CN110981232A - 一种钢渣掺杂胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

一种钢渣掺杂胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢渣掺杂胶黏剂及其制备方法。这种钢渣掺杂胶黏剂是通过以下步骤的制备方法制得：1)将700～1200份水泥熟料，20～40份湿式脱硫二水石膏，15～30份泡花碱，10～25份粉煤灰，5～15份碳酸钠，10～30份硬脂酸钙，5～15份铝矾土和10～60份芒硝混合，得到胶黏剂前驱体；2)向700～1000份炼钢排出的熔融态钢渣中，加入胶黏剂前驱体，混合搅拌，再降至室温，研磨，得到钢渣掺杂胶黏剂。本发明针对大掺量钢渣胶凝材料强度低、安定性差、活性低等问题，开发了一种钢渣掺杂的胶黏剂，可以极大地提高钢渣的掺入量，同时可以达到P·I 52.5R水泥的强度要求。

Description

一种钢渣掺杂胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种胶黏剂，特别是涉及一种钢渣掺杂胶黏剂及其制备方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中的一种副产品，其产生量为粗钢产量的10％～15％。2017年，全国冶金渣产生量为3.94亿吨，其中钢渣产生量为1.08亿吨，同比增长300万吨。但钢渣的综合利用率却很低，转炉钢渣的利用率仅为10％～20％。而在发达国家，钢渣的利用率已经超过了95％。废渣的堆放不仅侵占了大量的土地，而且成为污染环境的一大公害。钢渣的处理和资源化利用问题越来越受到重视。
我国对钢渣处理利用的研究始于20世纪50年代末，自80年代中期有了显著的发展，迄今已研究开发出多种钢渣处理和综合利用技术并应用于生产。经几十年探索，我国钢渣的利用途径有：做烧结矿的原料，做路基材料，回填材料和水泥原料。其中利用钢渣生产水泥是钢渣综合利用的重要途径之一。20世纪90年代初，我国50余家钢渣水泥生产企业就已经形成了年产200多万吨钢渣水泥的生产规模，但水泥中钢渣掺量一般为20％左右，难以达到高效、高值化利用钢渣的目的。只有提高钢渣水泥中钢渣的掺量，才能加速钢渣资源的回收利用和减少其对环境的污染。然而，随着钢渣掺入量的增加，水泥的强度将迅速下降，体积安定性恶化，这样就限制了钢渣掺入量的进一步提高。
钢渣是由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO和少量f-CaO、MnO、FeO、P2O5及金属Fe，其成分与水泥相似，是一种富有潜在利用价值的资源。但是钢渣活性低、杂质含量高，导致其利用率很低。
目前，对钢渣的利用都是等炼钢车间排出的熔融态不锈钢渣冷却成固体后，对其进行粉磨操作，然后再进行活性激发，这样未能很好地增加钢渣的活性。钢渣掺杂的胶凝材料性能仍有待进一步改善和提高，这成为本领域工作者致力解决的技术难题。
发明内容
为了克服现有大掺量钢渣胶凝材料存在强度低、安定性差、活性低等问题，本发明的目的之一在于提供一种钢渣掺杂胶黏剂，本发明的目的之二在于提供这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法。
本发明的发明构思如下：根据固体物理理论，物质在高温下反应比低温下更加剧烈。如果能在钢渣出炉的时候直接与活性激发剂发生反应，会大大增加钢渣的活性，使用增强活性的钢渣与一定比例的水泥熟料混合，即可制得高钢渣掺杂量的胶黏剂。
为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供了一种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将700～1200质量份水泥熟料，20～40质量份湿式脱硫二水石膏，15～30质量份泡花碱，10～25质量份粉煤灰，5～15质量份碳酸钠，10～30质量份硬脂酸钙，5～15质量份铝矾土和10～60质量份芒硝混合，得到胶黏剂前驱体；
2)向700～1000质量份炼钢排出的熔融态钢渣中，加入胶黏剂前驱体，混合搅拌，再降至室温，研磨，得到钢渣掺杂胶黏剂。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，湿式脱硫二水石膏的参数如下：抗折强度为2MPa～3MPa；膨胀系数为2～4；标准稠度为85％～90％；初凝时间为5min～10min；终凝时间为12min～18min；进一步优选的，脱硫二水石膏的参数如下：抗折强度为2.5MPa；膨胀系数为3；标准稠度为88％；初凝时间为5min～10min；终凝时间为15min。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法骤1)中，泡花碱为无水d型的d-Na2Si2O5。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法骤1)中，泡花碱的粒度为550目～650目；最优选的，泡花碱的粒度为600目。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，粉煤灰选自Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，硬脂酸钙的细度要求为至少99wt％能通过75μm筛网；最优选的，硬脂酸钙的细度要求为99.5wt％能通过75μm筛网。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，硬脂酸钙的Ca含量为6wt％～7wt％，熔点为149℃～155℃，密度为1.08g/cm3～1.15g/cm3。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，铝矾土的粒径为180目～230目；最优选的，铝矾土的粒径为200目。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，铝矾土的化学组成如下：Al2O3含量大于85wt％，Fe2O3含量少于2wt％，TiO2含量少于4wt％。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，铝矾土的密度为3.1g/cm3～3.5g/cm3。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，芒硝的粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，混合为球磨搅拌，具体是在行星式球磨机中进行；进一步优选的，混合是在转速200r/min～400r/min下球磨搅拌20min～60min；再进一步优选的，混合是在转速300r/min下球磨搅拌25min～35min。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤1)中，通过混合后，使胶黏剂前驱体的粒径为200目～300目。
这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤2)中，炼钢排出的熔融态钢渣为炼钢车间转炉刚排出的熔融态钢渣。刚出炉的熔融态钢渣温度约为1300℃，再此高温状态下，迅速加入胶黏剂前驱体进行混合。物料在高温下通过相互之间的作用，大大增强了钢渣的活性。
这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤2)中，混合搅拌需要在高温(1300℃)下尽快进行，以使物料拌合均匀为宜；混合搅拌的时间优选为20min～40min，进一步优选为30min。
这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤2)中，降至室温是使用冷空气急速降温至室温。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤2)中，钢渣的化学组成如下：CaO含量为35wt％～38wt％，SiO2含量28wt％～30wt％，Al2O3含量为13wt％～16wt％，MgO含量为8wt％～10wt％，Fe2O3含量为3wt％～5wt％，其余为烧失量。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法步骤2)中，研磨至钢渣掺杂胶黏剂的比表面积为380m2/kg～450m2/kg。
优选的，这种钢渣掺杂胶黏剂各组分的质量份用量如下：钢渣700～980份；水泥熟料900～1140份；湿式脱硫二水石膏20～40份；泡花碱15～25份；粉煤灰10～22.5份；碳酸钠5～12.5份；硬脂酸钙10～28份；铝矾土5～12.5份；芒硝15～50份。
本发明提供了一种钢渣掺杂胶黏剂，该钢渣掺杂胶黏剂是由上述的制备方法制得。
本发明的有益效果是：
本发明针对大掺量钢渣胶凝材料强度低、安定性差、活性低等问题，开发了一种钢渣掺杂的胶黏剂，可以极大地提高钢渣的掺入量，同时可以达到P·I 52.5R水泥的强度要求。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
以下实例中，所用的原料分别说明如下：
水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％。
湿式脱硫二水石膏：抗折强度为2.5MPa，膨胀系数为3，标准稠度为88％，初凝时间为5-10min，终凝时间为15min。
泡花碱：无水d型的d-Na2Si2O5，粒度为600目，工业纯级。
粉煤灰：Ⅰ级F类粉煤灰。
硬脂酸钙：钙含量为6.5±0.5wt％，熔点为149-155℃，密度为1.08-1.15g/cm3，细度为99.5％能通过75μm的筛网。
铝矾土：粒径为200目，其中Al2O3含量大于85wt％，Fe2O3含量少于2wt％，TiO2含量少于4wt％，密度为3.1～3.5g/cm3。
芒硝的粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
钢渣的化学组成为：CaO含量为36wt％～37wt％，SiO2含量29wt％～30wt％，Al2O3含量为14wt％～15wt％，MgO含量为9wt％～10wt％，Fe2O3含量为4wt％～4.5wt％，其余为烧失量。
实施例1
本例钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取900质量份水泥熟料，20质量份湿式脱硫二水石膏，25质量份泡花碱，22.5质量份粉煤灰，12.5质量份碳酸钠，15质量份硬脂酸钙，5质量份铝矾土和15质量份芒硝，放入行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌30分钟，得到粒径为200目～300目的胶黏剂前驱体；
2)向700质量份炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣中，迅速加入胶黏剂前驱体，同时在约1300℃快速拌合均匀，搅伴30分钟后，用冷空气急速降温至室温，将冷却到室温的钢渣混合物磨至比表面积为380-450m2/kg的粉体，得到钢渣掺杂胶黏剂。
实施例2
本例钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取940质量份水泥熟料，25质量份湿式脱硫二水石膏，25质量份泡花碱，21质量份粉煤灰，8质量份碳酸钠，10质量份硬脂酸钙，11质量份铝矾土和30质量份芒硝，放入行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌30分钟，得到粒径为200目～300目的胶黏剂前驱体；
2)向790质量份炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣中，迅速加入胶黏剂前驱体，同时在约1300℃快速拌合均匀，搅伴30分钟后，用冷空气急速降温至室温，将冷却到室温的钢渣混合物磨至比表面积为380-450m2/kg的粉体，得到钢渣掺杂胶黏剂。
实施例3
本例钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取1120质量份水泥熟料，30质量份湿式脱硫二水石膏，15质量份泡花碱，20质量份粉煤灰，10质量份碳酸钠，12.5质量份硬脂酸钙，12.5质量份铝矾土和50质量份芒硝，放入行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌30分钟，得到粒径为200目～300目的胶黏剂前驱体；
2)向850质量份炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣中，迅速加入胶黏剂前驱体，同时在约1300℃快速拌合均匀，搅伴30分钟后，用冷空气急速降温至室温，将冷却到室温的钢渣混合物磨至比表面积为380-450m2/kg的粉体，得到钢渣掺杂胶黏剂。
实施例4
本例钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取1140质量份水泥熟料，35质量份湿式脱硫二水石膏，17质量份泡花碱，10质量份粉煤灰，5质量份碳酸钠，28质量份硬脂酸钙，5质量份铝矾土和43质量份芒硝，放入行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌30分钟，得到粒径为200目～300目的胶黏剂前驱体；
2)向980质量份炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣中，迅速加入胶黏剂前驱体，同时在约1300℃快速拌合均匀，搅伴30分钟后，用冷空气急速降温至室温，将冷却到室温的钢渣混合物磨至比表面积为380-450m2/kg的粉体，得到钢渣掺杂胶黏剂。
实施例5
本例钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取1050质量份水泥熟料，40质量份湿式脱硫二水石膏，19质量份泡花碱，17质量份粉煤灰，6质量份碳酸钠，12质量份硬脂酸钙，6质量份铝矾土和50质量份芒硝，放入行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌30分钟，得到粒径为200目～300目的胶黏剂前驱体；
2)向730质量份炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣中，迅速加入胶黏剂前驱体，同时在约1300℃快速拌合均匀，搅伴30分钟后，用冷空气急速降温至室温，将冷却到室温的钢渣混合物磨至比表面积为380-450m2/kg的粉体，得到钢渣掺杂胶黏剂。
对比例1
直接采用市场上购买的P·I 52.5R水泥作为本例的胶凝材料。
对比例2
本例的钢渣掺杂胶黏剂组成与实施例4的相同，所不同的仅在于制备方法的步骤2)中，本例是将炼钢车间中刚刚排出的熔融态不锈钢渣冷却至室温后，再加入胶黏剂前驱体混合搅拌，然后再制成本例的钢渣掺杂胶黏剂。
按标准GB/T 20491-2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》和GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，分别测试实施例1～5和对比例1～2得到的胶凝材料性能，具体的测试结果如表1所示。
表1材料性能测试结果
Figure BDA0002279280730000061
由表1的测试结果可知，使用本发明的高钢渣掺杂的胶黏剂，可以使得胶凝材料中的钢渣含量提高到35wt％以上，在大大提高钢渣利用率的同时，其各项性能基本达到P·I52.5R水泥的性能，同时有利于增加胶凝材料的流动性能。同时这种胶黏剂所选用的碱性原料来源易得、价格便宜，有利于降低生产成本，适合推广应用。
通过实施例与对比例2的测试结果对比可知，在高温下与钢渣反应制得的胶凝材料，其性能明显优于常规以冷却后钢渣制成的胶黏剂。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢渣掺杂胶黏剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将700～1200质量份水泥熟料，20～40质量份湿式脱硫二水石膏，15～30质量份泡花碱，10～25质量份粉煤灰，5～15质量份碳酸钠，10～30质量份硬脂酸钙，5～15质量份铝矾土和10～60质量份芒硝混合，得到胶黏剂前驱体；
2)向700～1000质量份炼钢排出的熔融态钢渣中，加入胶黏剂前驱体，混合搅拌，再降至室温，研磨，得到钢渣掺杂胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，湿式脱硫二水石膏的参数如下：抗折强度为2MPa～3MPa；膨胀系数为2～4；标准稠度为85％～90％；初凝时间为5min～10min；终凝时间为12min～18min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，泡花碱为无水d型的d-Na2Si2O5，泡花碱的粒度为550目～650目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，粉煤灰选自Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，硬脂酸钙的细度要求为至少99wt％能通过75μm筛网。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，铝矾土的粒径为180目～230目。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，芒硝的粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，研磨至钢渣掺杂胶黏剂的比表面积为380m2/kg～450m2/kg。
10.一种钢渣掺杂胶黏剂，其特征在于：是由权利要求1～9任一项所述的制备方法制得。
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