CN213506603U - 一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，属于节能建筑材料技术领域。本实用新型包括湿式立式球磨机、离心机、滤液池、滤渣料仓、搅拌站和胶材仓；湿式立式球磨机的出料口分别接通离心机的进料口和搅拌站的进料口；离心机过滤出的滤渣输送入滤渣料仓内，滤液输送入滤液池内；滤液池的排水口和滤渣料仓的出料口均接通所述搅拌站，并且在二者底部均安装有闸阀；胶材仓的出料口与搅拌站的进料口相通。本实用新型通过补充滤渣或滤液的方式来在线调控钢渣矿浆的浓度，并且采用钢渣矿浆作充填细骨料和用水，不仅减少了水资源浪费和水污染，而且充分利用了矿浆中的有益成分，提高了充填料浆流动性及充填体抗压强度。

Description

一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统

技术领域

本实用新型涉及节能建筑材料技术领域，更具体地说是一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统。

背景技术

钢渣排放量约为钢产量的10％-15％，我国每年产生约1亿吨的钢渣，但综合利用率仅为30％左右。随着我国粗钢产量的不断增长，大量废弃钢渣逐年堆存或填埋，占用了大量土地，金属离子随着雨水冲刷进入地表，严重污染饮用水资源，同时堆存的细小颗粒钢渣在自然风化过程中，形成了粉尘污染周围大气，给生态环境和人体健康提出严峻考验。

湿磨钢渣技术在国内部分钢铁企业得到应用，对钢渣进行碎磨与水洗，主要为了通过湿法磁选出更多的铁成分用于生产粒钢或铁精粉，但当钢渣粒径较小时，存在水化后体积不稳定性的问题，故国内钢渣综合利用率较低。湿法相对干法的磨细效益高、能耗低，但同时产生了大量的尾渣堆存和污水排放，对环境及水资源造成污染。

目前对湿磨钢渣尾泥进行回收的企业较少，且多用于砖材骨料或少掺量水泥掺合料，由于利用途径单一、利用率低和生产成本的限制，钢渣尾泥大量堆存而销路闭塞，这给钢渣处理企业带来巨大压力，湿磨钢渣矿浆有待于在更多领域中得到开发及大宗量利用。同时，随着建筑行业的日益发展，水泥混凝土原材料的需求与天然砂石骨料的开采缺乏之间的矛盾逐渐突显，亟待寻求替代天然砂石骨料的材料。研究表明湿磨钢渣矿浆的滤液含有离子如Ca²⁺、Al³⁺、Si⁴⁺等，对体系的强度增长具有积极作用，钢渣矿浆干燥为尾渣势必造成水污染和资源的浪费。

经检索，关于解决上述钢渣粒径较小时，存在水化后体积不稳定性的问题，目前已有相关专利公开。如，中国专利申请号为：CN202010030517.0，申请日为：2020年1月13日的实用新型专利申请，公开了一种利用钢渣砂和选矿废弃物制备的矿山井下充填砂浆，包括复合凝胶材料、细骨料，复合凝胶材料、细骨料的质量比为1：6-12；复合凝胶材料由铁尾矿粉、矿渣微粉、生石灰、脱硫灰及外加剂组成；特细铁尾矿粉、矿渣微粉、生石灰、脱硫灰的质量比为5-25：40-75：5-20：5-15：0-5；所述细骨料由特细铁尾矿砂、钢渣砂组成；所述特细铁尾矿砂、钢渣砂的质量比为8-20：5-12。该方案提出粗钢渣砂与特细铁尾矿砂物理粒径级配作骨料，以消除钢渣细度小引起的体积膨胀效果，但制备特细铁尾矿砂的能耗高，从而经济效益降低。

又如中国专利申请号为：CN201310470371.1，申请日为：2013年10月10日的实用新型专利，公开了一种利用钢渣作掺合料及作骨料的高性能混凝土及制备方法，混凝土由胶凝材料、骨料、减水剂和拌合水组成；胶凝材料由水泥、钢渣微粉和矿渣微粉复合而成；胶凝材料质量百分比为：水泥50％～80％、钢渣微粉10％～30％和矿渣微粉10％～30％；所用钢渣微粉、矿渣微粉的比表面积分别控制在400～600m2/kg、400～500m2/kg；骨料由碎石、钢渣砂和河沙组成；钢渣砂的粒径在5～10mm，部分替代碎石，其掺量为20％～50％；高效减水剂预先溶于水，随拌合水掺入。该方案钢渣微粉用于掺和矿渣微粉作胶材，粗钢渣与河砂、碎石粒径级配作骨料，制备了高性能的大掺量钢渣混凝土，但并未考虑钢渣的安定性问题，存在安全隐患。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

针对上述现有的制备方法用水量多，造成水体污染，制作工序繁多能耗较高以及未考虑钢渣的安定性问题，存在安全隐患等问题，本实用新型设计了一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，通过控制滤渣料仓和滤液池的开合分别补充滤渣和补充滤液的方式来在线调控搅拌站内的钢渣矿浆的浓度，并且采用湿磨钢渣矿浆作充填细骨料和用水，不仅减少了水资源浪费和水污染，而且充分利用了矿浆中的有益成分，提高了充填料浆流动性及充填体抗压强度。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，包括湿式立式球磨机、离心机、滤液池、滤渣料仓、搅拌站和胶材仓；所述湿式立式球磨机的出料口分别接通所述离心机的进料口和所述搅拌站的进料口；所述离心机过滤出的滤渣通过传送带输送入所述滤渣料仓内，滤液出口与所述滤液池的进水口相通，所述滤液池的排水口和所述滤渣料仓的出料口均接通所述搅拌站，并且在所述滤渣料仓的出料口处和所述滤液池的排水口处均安装有闸阀，分别用于控制滤渣料仓和滤液池的开合；所述胶材仓的出料口与所述搅拌站的进料口相通；通过调控滤渣料仓和滤液池的闸阀的开合来向搅拌站内分别补充滤渣和滤液，通过补充滤渣或补充滤液的方式来在线调控搅拌站内的钢渣矿浆的浓度，采用湿磨钢渣矿浆作充填细骨料和用水，不仅减少了水资源浪费和水污染，而且充分利用了矿浆中的有益成分，提高了充填料浆流动性及充填体抗压强度。

进一步的技术方案，所述滤渣料仓上安装有水分监测器，用于监测滤渣的水分。

进一步的技术方案，还包括自动控制器，所述滤渣料仓的出料口处和所述滤液池的排水口处的闸阀以及所述滤渣料仓上的水分监测器均连接至自动控制器，通过自动控制器自动控制闸阀的开合，能够根据钢渣矿浆的浓度自动补充滤液或滤渣。

进一步的技术方案，还包括干燥塔和设置在其下方的干式球磨机，所述干燥塔安装在所述离心机的下方；经所述离心机过滤出的滤渣通过传送带输送入所述干燥塔内，所述干燥塔的出料口与所述干式球磨机的进料口相通，干燥塔和干式球磨机可以将多余的滤渣制备成超细钢渣微粉。

进一步的技术方案，还包括蒸发塔，所述蒸发塔安装在所述滤液池的下方，所述蒸发塔的进水口与所述滤液池的出水口相通，蒸发塔可以将多余的滤液制备成矿山充填添加剂。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，该系统经自动控制器调控滤渣料仓和滤液池的闸阀自动开合来分别补充滤渣和滤液，并通过补充滤渣或补充滤液的方式来在线调控钢渣矿浆的浓度；其中，充填料浆浓度根据钢渣矿浆、滤渣水分、滤液以及其他充填干材料决定，钢渣矿浆为充填料浆提供细骨料和水分，该系统中钢渣作为细骨料，使提高充填料浆流动性及充填体抗压强度。

(2)本实用新型的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，该系统将湿磨工序与充填料浆制备工序结合，能够充分利用钢渣矿浆中浆液离子对充填抗压强度的贡献，用钢渣矿浆作充填细骨料和用水，不仅减少了水资源浪费和水污染，而且充分利用了矿浆中的有益成分。

(3)本实用新型的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，该系统的湿式立式球磨机能针对不同种类钢渣进行湿磨处理，且处理量大，湿磨处理后的钢渣矿浆分离后的滤渣不仅作为细骨料用于充填料制备，而且可制备超细钢渣微粉，钢渣矿浆分离后滤液可制备矿山充填添加剂，为大宗量处理钢渣提供了有效途径。

(4)本实用新型的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，该系统的浆状充填料用水来自钢渣矿浆的滤液，能够根据充填料浆浓度自动调节钢渣矿浆浓度，能够实现湿磨钢渣矿浆滤水全部用于充填料用水，为湿磨浆状矿物掺合料的制备提供了全利用的途径。

附图说明

图1为本实用新型的生产系统的工艺流程图；

图2为本实用新型的生产系统的整体结构示意图。

图中：

1、湿式立式球磨机；2、离心机；3、滤液池；

4、滤渣料仓；41、水分检测器；

5、传送带；6、搅拌站；7、胶材仓；8、干燥塔；9、干式球磨机；10、蒸发塔；11、闸阀。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

实施例1

本实施例的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，如图1和图2所示，包括用于调控水固比来湿磨不同种类钢渣的湿式立式球磨机1、用于钢渣矿浆过滤的离心机2、用于贮存滤液的滤液池3、用于贮存滤渣的滤渣料仓4、用于钢渣矿浆与矿粉等矿山充填料搅拌的搅拌站6和用于贮存胶材的胶材仓7；所述湿式立式球磨机1安装在所述离心机2的上方，所述离心机2安装在所述搅拌站6的上方，所述滤液池3和所述滤渣料仓4均安装在所述离心机2和所述搅拌站6之间，所述胶材仓7设置在所述搅拌站6上方。所述湿式立式球磨机1的出料口分别接通所述离心机2的进料口和所述搅拌站6的进料口；所述离心机2过滤出的滤渣通过传送带5输送入所述滤渣料仓4内，所述离心机2的滤液出口与所述滤液池3的进水口相通，所述滤液池3的排水口和所述滤渣料仓4的出料口均接通所述搅拌站6，并且在所述滤渣料仓4的出料口处和所述滤液池3的排水口处均安装有闸阀11；所述胶材仓7的出料口与所述搅拌站6的进料口相通。

其中，钢渣原料(20～40mm钢渣块)首先经过湿式立式球磨机1进行湿磨，湿磨出的一部分钢渣矿浆输送入搅拌站6中，另一部分钢渣矿浆输送入离心机2中，进行滤渣和滤液的分离，分离后的滤液输送入滤液池3中进行贮存，分离后的滤渣一部分通过传送带5输送入滤渣料仓4内进行贮存，滤渣料仓4上安装有水分监测器41，用于监测离心机2分离后的滤渣的水分，水分监测器41连接至自动控制器。本系统还包括用于干燥多余滤渣的干燥塔8和用于多余滤渣再磨的干式球磨机9。干燥塔8安装在所述离心机2的下方，离心机2将分离出来的另一部分多余的滤渣通过传送带5输送入干燥塔8内，干式球磨机9安装在干燥塔8的下方，干式球磨机9的进料口与干燥塔8的出料口相通，多余的滤渣先经过干燥塔8进行干燥，干燥完成后的滤渣进入干式球磨机9中再磨成为超细钢渣微粉。

进一步的，滤渣料仓4的出料口处和滤液池3的排水口处安装的闸阀11均连接至自动控制器，自动控制器用于控制闸阀11的自动开合。当搅拌站6内的钢渣矿浆浓度符合要求值时，即钢渣矿浆浓度×(湿磨水固比+1)＝1时，滤渣料仓4和滤液池3的闸阀11均处于闭合状态。当搅拌站6内的钢渣矿浆浓度×(湿磨水固比+1)>1时，自动控制器控制滤渣料仓4的出料口处的闸阀11打开，滤渣料仓4内的滤渣通过管道输送入搅拌站6内，直至搅拌站6内的钢渣矿浆浓度符合要求值，自动控制器控制滤渣料仓4的出料口处的闸阀11闭合。当搅拌站6内的钢渣矿浆浓度×(湿磨水固比+1)<1时，自动控制器控制滤液池3的排水口处的闸阀11打开，滤液池3内的滤液通过管道输送入搅拌站6内，直至搅拌站6内的钢渣矿浆浓度符合要求值，自动控制器控制滤液池3的排水口处的闸阀11闭合。通过此种设计本实施例可以通过补充滤渣或补充滤液的方式来实现在线自动调控搅拌站6内的钢渣矿浆浓度。

本系统还包括用于多余滤液蒸发结晶为添加剂的蒸发塔10，滤液池3中多余的滤液输送至蒸发塔10中进行蒸发结晶形成添加剂。本实施例中的湿式立式球磨机1能针对不同种类钢渣进行湿磨处理，且处理量大，湿磨后的钢渣矿浆不仅可以作为充填细骨料和用水，而且钢渣矿浆经过分离后的滤渣可经过干燥后再磨制备成超细钢渣微粉，分离后的滤液可以通过蒸发塔10制备成矿山充填添加剂，为大宗量处理钢渣提供了有效途径。

将本系统的湿磨工序与充填料浆制备工序结合，矿山充填料由胶材、添加剂、细骨料和水组成，胶材与添加剂一起称为灰，并按钢渣矿浆占充填料重量百分比、充填料灰砂比、添加剂在灰中占比分别在钢渣矿浆中加入矿粉、添加剂和尾矿细骨料，一起在搅拌站6中进行搅拌，制作成矿山充填料浆。其中细骨料重量由尾矿细骨料重量和湿磨钢渣干重组成，两者的重量比为0:1～2.5:1，此重量比简称为尾矿与钢渣骨料比。在充填料浆制备工序中根据矿山充填料的料浆浓度、灰砂比和尾矿与钢渣骨料比计算钢渣矿浆占充填料重量百分比。从而充分利用钢渣矿浆中浆液离子对充填抗压强度的贡献，用钢渣矿浆作充填细骨料和用水，能够实现湿磨钢渣矿浆滤水全部用于充填料用水，为湿磨浆状矿物掺合料的制备提供了全利用的途径，不仅减少了水资源浪费和水污染，而且充分利用了矿浆中的有益成分。并且该系统中钢渣作为细骨料，使充填料浆流动性及充填体抗压强度均比铁尾矿等尾矿性能好。

湿磨后的钢渣细度应与铁尾矿等细骨料细度相差不大。其中细度的测试方法为：采用SBT-127型勃氏比表面积仪按《水泥比表面积测定方法—勃氏法》(GB/T 8074-2008)测试钢渣粉比表面积(m²/kg)；粒度测试方法使用《粒度分布——激光衍射法》(GB/T 19077-2016)，采用LS-C(IIA)型激光粒径分析仪测试钢渣粉粒径组成(μm)，测试指标为平均粒径D_p，其公式为：

式中，D_p为平均粒径，D_i为每组筛分粒级上限粒径和下限粒径的平均值(μm)，A_i为每组粒级所占质量分数(％)。充填料的制备与充填料浆流动性、充填体抗压强度的测试参照标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)、《金属非金属矿山充填工程技术标准(网上征集意见稿)》、《矿山采空区充填用尾砂混凝土》(JC/T 2478-2018)。

本实用新型基于的实施例，钢渣在湿式立式球磨机1中，磨至取样(烘干)的勃氏比表面积为130-200m²/kg、激光粒度平均粒径为40-100μm。实施例中，将800g钢渣尾渣放入湿式立式球磨机1中，给矿浓度为50％，湿磨30min，出料后过滤并将湿磨滤液留存，过滤后的钢渣经过干燥塔8烘干制得湿磨钢渣泥粉，其细度如表1所示。其与全粒级铁尾矿细骨料细度相近，铁尾矿细骨料细度如表2所示。

表1湿式球磨30min的钢渣泥粉细度

表2铁尾矿细骨料细度

实施例1

钢渣泥粉替代铁尾矿作细骨料。

(1)将从湿磨机出料的钢渣矿浆抽滤，滤液留存，滤上烘干为钢渣泥粉，勃氏比表面积为153m²/kg、激光粒度平均粒径为58.97μm；

(2)制备基准矿山充填料：铁尾矿为细骨料，高炉水渣微粉与添加剂一起为胶凝材料，料浆浓度为62％、灰砂比为1:6，配料用水为自来水；其中一组充填料中，胶材占比8.9％、细骨料占比53.1％、自来水占比38％。

(3)用钢渣泥粉分别替代30％和15％的全粒级铁尾矿作细骨料，其他条件同基准组，制备钢渣细骨料基矿山充填料，钢渣泥粉替代尾矿作细骨料的效果如表2。

表2湿磨钢渣泥粉替代部分尾矿的充填料性能

实施例2

湿磨钢渣滤液替代自来水。

在基准组基础上，用湿磨钢渣滤液替代充填料用水，制备充填料，结果如表3。

表3湿磨钢渣滤液替代用水的充填料性能

实施例3

湿磨800g钢渣两组，其钢渣矿浆浓度为50％，用钢渣矿浆全部替代铁尾矿作细骨料，补钢渣矿浆的滤渣，滤渣占比公式为：

结果如表4所示。

表4湿磨钢渣矿浆全部用于制备充填料的充填料性能

下面结合实施例对本实用新型进一步的描述。

由实施例1可知，湿磨的钢渣泥粉替代部分铁尾矿作细骨料，增强了充填料浆流动性和充填体强度，且随着钢渣替代量的增大而增大，这是湿磨钢渣仍具有一定的活性和钢渣硬度比尾矿大共同作用的结果。湿磨钢渣过程会消耗钢渣活性，从而降低钢渣建材的安定性风险，湿磨后的钢渣仍具有相当的硬度，因此湿磨钢渣以一种骨料的身份制备矿山充填料，不仅使产品性能提高，而且大掺量的利用了钢渣，明显降低了生产成本。

由实施例2可知，湿磨滤液不仅增大了充填料浆的流动性，还增强了充填体强度，这是因为湿磨滤液中含有有利于促进钢渣和其他胶凝材料活性激发的离子。因此，湿磨钢渣矿浆的水分具有相当的价值，将其利用于制备矿山充填料，不仅环保，又降低了成本，还提高了产品性能。

由实施例3可知，湿磨钢渣矿浆通过补滤渣，与胶材一起搅拌为充填料浆，不仅增强了充填料浆流动性，并提高了充填体强度。

综上所述，一方面，钢渣经过湿磨水洗处理，钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁得到大部分的消解而生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，使得其对钢渣基矿山充填的体积安定性的影响大幅度减小，从而降低钢渣体积安定性不良的影响；另一方面，钢渣硬度大，随着磨细程度增加，湿磨钢渣将消耗其部分胶凝活性而成为一种硬度大、活性低的材料，适宜作建材骨料；另外，湿磨钢渣滤水含有利于促进钢渣和矿粉活性激发的离子，如Ca²⁺、Al³⁺、Si⁴⁺等，对体系的强度增长具有积极作用用其替代制备混凝土用水，不仅使流动性增强，而且抗压强度有一定的提高，将湿磨钢渣矿浆的水利用于制备矿山充填混凝土中，不仅环保，又降低了成本，还提高了产品性能。并且通过在线补充滤渣或滤液的方式，能够实现湿磨钢渣矿浆滤水全部用于充填料用水，为湿磨浆状矿物掺合料的制备提供了全利用的途径，不仅减少了水资源浪费和水污染，而且充分利用了矿浆中的有益成分，不仅增强了充填料浆流动性，并提高了充填体强度。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，其特征在于：包括湿式立式球磨机(1)、离心机(2)、滤液池(3)、滤渣料仓(4)、搅拌站(6)和胶材仓(7)；所述湿式立式球磨机(1)的出料口分别接通所述离心机(2)的进料口和所述搅拌站(6)的进料口；所述离心机(2)过滤出的滤渣通过传送带(5)输送入所述滤渣料仓(4)内，滤液出口与所述滤液池(3)的进水口相通，所述滤液池(3)的排水口和所述滤渣料仓(4)的出料口均接通所述搅拌站(6)，并且在所述滤渣料仓(4)的出料口处和所述滤液池(3)的排水口处均安装有闸阀(11)；所述胶材仓(7)的出料口与所述搅拌站(6)的进料口相通。

2.根据权利要求1所述的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，其特征在于：所述滤渣料仓(4)上安装有水分监测器(41)。

3.根据权利要求2所述的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，其特征在于：还包括自动控制器，所述滤渣料仓(4)的出料口处和所述滤液池(3)的排水口处的闸阀(11)以及所述滤渣料仓(4)上的水分监测器(41)均连接至自动控制器。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，其特征在于：还包括干燥塔(8)和设置在其下方的干式球磨机(9)，所述干燥塔(8)安装在所述离心机(2)的下方；经所述离心机(2)过滤出的滤渣通过传送带(5)输送入所述干燥塔(8)内，所述干燥塔(8)的出料口与所述干式球磨机(9)的进料口相通。

5.根据权利要求4所述的一种用于生产矿山充填混凝土的钢渣矿浆的生产系统，其特征在于：还包括蒸发塔(10)，所述蒸发塔(10)安装在所述滤液池(3)的下方，所述蒸发塔(10)的进水口与所述滤液池(3)的出水口相通。

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