶液，即为有机激发组分B；
步骤4，将无机激发组分A和有机激发组分B分别包装，即可得到基于高温-化学-机械耦合激发的钢渣微粉活性激发剂。
6.根据权利要求5所述的钢渣微粉活性激发剂的制备方法，其特征在于：步骤1得到的无机激发组分A为细度≥200目的固体混合物。
7.权利要求1-4任一项所述的钢渣微粉活性激发剂的应用，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，从炼钢工序排出的高温液态熔融钢渣，经由渣罐车盛装后，由天车吊运至渣罐倾翻车上，渣罐倾翻车将渣罐运至渣处理车间进行倾翻倒渣；在倾翻倒渣过程中，利用压缩空气将熔融态钢渣打散粒化，无机激发组分A从料仓经螺旋秤称量输送至压缩空气管道中，与压缩空气一起粒化钢渣，喷吹出来的粒化钢渣进入回转式冷却筒中；
步骤2，采用皮带输送机将步骤1的钢渣送入后续的钢渣粉磨系统，将有机激发组分B均匀地喷洒在皮带输送机上的钢渣表面，粉磨30～60min后得到钢渣微粉产品。
8.根据权利要求7所述的钢渣微粉活性激发剂的应用，其特征在于：所述无机激发组分A和无机激发组分B的总加入量为钢渣质量的0.5～5％。
9.根据权利要求7所述的钢渣微粉活性激发剂的应用，其特征在于：步骤1中，粒化后钢渣粒度小于5mm占90%以上；所述回传式冷却筒的筒壁设置热电偶，将钢渣温度控制在1300℃～1450℃保持30～60min；当温度高于1450℃时，采用风机强制通风冷却至渣温到1450℃，然后停止通风；当温度低于1300℃，采用风机强制通风急冷至200℃以下。
10.根据权利要求7所述的钢渣微粉活性激发剂的应用，其特征在于：步骤2中得到的活性钢渣微粉的比表面积为350～550m2/kg。
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