球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料及其在製備混凝土中的應用的製作方法

2023-12-07 01:02:21 2

專利名稱：：球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料及其在製備混凝土中的應用的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料及製備混凝土的應用方法，屬於建材、環保
技術領域：
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背景技術：
：鋼渣是鋼鐵企業煉鋼過程中產生的副產品，絕大部分為轉爐鋼渣，目前，由於國內各大鋼鐵公司的轉爐鋼渣絕大部分仍採取粗放型的溼法處理方式，即紅熱鋼渣經打水淬裂成塊渣後，送渣場破碎、磁選和篩分，磁選後的尾渣在含鐵量(TFe含量20X左右)較高的情況下，除小部分用於生產鋼渣粉在建材領域得到應用外，大部分尾渣則被用於築路與填埋土地等，不僅浪費資源，而且汙染環境。轉爐鋼渣中一般含有5%9%的金屬鐵和14%20°/。的含鐵磁性物質。目前國內外鋼鐵工業採用各種方法破碎轉爐鋼渣，以提取鋼渣中的鐵和鐵磁性物質，作為煉鐵原料回收利用。一般情況，破碎的塊度愈小，提取金屬鐵和含鐵磁性物質的比例也愈高，為此，國內部分鋼鐵企業採用溼法水洗球磨技術對粒度較小的鋼渣進行磨碎、水洗、磁選處理，儘可能多的回收鋼渣中的含鐵成分，生產粒鋼和鋼精粉，同時也產生大量的鋼渣汙泥。如果不採取有效技術措施對鋼渣汙泥進行合理利用，大量的汙泥將對環境造成汙泥，同時佔用大量的土地，對鋼鐵企業的清潔生產和環境保護將非常不利。迄今為止，國內採用球磨生產線深度處理鋼渣尾渣回收渣鋼的鋼廠很少，其鋼渣尾泥均用於生產免燒磚或建築砌磚，由於受生產成本及銷售市場的限制，基本是虧本經營。因此，這種鋼渣尾泥有待於在其他領域中得到開發利用。混凝土已經成為全世界建築行業的主要結構材料，而活性超細粉體也隨著建築業的發展已經成為國內生產混凝土不可缺少的摻合料。鋼渣活性超細粉體本身就是微晶結構，採取恰當的活化方法或者直接使用同樣可以作為混凝土的原料。摻有超細鋼渣粉的混凝土具有水化熱低、抗侵蝕、抗微縮、與鋼筋的結合力強、後期強度高等特點，能顯著改善混凝土的強度和耐久性，應用領域更加廣泛，同時可以使混凝土的成本大大降低。使用超細鋼渣摻合料，每立方米混凝土可節約成本2040元。同時利用活性鋼渣粉作為混凝土的高效摻合料對於改善環境保護、促進國民經濟的可持續發展具有重大的社會意義。CN1401607公開了一種用於混凝土的複合型低放熱高活性超細粉摻合料及其製造方法和其性能檢驗方法。該複合型低放熱高活性超細粉摻合料由鋼渣、粉煤灰、粒化高爐礦渣、磷渣中不少於二種廢渣加少量石膏複合製成。其中按重量百分比計算為1.鋼渣5095%，粉煤灰550%;2.鋼渣1585%，粒化高爐礦渣1080%，粉煤灰550%，石膏05%;3.鋼渣1585%,磷渣1080%，粉煤灰550%，石膏05%。該複合型摻合料比表面積》倫7kg，均勻性指數》80%(重量)，活性指數》75%(強度比值)，流動度比》95%，摻入水泥中取代30%水泥時使膠凝材料3天水化放熱量減少20%以上，7天水化放熱量減少15%以上。該複合型摻合料採用以下三種方法之一製造(l)將各種原料分別單獨粉磨至比表面積^400m7kg，然後按照給定比例混合均勻。(2)將各種原料分別單獨粉磨至比表面積》200m7kg，按照給定比例混合，然後將混合物粉磨至比表面積400m7kg。(3)將各種原料分別粉碎至直徑小於50mm，按照給定比例混合，然後將混合物粉磨達到比表面積》400m7kg。CN1318528公開了一種水泥和混凝土高效摻合料，其特徵在於是由含有鋼渣、錳渣、鎂渣、鎳渣、礦渣等冶金工業廢渣和激發劑混合而成的混合體。
發明內容為了進一步開拓球磨鋼渣尾泥的資源化利用途徑，克服現有技術中混凝土摻合料資源不足的問題，本發明提供一種球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料及其在混凝土生產上的應用，實現球磨鋼渣尾泥高附加值利用的同時，使混凝土的綜合性能得到提高。發明概述本發明研究發現，鋼渣經水洗球磨後產生的尾泥，除含鐵量減少外，其他主要成分與鋼渣相比變化不大，而且球磨鋼渣尾泥經水洗處理後，其中的游離氧化鈣和氧化鎂大部分得到消解生成了Ca(OH)2和Mg(OH)2，使得其作為慘合料對鋼渣水泥和混凝土的體積安定性的影響大幅度減小。而國內建材領域的學者認為，經溼法水洗球磨處理後的鋼渣尾泥，其化學活性與水硬活性均有較大程度的降低，並不適於生產高附加值的建材產品，只適合於生產建築砌磚和免燒磚等，這不僅大大限制球磨鋼渣尾泥的應用，而且鋼渣的價值也未得到最大化利用。國內至今未見將球磨鋼渣尾泥活性粉作為摻合料成功應用於混凝土生產的報導。本發明克服現有技術的偏見，首次成功地將球磨鋼渣尾泥活性粉用於混凝土生產，球磨鋼渣尾泥的含水量較高，在20%左右，在應用於混凝土生產前，需對其進行烘乾脫水和破碎處理。發明詳述一種球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料，重量份組成為鋼渣尾泥100份，天然石膏5-8份，經球磨機粉磨至勃氏比表面積至500ra7kg-600m7kg。所述的鋼渣尾泥為轉爐鋼渣經溼法球磨機磨碎、水洗、選鐵後所產生的汙泥，並經熱處理含水量在4%以下。本發明球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的製備方法，步驟如下(1)將含水量較高的大塊球磨鋼渣尾泥餅破碎至50100cm，自然晾曬或利用冶金生產的廢熱進行鼓熱風，使球磨鋼渣尾泥的含水率至910%。(2)採用顎式破碎機將步驟(1)得到的球磨鋼渣尾泥破碎至910cm，在10(TC120t;溫度進行烘乾熱處理，使球磨鋼渣尾泥的含水率降至4%以下，冷卻至283(TC。上述在10(TC12(TC溫度進行烘乾熱處理是利用冶金生產的餘熱鍋爐產生的蒸汽作為熱源的。(3)將天然石膏破碎至510mm，按球磨鋼渣尾泥重量的58y。wt取天然石膏，與破碎後的球磨鋼渣尾泥一起送入球磨機粉磨，磨至勃氏比表面積至500m7kg-600m7kg，出料即得。在生產過程中，由於從水洗球磨系統出來的鋼渣餅泥含水量較高，且粘性較強，不利於後續工藝的直接加工利用，必須通過烘乾預處理對尾泥進行乾燥後才能進行後續的活化處理。本發明的方法為節約能源，在生產條件允許的情況下，在烘乾處理前將含水量較高的大塊溼球磨鋼渣尾泥餅經簡單破碎至50100cm左右後，利用陽光和自然風進行自然晾曬，使尾泥的含水率至10%左右。若生產安排比較緊湊時，則可以考慮利用就近的冶金生產工序的廢熱進行鼓熱風進行快速烘乾使含水率降至4%以下。本發明球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的應用，其特徵在於用作混凝土的摻合料。按照國家"普通混凝土配合比技術規定"，以300450kg/i^的水泥膠材標準總量計，摻入水泥膠材標準總量的2040。/。wt的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料，等量替代部分水泥膠材，配製不同強度的混凝土，混凝土其他配料按現有技術及國家標準。以上方法所得混凝土的性能和抗壓強度按GB/50080—2002、GB/50081—2002要求進行測試。混凝土澆注後，在實驗室靜置24h後拆模，然後在養護室標準養護。抗壓強度採用100mmX100咖XIOOmra立方體試件。以上方法所得混凝土產品是C20C45強度等級的混凝土，適合於泵送要求。與現有技術相比，本發明的技術特點及優良效果如下1、本發明所採用的球磨鋼渣尾泥與常規的鋼渣不同，是常規轉爐鋼渣經破碎磁選後的鋼渣尾渣，再經水洗球磨T藝處理後產生的尾泥，由於球磨鋼渣尾泥經水洗處理後，其化學活性與水硬活性與常規鋼渣相比均有較大程度的降低，但尾泥中的游離氧化鈣和氧化鎂經水洗後大部分得到消解生成了Ca(OH)2和％(OH)2，使得其作為摻合料對鋼渣水泥和混凝土的體積安定性的影響遠遠小於常規鋼渣所造成的不良影響。2、本發明將球磨鋼渣尾泥粉作為活性摻合料成功應用於混凝土的生產，在不影響混凝土力學強度的前提下，消除游離氧化鈣對混凝土體積安定性的不良影響，可以節約水泥，降低混凝土的生產成本，增加經濟性。2、球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料具有物美價廉的優點，在等量替代部分水泥膠材後附加值大幅度提高，在混凝土泵送過程中，它還發揮著良好的微珠效應，增強混凝土的可泵性和抗侵蝕能力，硬化過程中還能發揮其活性效應。3、球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料摻入混凝土後，能降低混凝土的水化熱溫升，保證混凝土早期強度，提高後期強度，增強混凝土的抗磨損性能和抗腐蝕性能，提高混凝土耐久性。且由於這種混凝土力學強度好，微膨脹，抗滲水性好，耐腐蝕，水化熱低，和易性好等優點，可以滿足絕大部分的土木工程要求。4、在混凝土強度等級不變的前提下，水泥膠材總量是一個關鍵參數，混凝土中摻入的水泥膠材越少，混凝土的生產成本越低；本發明以300450kg/r^的水泥膠材標準總量計，摻入水泥膠材標準總量的2040。/。wt的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料，等量替代水泥膠材，較大地降低了混凝土生產成本。5、本發明最突出的特點在於高效利用了鋼鐵企業的固體廢棄物，充分反映了變廢為寶，發展循環經濟的特點，且生產工藝簡單，混凝土生產成本顯著降低，經濟效益、社會效益和環境效益顯著。具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明，但不限於此。實施例中所用的球磨鋼渣尾泥產自萊蕪鋼鐵泰東實業公司資源利用分公司，轉爐煉鋼鋼渣採用露天水淬法處理，經"三破五選"後的尾渣，粒徑《5mm的顆粒佔95X以上，經溼法水洗球磨機磨碎、水洗、選鐵後所產生的汙泥。球磨鋼渣尾泥的化學成分如表l所示。表1球磨鋼渣尾泥主要化學成分分析結果tableseeoriginaldocumentpage5實施例中的混凝土的原料如下:選用P.O42.5水泥作為水泥膠材；選用粒徑為531.5mm、含泥量為0.6%、泥塊含量為0.3%、針片狀顆粒含量為8%、壓碎指標值為17%、表觀密度為2680kg/W的碎石作為粗骨料；選用細度模數為3.1、含泥量為1.6%、泥塊含量為0.5%、表觀密度為2590kg/n)3的河砂為細骨料；選用減水率達20%以上的市售GT—C2高效減水劑作為混凝土減水劑。實施例l:球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料及在製備混凝土中的應用球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料，重量份組成為鋼渣尾泥100份，天然石膏5份。製備方法如下(1)將含水量較高的大塊溼球磨鋼渣尾泥餅經簡單破碎至50100cm後，利用陽光和自然風進行自然晾曬，使球磨鋼渣尾泥的含水率至10%;(2)上述經自然涼曬後的球磨鋼渣尾泥，採用顎式破碎機將大塊的尾泥破碎至10cm下，利用鋼鐵企業餘熱鍋爐產生的蒸汽作為熱源對含水量在l(^的鋼渣尾泥在10(rC120'C溫度進行烘乾熱處理，使尾泥的含水率降至4%以下，冷卻至3(TC。(3)將天然石膏破碎至10咖以下，按5%的重量比與破碎後的球磨鋼渣尾泥一起送入球磨機粉磨，使鋼渣尾泥粉的勃氏比表面積至500m7kg-550m7kg;得球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料。按規定每立方米混凝土中P.O42.5水泥膠材總量原應為320kg標準計，將以上步驟(3)得到的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料等量代替20y。wt的水泥膠材，即每立方米混凝土按以下重量比配料P.042.5水泥256kg，球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料64kg，水160kg，粗骨料(石子)丄。15kg，細骨料(砂)860kg，減水劑按0.025。/。的比例加入即可。產品性能列於表3中。實施例2-6:球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料製備方法同實施例1，所不同的是球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料應用時配料重量比各不相同，具體用量及產品性能見表2。表2球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料應用實例12566416086010150.025200.546822.526.632.022249616086010150.033300.5466.518.821.025.5319212816086010150.033400.546615.717.322.843047615082010050.025200.39451434.938.245.8526611415082010050.029300.3945627.831.435.6622815215082010050.025400.39451117.322.527.97352881507809950.025200.34441536.538.848.78308m1707809950.025300.394419.527.330.740.492641761807809950.033400.41441819.625.130.5表2中混凝土產品性能的檢測方法按國際標準。實施例7:球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料及應用球磨鋼渣尾泥活性粉作混凝土摻合料，重量份組成為鋼渣尾泥100份,天然石膏7份。製備方法同實施例l。將以上球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料等量代替30。/。wt的水泥膠材(按規定每立方米混凝土中P.O42.5水泥膠材總量原應為320kg)，即每立方米混凝土按以下重量比配料P.O42.5水泥224kg，球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料96kg,水160kg，粗骨料(石子)1015kg，細骨料(砂)860kg，減水劑按O.025%的比例加入即可。每m"昆凝土材料用量(kg)實施例1減水水泥的摻合水砂石子劑％料水膠比抗壓強度(MPa)坍落度cm3d7d28d實施例合取水量摻料代泥砂率％權利要求1、一種球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料，重量份組成為鋼渣尾泥100份，天然石膏5-8份，經球磨機粉磨至勃氏比表面積至500m2/kg-600m2/kg；所述的鋼渣尾泥為轉爐鋼渣經溼法球磨機磨碎、水洗、選鐵後所產生的汙泥，並經熱處理含水量在4％以下。2、球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的製備方法，步驟如下(1)將大塊球磨鋼渣尾泥餅破碎至50100cm，肖然晾曬或利用冶金生產的廢熱進行鼓熱風，使球磨鋼渣尾泥的含水率至910%;(2)採用顎式破碎機將步驟(1)得到的球磨鋼渣尾泥破碎至910cm，在100'C12(TC溫度進行烘"f熱處理，使球磨鋼渣尾泥的含水率降至4%以下，冷卻至283(TC;(3)將天然石膏破碎至510ram，按球磨鋼渣尾泥重量的58。/。wt取天然石膏，與破碎後的球磨鋼渣尾泥一起送入球磨機粉磨，磨至勃氏比表面積至500m7kg-600inVkg，出料即得。3、如權利要求2所述的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的製備方法，其特徵在於步驟(2)所述的在10(rC12(TC溫度進行烘乾熱處理是利用冶金生產的餘熱鍋爐產生的蒸汽作為熱源的。4、權利要求l球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的應用，其特徵在於用作混凝土的摻合料。5、如權利要求4所述的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的應用，其特徵在於以300450kg/mS的水泥膠材標準總量計，摻入水泥膠材標準總量的2040y。wt的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料，等量替代水泥膠材，配製不同強度的混凝土。6、如權利要求5所述的球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料的應用，其特徵在於所得混凝土產品是C20C45強度等級的混凝土。全文摘要本發明涉及一種球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料及在製備混凝土中的應用。首先將含水量較高球磨鋼渣尾泥自然風乾晾曬至含水率10％以下，然後在一定的溫度進行烘乾脫水熱處理，使鋼渣尾泥的含水量降至4％以下內，將天然石膏與烘乾破碎後的球磨鋼渣尾泥按比例配入球磨機粉磨至一定的細度，即可作為混凝土摻合料應用；採用合適的混凝土配合比，球磨鋼渣尾泥活性粉摻合料可以按20～40％wt部分替代水泥膠材，即可製備C20～C45強度等級的混凝土。本發明高效利用了鋼鐵企業的固體廢棄物，變廢為寶，且生產工藝簡單，混凝土生產成本顯著降低，具有良好的經濟效益和環境效益。文檔編號C04B28/08GK101544480SQ20091001485公開日2009年9月30日申請日期2009年4月28日優先權日2009年4月28日發明者劉智偉,劉永恆,劉汝海,孫業新,孫慶亮,張桂華,李志峰,毛開金,丹江,瑋王,種振宇,管山吉,董曉春申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司