CN109133694B - 一种高活性钢渣粉、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高活性钢渣粉、制备方法及应用，由钢渣尾渣和工业废渣原料与化学激发剂混合粉磨制成；以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22％‑23％SiO₂、17％‑18％Al₂O₃、3％‑4％Fe₂O₃、26％‑26.5％CaO、3％‑3.5％MgO。由钢渣转化而来，能够将钢渣尾渣(把混入钢渣的金属分离后称为钢渣尾渣)转化为建筑用料再利用，提高钢渣的消耗和无害化资源化处理进程。

Description

一种高活性钢渣粉、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及钢渣再利用技术领域，具体涉及一种使用钢渣尾渣制成的高活性钢渣粉、生产方法及应用。

背景技术

钢渣是炼钢产生的副产品，2016年我国的粗钢产量达8.1亿吨，钢渣产生率为粗钢产量的8％～15％，达到1.0亿吨左右。90％钢渣没有被得到应用处理，这些露天储存的冶炼废渣堆存不仅侵占土地，而且污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。

目前，钢渣无害化、资源化处理的有效技术为本领域亟需攻克的国内外技术难题。

发明内容

本发明提出一种高活性钢渣粉、制备方法及应用，由钢渣转化而来，能够将钢渣尾渣(把混入钢渣的金属分离后称为钢渣尾渣)转化为建筑用料再利用，提高钢渣的消耗和无害化资源化处理进程。

本发明的技术方案为：

一种高活性钢渣粉，由钢渣尾渣和工业废渣原料与化学激发剂混合粉磨制成；

以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22％-23％SiO₂、17％-18％Al₂O₃、3％-4％Fe₂O₃、26％-26.5％CaO、3％-3.5％MgO；

优选地，所述工业废渣为废石膏和/或固溶酸洗胶泥。

进一步地，以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22.4％-22.7％SiO₂、17.3％-17.5％Al₂O₃、3.1％-3.3％Fe₂O₃、26.1％-26.3％CaO、3.1％-3.3％MgO。

进一步地，以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22.65％SiO₂、17.5％Al₂O₃、3.25％Fe₂O₃、26.2％CaO、3.2％MgO。

进一步地，在所述原料中，以质量百分比计：

其中，所述钢渣尾渣占所述原料总量的90％～95％，所述工业废渣占所述原料总量的5％-10％，

所述化学激发剂的用量为所述原料总质量的0.02％-0.1％；

优选地，所述工业废渣加入量占所述原料总质量的7％-8％，所述化学激发剂的用量占原料总质量的0.05％-0.08％。

进一步地，所述化学激发剂为二元醇和/或三乙醇胺类的表面活性剂。

进一步地，所述钢渣尾渣的主要化学成分，以质量百分比计，包括：8％-20％SiO₂、4％-7％Al₂O₃、17％-29％Fe₂O₃、37％-43％CaO、7％-11％MgO。

进一步地，所述高活性钢渣粉的比表面积为450m²/kg-600m²/kg，按照胶砂比为5:5(钢渣粉国家标准活性胶砂比为3:7)测得所述高活性钢渣粉7天的活性指数≥72.4％，28天的活性指数≥77.5％。

所述高活性钢渣粉中，粒径小于12μm的颗粒占总量的80％以上(比如82％、85％、90％、95％、100％)。

本发明还提供了制备上述高活性钢渣粉的方法，具体步骤包括：

对钢渣尾渣计量、烘干后输送至原料库，与工业废渣、化学激发剂按照预设比例混合配料；

将配料后的混合料经球磨机粉磨一定细度后得到成品粉体。

优选地，所述混合料在进入球磨机前先依次经辊压机、选粉机、除尘器处理；

优选地，所述球磨机包括由隔仓板分隔的三个仓，分别为破碎仓、粗磨仓和细磨出料仓，所述破碎仓的长度大于粗磨仓长度，细磨出料仓的长度大于所述破碎仓和粗磨仓长度之和；

所述细磨出料仓内由活化衬板均匀分隔为多个小型仓室，相邻两个所述活化衬板间的间距为1-1.25米；

所述破碎仓装载钢球重量大于粗磨仓装载重量，小于细磨仓装载重量。

本发明还提供了利用上述高活性钢渣粉制成的建筑用料，以质量百分比计，由20％-40％的所述高活性钢渣和60％-80％的矿渣粉混合制成；

优选地，所述建筑用料7d的活性指数≥95％，28d的活性指数≥105％。

本发明公开的技术效果为：

(1)本发明提供的高活性钢渣粉具有较高的活性指数和利用率。

(2)应用中制成的建筑用料中，高活性钢渣粉的加入量可以增加到30％以上，提高了钢渣的消耗率，降低了建筑用料的成本，提高经济效益。

粒化高炉矿渣已经被广泛应用，价格比较高，S95级矿渣粉售价＞300元/吨。

利用改性钢渣尾渣制造高活性钢渣粉，主要材料是工业废渣，制造成本成本<70元/吨，售价＞150元/，利税80元/吨左右。

如果用30％改性后的高活性钢渣粉与70％矿渣粉勾兑混合成建筑用料，质量达到S95级矿渣粉国家标准技术指标，可降低矿渣粉生产成本：(300元/吨-150元)×30％＝45元/吨。

若利用本技术处理100万吨钢渣尾渣制造高活性钢渣粉，每年可创利税8000万元；利用30％高活性钢渣粉等量替代30％矿渣粉混合制造建筑用料，降低矿渣粉成本45元/吨。

本技术可解决钢渣处理问题，实现钢渣固废零排放，社会效益巨大。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明提供的球磨机料仓的结构示意图，从左至右为物料的行进方向；

附图标记如下：1-破碎仓；2-粗磨仓；3-细磨出料仓；4-隔仓板；5-活化衬板。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

钢渣是炼钢产生的副产品，每炼1吨钢约产生0.12吨钢渣。2016年我国钢渣产生量约为1.0亿吨，90％钢渣没有得当应用处理，这些露天储存的冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。

本发明提供一种高活性钢渣粉，能够绿色资源化。将目前废弃的钢渣循环利用，并显著提高其活性，尤其适用于钢渣的循环利用。

本发明提供的高活性钢渣粉具体由钢渣尾渣和工业废渣两种原料和化学激发剂混合粉磨制成。以质量百分比计，制成的高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22％-23％SiO₂、17％-18％Al₂O₃、3％-4％Fe₂O₃、26％-26.5％CaO、3％-3.5％MgO。该高活性钢渣粉中还含有一些其他微量元素。优选地，以质量百分比计，制成的产品高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22.4％-22.7％SiO₂、17.3％-17.5％Al₂O₃、3.1％-3.3％Fe₂O₃、26.1％-26.3％CaO、3.1％-3.3％MgO。更优选地，以质量百分比计，产品高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22.65％SiO₂、17.5％Al₂O₃、3.25％Fe₂O₃、26.2％CaO、3.2％MgO。

在所述钢渣尾渣和工业废渣两种原料中，以质量百分比计：所述钢渣尾渣占两种原料总量的90％～95％，所述工业废渣占两种原料总量的5％-10％；所述化学激发剂的用量为所述两种原料总质量的0.02％-0.1％；优选地，所述工业废渣加入量占两种原料总质量的7％-8％，所述化学激发剂的用量占两种原料总质量的0.05％-0.08％。最优选地，工业废渣加入量占两种原料总质量的7％，化学激发剂的加入量占两种原料总质量的0.06％。

本发明中所涉及钢渣尾渣是采用常规方法将混入钢渣中的金属分离后得到的产物。

本发明所述的废石膏可以是来自任何工业行业，优选来自工业烟气湿法脱硫工序。

本发明所述固溶酸洗胶泥可以是不锈钢制造过程的固溶工艺的酸洗过程中产生的。

本发明的化学激发剂优选为二元醇和/或三乙醇胺类的表面活性剂，其为一类粉体分散表面活性剂或者说是一种钢渣活性剂，其配方可以为：三乙醇胺180-220g/L，糖蜜50-80g/L，亚硝酸钠5-10g/L，木质素磺酸钠30-50g/L，氯化钠12-15g/L，醋酸钠50-80g/L，苯甲酸钠20-30g/L，硫氰酸钠30-50g/L，二元醇50～80g/L，余量为水；优选地，化学激发剂为沈阳斯特朗外加剂有限公司生产的钢渣活性剂(货号ST-05A-Slag)，既有解决静电吸附问题又具有提高钢渣粉活性作用。

钢渣尾渣，以质量百分比计，主要化学成分，包括：8％-20％SiO₂、4％-7％Al₂O₃、17％-29％Fe₂O₃、37％-43％CaO、7％-11％MgO，优选地，以质量百分比计，其化学成分，包括：12％-18％SiO₂、5％-6％Al₂O₃、20％-26％Fe₂O₃、39％-41％CaO、8％-10％MgO；更优选地，以质量百分比计，其化学成分，包括16-17％SiO₂、5％Al₂O₃、22％-24％Fe₂O₃、40％CaO、9％MgO。

本发明提供的高活性钢渣粉的比表面积能够达到450m²/kg-600m²/kg，其7天的活性指数≥72.4％，28天的活性指数≥77.5％。该活性指数的测试标准为胶砂比5:5。

用于水泥或混凝土中的钢渣粉GB/T20491—2017国家标准主要技术指标为：

本发明提供的高活性钢渣粉，将钢渣经过除铁后的钢渣尾渣，通过粉磨和改性技术后获得钢渣粉活性大幅提高，称为高活性钢渣粉。

利用30％本发明高活性钢渣粉与70％矿渣粉混合勾兑成新的矿渣粉，检测勾兑后的矿渣粉活性指数：7d活性指数98.5％，28d活性指数108％，其活性指数和比表面积指数均远远高于钢渣粉GB/T20491—2017国家标准指标，见下表：

采用本发明改造后的球磨机球磨可以使本发明提供的高活性钢渣粉中粒径小于12μm的颗粒占总量的80％以上，细度极低，可大量应用到水泥和混凝土，可等量替代矿渣制造矿渣粉等建筑材料，是消化处理钢渣的有效途径。

制备所述高活性钢渣粉的方法，包括：

对钢渣尾渣计量、烘干后输送至原料库，与工业废渣、化学激发剂按照预设比例混合配料；

将配料后的混合料经过球磨机粉磨至一定细度后制成成品粉体，优选地，为了增加产能，混合料在进入球磨机前先依次经辊压机、选粉机、除尘器处理；

其中，如图1所示，球磨机包括由隔仓板4分隔的三个仓，隔仓板4的设置方向与物料行进方向垂直，分别为破碎仓1、粗磨仓2和细磨出料仓3，破碎仓1的长度大于粗磨仓2长度，细磨出料仓3的长度大于破碎仓1和粗磨仓2长度之和；

细磨出料仓3内由活化衬板5均匀分隔为多个小型仓室，增加物料研磨过程，活性衬板5的设置方向与物料行进方向垂直，相邻两个活化衬板5间的间距为1-1.25米；

破碎仓装载钢球重量大于粗磨仓装载重量，小于细磨仓装载重量。具体钢球在各仓的填充率为：

项目	破碎仓	粗磨仓	细磨仓
				填充率	29％	27％	30％

通过该球磨机料仓结构的改进，能够显著降低球磨粉料的颗粒细度，提高钢渣粉的活性。

本发明还提供了一种利用所述高活性钢渣粉制成的建筑用料，以质量百分比计，由20％-40％的高活性钢渣和60％-80％的矿渣粉混合制成。制成的建筑用料7d的活性指数≥95％，28d的活性指数≥105％。本发明所述的用于掺入高活性钢渣粉的矿渣粉为按国家标准《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046-2017)规定的S95级矿渣粉。

实施例1活性钢渣粉A的制备

(1)取烘干钢渣尾渣(来源于鞍钢，主要组分含量(wt％)：SiO₂ 18.20，Al₂O₃ 5.13，Fe₂O₃ 25.00，CaO37.85，MgO9.19)、废石膏(来源于烟气湿法脱硫工艺)和钢渣活性剂(购买自沈阳斯特朗外加剂有限公司，货号ST-05A-Slag)，其中钢渣尾渣占钢渣尾渣和废石膏两种原料总质量的94％，废石膏占钢渣尾渣和废石膏两种原料总质量的6％，钢渣活性剂占钢渣尾渣和废石膏两种原料总质量的0.1％。烘干钢渣尾渣与废石膏、钢渣活性剂按照上述混合配料；

(2)将配料后的混合料经球磨机本发明图1所示的球磨机制成成品粉体；粉体的粒径45μm筛余为0.5％。

该高活性钢渣粉的比表面积能够达到550m²/kg，其7天的活性指数为72.4％，28天的活性指数77.5％。

(3)将该高活性钢渣粉与矿渣粉混合，二者质量比为高活性钢渣粉30％、矿渣粉70％后，矿渣粉的7天活性指数可提高到95.8％，28天活性指数提高到108％。

具体的该高活性钢渣粉的性能指标如下，其按照胶砂比5:5测试：

目前国内外尚无有钢渣利用率比例超过20％的技术，本技术利用30％高活性钢渣粉与70％矿渣粉混合，获得的混合矿渣粉7d活性指数95.8％，28d活性指数108％，可达到S105级标准，用35％高活性钢渣粉与65％矿渣粉混合，获得的混合矿渣粉的活性指数不低于S95级标准。

实施例2活性钢渣粉B的制备

(1)取烘干钢渣尾渣(来源于湛江宝钢，主要组分含量(wt％)：SiO₂ 8.7，Al₂O₃4.24，Fe₂O₃ 28.68，CaO42.53，MgO10.46)、固溶酸洗胶泥(来源于200系不锈钢制造过程的固溶工艺的酸洗过程)和钢渣活性剂(购买自沈阳斯特朗外加剂有限公司，货号ST-05A-Slag)，其中钢渣尾渣占钢渣尾渣和固溶酸洗胶泥两种原料总质量的91％，固溶酸洗胶泥占钢渣尾渣和固溶酸洗胶泥两种原料总质量的9％，钢渣活性剂占钢渣尾渣和固溶酸洗胶泥两种原料总质量的0.03％。烘干钢渣尾渣与固溶酸洗胶泥、钢渣活性剂按照上述混合配料；

(2)将配料后的混合料经球磨机本发明图1所示的球磨机制成成品粉体；粉体的粒径45μm筛余为0.5％。

该高活性钢渣粉的比表面积能够达到540m²/kg，按照胶砂比5:5测得其7天的活性指数为73.7％，28天的活性指数78.9％。

由上述实施例可以看出，钢渣或钢渣尾渣通过添加钢铁厂工业废渣5％～10％和添加一种液体钢渣活性剂化学激发剂0.02％～0.1％等化学激发改性粉磨后，钢渣粉活性具有较大提高，再把高活性钢渣粉粉磨到比表面积450～600m²/kg，综合以上技术措施，可将钢渣粉的自身活性指数7d、28d分别达到72.4％、77.5％，这对于本身并无活性的钢渣粉而言，其制成的混合产物的活性非常高。

利用这种高活性钢渣粉30％与70％矿渣粉混合后通过水化反应，其混合矿渣粉7d活性指数提高到95.8％、28d提高到108％，显著提高了矿渣粉的活性指数以及钢渣粉的加入量。

本发明专利高活性钢渣粉，可望为加快钢铁企业消化处理钢渣步伐，发展静脉工业，实现国家环境保护总体目标起到积极作用。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高活性钢渣粉，其特征在于，由钢渣尾渣和工业废渣原料与化学激发剂混合粉磨制成；以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22％-23％SiO₂、17％-18％Al₂O₃、3％-4％Fe₂O₃、26％-26.5％CaO、3％-3.5％MgO；

在所述高活性钢渣粉原料中，以质量百分比计：所述钢渣尾渣占所述原料总质量的90％～95％，所述工业废渣占所述原料总质量的大于等于5％小于10％，所述化学激发剂的用量为所述原料总质量的0.02％-0.1％；所述工业废渣为废石膏和/或固溶酸洗胶泥；所述化学激发剂为二元醇和/或三乙醇胺类的表面活性剂；

所述高活性钢渣粉的比表面积为450m²/kg-550m²/kg，按照胶砂比为5:5测得所述高活性钢渣粉7天的活性指数≥72.4％，28天的活性指数≥77.5％；

以质量百分比计，由20％-40％的所述高活性钢渣粉和60％-80％的S95级矿渣粉混合制成建筑用料，所述建筑用料7d的活性指数≥95％，28d的活性指数≥105％。

2.根据权利要求1所述的高活性钢渣粉，其特征在于，

以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22.4％-22.7％SiO₂、17.3％-17.5％Al₂O₃、3.1％-3.3％Fe₂O₃、26.1％-26.3％CaO、3.1％-3.3％MgO。

3.根据权利要求1所述的高活性钢渣粉，其特征在于，

以质量百分比计，所述高活性钢渣粉的主要化学成分包括：22.65％SiO₂、17.5％Al₂O₃、3.25％Fe₂O₃、26.2％CaO、3.2％MgO。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高活性钢渣粉，其特征在于，

在所述高活性钢渣粉原料中，以质量百分比计：所述工业废渣加入量占所述原料总质量的7％-8％，所述化学激发剂的用量占原料总质量的0.05％-0.08％。

5.根据权利要求1-3任一项所述的高活性钢渣粉，其特征在于，

所述钢渣尾渣的主要化学成分，以质量百分比计，包括：8％-20％SiO₂、4％-7％Al₂O₃、17％-29％Fe₂O₃、37％-43％CaO、7％-11％MgO。

6.根据权利要求1-3任一项所述的高活性钢渣粉，其特征在于，

所述高活性钢渣粉中，粒径小于12μm的颗粒占总量的80％以上。

7.制备权利要求1-6任一项所述的高活性钢渣粉的方法，其特征在于，包括：

对钢渣尾渣计量、烘干后输送至原料库，与工业废渣、化学激发剂按照预设比例混合配料；

将配料后的混合料经球磨机粉磨至一定细度后得到成品粉体。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述混合料在进入球磨机前先依次经辊压机、选粉机、除尘器处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述球磨机包括由隔仓板分隔的三个仓，分别为破碎仓、粗磨仓和细磨出料仓，所述破碎仓的长度大于粗磨仓长度，细磨出料仓的长度大于所述破碎仓和粗磨仓长度之和；

所述细磨出料仓内由活化衬板均匀分隔为多个小型仓室，相邻两个所述活化衬板间的间距为1-1.25米；

所述破碎仓装载钢球重量大于粗磨仓装载重量，小于细磨仓装载重量。

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