用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料及其应用.pdf

本发明公开了用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料及其应用，所述性能调节材料由电炉还原渣、煤渣、淀粉类聚合物或聚乙烯醇混合制成，其应用是将性能调节材料与钢渣混合后在高温作用下发生化学反应，提高钢渣的水化与胶凝活性。本发明利用电炉还原渣和煤渣以及少量的淀粉类聚合物或聚乙烯醇生产性能调节材料，再与钢渣进行混合，在一定温度下使二者发生化学反应，提高转炉钢渣的水化与胶凝活性。反应后钢渣中游离氧化钙含量小于2％，活化后的钢渣粉在比表面积为400～500m2/kg时，28d活性指数大于85％。本发明方法制备的活化钢渣粉，可作为水泥混合材或混凝土掺合料，广泛用于工业与民用建筑、水利、道路和机场等建设工程。

1、  用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料，其特征在于由如下组分按重量份数混合制成：
电炉还原渣                    50～95
煤渣                          0～50
淀粉类聚合物或聚乙烯醇        0～5。

2、  根据权利要求1所述的性能调节材料，其特征在于所述电炉还原渣的主要化学组成重量百分比为：SiO₂10～25％、FeO 0.1～2％、Al₂O₃ 1～6％、CaO45～65％、MgO5～10％。

3、  根据权利要求1所述的性能调节材料，其特征在于所述煤渣的主要化学组成重量百分比为：SiO₂55～65％、Fe₂O₃ 1～6％、Al₂O₃ 16～23％、CaO1～3％、MgO0～3％。

4、  根据权利要求1所述的性能调节材料，其特征在于所述淀粉类聚合物为保塑性淀粉、增稠性淀粉、保塑增稠淀粉中的一种或两种以上。

5、  权利要求1～4任一项所述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，其特征在于包括如下步骤：
(1)将性能调节材料与钢渣按如下重量份数混合：
性能调节材料            10～30
钢渣                    70～90；
(2)使步骤(1)的混合料在900～1600℃的活化温度下发生重构反应，对重构后的钢渣采用破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积400～500m²/kg。

6、  根据权利要求5所述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，其特征在于所述破碎机为颚式破碎机。

7、  根据权利要求5所述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，其特征在于步骤(2)所述活化温度为900～1600℃，重构反应的时间为10～60min。

8、  根据权利要求5所述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，其特征在于，重构后的钢渣中游离氧化钙重量百分比含量小于2％，和掺量为水泥重量的30％时28d活性指数大于85％。

用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料及其应用
技术领域
本发明涉及钢渣胶凝性技术领域，具体涉及用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料及其应用。
背景技术
钢渣作为炼钢时的废渣，一般为粗钢产量的20％左右。近年来，随着我国钢铁工业的快速发展，钢渣的堆积量逐年增长，不仅占用了大量的土地，也造成了严重的环境污染。转炉钢渣的矿物组成主要为硅酸三钙、硅酸二钙、铁酸钙、氧化铁、游离钙和RO相等，其中硅酸盐矿物为胶凝活性矿物，因此，钢渣在用作水泥混合材或混凝土掺合料等方面具备具有良好的利用潜力。但是，由于钢渣中的矿相存在：(1)C₃S中固溶有铁、硫等；(2)C₂S中固溶有磷且部分C₂S以低活性的γ-C₂S形态存在；(3)铁铝酸盐中铝含量低和(4)晶粒粗大、结构致密等特点，导致水化和胶凝活性差，同时，由于f-CaO、方镁石(MgO)所致的安定性差等问题，严重制约了钢渣作为辅助性胶凝材料在水泥、混凝土行业的广泛利用。目前，钢渣在水泥混凝土工业的利用率仅约10％，其主要利用方式是用作筑路材料、回填料等，只能说是一种低附加值的利用模式。因此，开拓新技术或研发新装备，改善钢渣的胶凝活性，既可一定程度上减轻水泥、混凝土工业辅助性胶凝材料不足的压力和降低水泥、混凝土生产成本，又可为钢厂减轻环境压力和产生经济效益。
就改善钢渣的物化和胶凝性能，国内外众多学者开展了大量工作，钢渣活化是迄今为止的主流性研究工作，主要为：
机械力活化，通过研磨，钢渣颗粒变小，比表面积增大，粉磨能量中的一部分转化为新生颗粒的内能和表面能，同时颗粒表面形成易溶于水的非晶态结构，因而钢渣活性提高。甄广常等在水泥中掺入30～50％的磨细钢渣粉，制备了52.5复合硅酸盐水泥。但是，钢渣易磨性差，粉磨能耗高，而且通过此方法其胶凝活性的提高也有限。
压蒸养护，通过压蒸养护，可促进硅酸盐矿物、镁橄榄石、黄长石等惰性或低活性矿物发生水热反应。Yasumasa Fukashima提出，压蒸加速了钢渣与矿渣混合料的水化，可制备出托贝莫来石含量达20％以上的各种道路建筑材料制品；钱光人、徐光亮等通过采用压蒸手段加速了低碱度钢渣的水化速度，制备出了蒸压强度50MPa以上的石英砂橄榄石类钢渣胶凝材料。
化学激发，化学激发是通过化学的作用(一般是掺加化学外加剂)加速钢渣的水化硬化。常用激发剂为石膏、熟料、石灰和碱金属的硅酸盐、碳酸盐氢氧化物等。林宗寿等以Na₂SiO₄+Na₂CO₃活化处理钢渣、粉煤灰，在掺量达35％时可稳定生产42.5早强型水泥。
以上活化措施均属于“后端”处理技术，是传统的方法，主要是建立在利用钢渣中所含有效或潜在的胶凝组分基础上，但由于钢渣在活性方面的先天性不足，性能改善的空间不大，而且每种方法也都存在着一定的局限性，也不具备普适性，对钢渣在水泥、混凝土行业的大规模应用意义不大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料及其应用。利用所述性能调节材料与熔融钢渣进行混合，于高温使两者发生化学反应，提高转炉钢渣的水化与胶凝活性。
本发明的主要内容是利用电炉还原渣和煤渣以及少量的淀粉类聚合物或聚乙烯醇生产钢渣的性能调节材料，利用高温使之与钢渣发生重构反应，提高转炉钢渣的活性。重构后钢渣中游离氧化钙含量小于2％，重构钢渣粉比表面积400～500m²/kg时，28d活性指数大于85％。具体技术方案如下：
用于对钢渣进行高温活化处理的性能调节材料，由如下组分按重量份数混合制成：
电炉还原渣                50～95
煤渣                      0～50
淀粉类聚合物或聚乙烯醇    0～5。
上的性能调节材料中，所述电炉还原渣的主要化学组成重量百分比为：SiO₂10～25％、FeO 0.1～2％、Al₂O₃1～6％、CaO45～65％、MgO5～10％。
上的性能调节材料中，所述煤渣的主要化学组成重量百分比为：SiO₂55～65％、Fe₂O₃1～6％、Al₂O₃16～23％、CaO1～3％、MgO0～3％。
上的性能调节材料中，所述淀粉类聚合物为保塑性淀粉、增稠性淀粉、保塑增稠淀粉中的一种或两种以上。
上述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，包括如下步骤：
(1)将性能调节材料与钢渣按如下重量份数混合：
性能调节材料              10～30
钢渣                      70～90；
(2)使步骤(1)的混合料在900～1600℃的活化温度下发生重构反应，对重构后的钢渣采用破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积400～500m²/kg。
上述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，所述破碎机为颚式破碎机。
上述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，步骤(2)所述活化温度为900～1600℃，重构反应的时间为10～60min。
上述的性能调节材料在对钢渣进行高温活化处理中的应用，重构后的钢渣中游离氧化钙重量百分比含量小于2％，和掺量为水泥重量的30％时28d活性指数大于85％。
本发明将性能调节材料和钢渣进行混合，在高温作用下二者发生化学重构反应，反应后钢渣中游离氧化钙含量小于2％，活化后的钢渣粉在比表面积400～500m²/kg和掺量为30％时，28d活性指数大于85％。本发明方法制备的活化钢渣粉，可作为水泥混合材或混凝土掺合料，广泛用于工业与民用建筑、水利、道路和机场等建设工程。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将所述的性能调节材料在高温下与钢渣发生化学重构反应，提高钢渣的水化与胶凝活性。
(2)从源头上实现钢渣水化与胶凝活性的提高和调控，克服“后端”处理中由于钢渣成分波动而引起活性差异大的缺点，保证钢渣的胶凝性能，推进钢渣在水泥、混凝土工业中的大规模应用。
(3)利用电炉还原渣和煤渣作为主要的性能调节组分，不需要任何激发剂，克服了单掺钢渣粉早期强度较低的缺点，同时实现了电炉还原渣、煤渣等工业废弃物的再资源化利用。
(4)参照国家标准GB/T20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》进行重构钢渣粉的性能试验。重构后钢渣中游离氧化钙含量小于2％，重构钢渣粉在比表面积为400～500m²/kg时，28d活性指数大于85％，可广泛应用于水泥混凝土行业，实现钢渣的高效再资源化利用。
(5)本发明将转炉钢渣和电炉还原渣得到最大限度的综合利用，它不仅能够保护环境、节约资源，节约水泥用量，减少CO₂排放，同时，也为钢渣的有效综合利用提供新的途径。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施作进一步说明。
实例1～4中涉及的钢渣、电炉还原渣、煤渣的化学组成如表1(重量百分比％)：
表1

实例1
性能调节材料各组分的重量份数如下：
电炉还原渣        95份(95克)
保塑性淀粉        5份(5克)
性能调节材料的应用：
1、将性能调节材料与韶关钢铁公司的钢渣按如下重量份数进行混合：
性能调节材料        10份(100克)
韶关钢铁公司钢渣    90份(900克)
2、将混合料在900℃温度下保温60min，使性能调节材料和钢渣发生重构化学反应；
3、采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积415m²/kg。
实例2
本实例中涉及煤渣的化学组成如下：(重量百分比％)
性能调节材料各组分的重量份数如下：
电炉还原渣        70份(140克)
煤渣              27份(54克)
增稠性淀粉        3份(6克)
性能调节材料的应用：
1、将性能调节材料与韶关钢铁公司的钢渣按如下重量份数进行混合：
性能调节材料      20份(200克)
韶关钢铁公司钢渣    80份(800克)
2、将混合料在1150℃温度下保温45min，使性能调节材料和钢渣发生重构化学反应；
3、采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积422m²/kg。
实例3
性能调节材料各组分的重量份数如下：
电炉还原渣          50份(150克)
煤渣                49.5份(148.5克)
聚乙烯醇            0.5份(1.5克)
性能调节材料的应用：
1、将性能调节材料与韶关钢铁公司的钢渣按如下重量份数进行混合：
性能调节材料        30份(300克)
韶关钢铁公司钢渣    70份(700克)
2、将混合料在1250℃温度下保温30min，使性能调节材料和钢渣发生重构化学反应；
3、采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积436m²/kg。
实例4
性能调节材料各组分的重量份数如下：
电炉还原渣          100份(150克)
性能调节材料的应用：
1、将性能调节材料与韶关钢铁公司的钢渣按如下重量份数进行混合：
性能调节材料        15份(150克)
韶关钢铁公司钢渣    85份(850克)
2、将混合料在1350℃温度下保温30min，使性能调节材料和钢渣发生重构化学反应；
3、采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积427m²/kg。
实例5
本实例中涉及的钢渣、电炉还原渣、煤渣的化学组成如表2(重量百分比％)：
表2

性能调节材料各组分的重量份数如下：
电炉还原渣          85份(170克)
煤渣                13份(26克)
保塑增稠淀粉        2份(4克)
性能调节材料的应用：
1、将性能调节材料与柳州钢铁公司的钢渣按如下重量份数进行混合：
性能调节材料        20份(200克)
柳州钢铁公司钢渣    80份(850克)
2、将混合料在1400℃温度下保温25min，使性能调节材料和钢渣发生重构化学反应；
3、采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积423m²/kg。
实例6
本实例中涉及的钢渣、电炉还原渣、煤渣的化学组成如表3(重量百分比％)：
表3

性能调节材料各组分的重量份数如下：
电炉还原渣          85份(85克)
煤渣                10份(10克)
增稠性淀粉            5份(5克)
性能调节材料的应用：
1、将性能调节材料与武汉钢铁公司的钢渣按如下重量份数进行混合：
性能调节材料          10份(100克)
武汉钢铁公司钢渣      90份(900克)
2、将混合料在1600℃温度下保温10min，使性能调节材料和钢渣发生重构化学反应；
3、采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨至比表面积419m²/kg。
实例1～6的重构钢渣粉，参照国家标准GB/T20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》进行性能试验，物理性能如表4所示。
表4

表4结果说明：将重构钢渣粉掺入水泥中，掺量为水泥重量的30％时28d活性指数均大于85％，且实例3、4的28天抗压强度超过基准水泥的强度。可见，利用电炉还原渣和煤渣作为主要的性能调节组分，在高温下与钢渣发生化学重构反应，提高钢渣的水化与胶凝活性。实现了转炉钢渣、电炉还原渣、煤渣等工业废弃物的再资源化利用。节能减排，为钢渣的有效综合利用提供新的途径。