專利名稱：利用氣淬鋼渣和脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及建筑材料生產(chǎn)領域，更具體地講，涉及一種鋼渣水泥的生產(chǎn)方法。
技術(shù)背景
鋼渣是煉鋼過程中由加入的熔劑和鋼水中的雜質(zhì)形成的副產(chǎn)品，每噸鋼水約產(chǎn)生鋼渣80 120kg。鋼渣是鋼鐵行業(yè)的主要固體廢棄物之一，以2010年的鋼產(chǎn)量計，當年鋼渣的產(chǎn)生量約為5600萬噸。我國每年產(chǎn)生大量燒結(jié)脫硫石膏，由于其含有雜質(zhì)等原因，目前大部分燒結(jié)脫硫石膏采用拋棄的方法，未得到利用。
鋼渣的主要成份是CaO、MgO、SiO2和FeO等，這些成分占到鋼渣總構(gòu)成的88 92%。鋼渣中的游離氧化鈣是指熟料中沒有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣。目前鋼渣主要采用熱潑后破碎-篩分-磁選處理工藝，可以回收一定量的金屬鐵，主要利用途徑是作路基和回填材料，附加值極低。同時，高溫鋼渣含有的熱量沒有得到回收。
轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中產(chǎn)生的大量高堿度轉(zhuǎn)爐渣一直是各煉鋼廠所面對的處理難題。 鋼渣作道路材料、回填材料、建材制品要求鋼渣穩(wěn)定性良好，可以做到大量使用，但附加值較低。如果利用鋼渣生產(chǎn)鋼渣水泥替代普通硅酸鹽水泥，則不僅可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益， 而且可以降低水泥產(chǎn)品的能耗，能起到很好的環(huán)境效益。二十世紀七十年代我國研究成功鋼渣水泥技術(shù)，全國建有近百個生產(chǎn)廠。國家于1992年發(fā)布實施了 GB13590-1992《鋼渣高爐渣水泥》國家標準，之后又發(fā)布了 YB4098-1996《鋼渣道路水泥》、YB4099-1996《低熱鋼渣高爐渣水泥》及YB4099-1996《鋼渣砌筑水泥》國家行業(yè)標準，2006年又頒布實施了 GB/ T20491-2006《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》。
氣淬鋼渣是利用高壓氮氣將鋼渣?；姆椒?，可以迅速將鋼渣粒化并回收熱量。 在保持氣淬鋼渣高利用率的同時提高氣淬鋼渣產(chǎn)品的附加值，已成為鋼鐵工業(yè)開展循環(huán)經(jīng)濟急需解決的問題。
將氣淬后的鋼渣進行一系列的簡單處理與深加工制備成鋼渣水泥，一方面提高了鋼渣的附加值，為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造了新的經(jīng)濟增長點，另一方面由于鋼渣微粉的制備成本低于水泥熟料，采用鋼渣水泥配制混凝土降低了混凝土的制造成本，提高了混凝土生產(chǎn)企業(yè)的效益。除以上現(xiàn)實的經(jīng)濟效益外，鋼渣水泥的使用能提高了混凝土的綜合耐久性，延長了混凝土的使用壽命，相對減少了混凝土工程的維護和修理費用。
鋼渣水泥作為普通硅酸鹽水泥的添加劑，其目的是在提高水泥的性能的同時使鋼渣產(chǎn)品的附加值增加，因此提高鋼渣水泥中鋼渣的摻量應該保證的前提是鋼渣的添加不能降低原硅酸鹽水泥的性能。當前針對鋼渣水泥已經(jīng)開展了較多研究，但大多數(shù)研究得到的大摻量鋼渣水泥并沒有考慮到上述的前提，往往是利用高標號的硅酸鹽水泥或水泥熟料配加高摻量的鋼渣和高爐渣，得到較低標號的鋼渣水泥。在降低硅酸鹽水泥標號條件下得到高摻量的鋼渣水泥對提高鋼渣產(chǎn)品的附加值并沒有實質(zhì)性的意義。
傳統(tǒng)的鋼渣處理工藝都是采用緩冷的方法，而氣淬鋼渣則是在急冷條件下得到的。由于冷卻速度不同，導致氣淬鋼渣和傳統(tǒng)的鋼渣的礦物組成有所不同。本發(fā)明中還采用燒結(jié)脫硫石膏，其成分與傳統(tǒng)的火電廠脫硫石膏成分相差較大，且其中還有很多重金屬的雜質(zhì)元素，其資源化利用一直是鋼鐵企業(yè)未解決的難題。鋼渣的氣淬工藝正開始被鋼鐵企業(yè)廣泛應用，氣淬鋼渣的高附加值循環(huán)利用的途徑急需得到開發(fā)。因此，本發(fā)明為解決氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏的高附加值利用問題，提出以氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏為主要原料生產(chǎn)鋼渣水泥，可以提高鋼渣水泥性能并減少鋼渣水泥原料消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏的高附加值利用問題的生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，從而可以提高鋼渣水泥性能并減少鋼渣水泥原料消耗。為了實現(xiàn)上述目的，提供了一種利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)的鋼渣水泥， 所述鋼渣水泥包括5 15wt %的氣淬鋼渣、5 IOwt %的燒結(jié)脫硫石膏和75 90wt %的基準水泥，其中，氣淬鋼渣的成份包括40-50wt %的CaO、10_20wt %的Si02、0_3wt %的A1203、
Mg0、15-25wt%& IFe 和 O-IOwt % 的游離 CaO，氣淬鋼渣的粒徑小于 0. 074mm, 在燒結(jié)脫硫石膏中，Ca (OH)2的含量為40-45Wt%且CaSO4的含量為10-50Wt%，燒結(jié)脫硫石膏粒徑小于等于0. 074mm。為了實現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，提供了一種利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，所述方法包括以下步驟將鋼渣以0. 5-2.0噸/小時的速度傾倒，用 0. 4-0. 6Mpa壓力的氮氣進行風淬，風淬用氮氣量300_350m7h，氮氣速度為90-100m/s ；利用集渣槽收集鋼渣到儲渣罐，將收集的氣淬鋼渣利用球磨機磨細至粒徑小于0. 165mm，進行磁選；將磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于0. 074mm，得到氣淬鋼渣摻合料；將燒結(jié)脫硫石膏利用球磨機磨細至粒徑小于0. 074mm，得到燒結(jié)脫硫石膏摻合料；將上述制得的5 15wt%的氣淬鋼渣摻合料和5 IOwt %的燒結(jié)脫硫石膏摻合料與75 90wt%的基準水泥混合，得到鋼渣水泥。在根據(jù)本發(fā)明的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法中，鋼渣為利用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鋼水的同時產(chǎn)生的鋼渣，鋼渣的成份包括40-50襯％的&0、10-20襯％的Si02、
Al203、5-10wt%&Mg0、15-25wt%& IFe 和 0_10wt% 的游離 CaO。此外，燒結(jié)脫硫石膏為利用處理燒結(jié)煙氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品燒結(jié)脫硫石膏，在燒結(jié)脫硫石膏中，Ca(OH)2的含量為 40-45wt%且 CaSO4 的含量為 10_50wt%。在根據(jù)本發(fā)明的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法中，所述集渣槽尺寸為長10-30m和寬Urn;所述儲渣罐的直徑為0. 5-lm且高為l_2m ；球磨機功率為 2-lOKw，球磨機中的球料質(zhì)量比為1 1-1 2。根據(jù)本發(fā)明制得的鋼渣水泥根據(jù)GB/T17671-1999配置的水泥膠砂的28天抗壓強度活性指數(shù)達到1. 3以上，3天抗壓強度活性指數(shù)達到1. 1以上。本發(fā)明為氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏的高附加值利用提供有效途徑，將水泥強度性能提高至原來的1. 1-1. 5倍，減少了 10-25wt%的水泥原料消耗，將水泥生產(chǎn)過程的二氧化碳排放減少10-25wt%。
具體實施方式
CN 102531426 A
傳統(tǒng)鋼渣之所以可以用來生產(chǎn)鋼渣水泥是因為鋼渣中含有硅酸三鈣C3S、硅酸二鈣β -C2S, 二者含量之和約占50 %以上，此外還含有C4AF和C2F等具有水化活性的礦物成分。鋼渣中的水化活性組分的水化過程和水化產(chǎn)物同硅酸鹽水泥熟料相似。
氣淬鋼渣由于采用了新的急冷工藝，與傳統(tǒng)的處理方法得到的鋼渣相比，氣淬鋼渣中的水化活性組分含量更高，并且更容易被磨細。此外，本發(fā)明中采用燒結(jié)脫硫石膏。燒結(jié)脫硫石膏與傳統(tǒng)的火電廠脫硫石膏相比，其成分有很大的不同燒結(jié)脫硫石膏中的CaSO4 含量較低，而Ca (OH)2含量很高(大于40wt%)。燒結(jié)脫硫石膏中的Ca(OH)2能對氣淬鋼渣的水化組分起到很好的激發(fā)作用，因此氣淬鋼渣中的高含量水化活性組分和燒結(jié)脫硫石膏中Ca(OH)2的激發(fā)作用是制得高強度水泥的關鍵。基于以上原因，本發(fā)明的技術(shù)核心和傳統(tǒng)的鋼渣和脫硫石膏制備水泥技術(shù)有本質(zhì)的區(qū)別。
另外，鋼渣粉磨細也能增加鋼渣的水化活性。鋼渣粉粒度變小實際上是機械激發(fā)的過程。機械激發(fā)的原理是用機械方法提高鋼渣的細度，粉磨過程不僅是顆粒減小的過程， 同時伴隨著物料晶體結(jié)構(gòu)及表面物理化學性質(zhì)的變化。由于物料比表面積增大，粉磨能量中的一部分轉(zhuǎn)化為新生顆粒的內(nèi)能和表面能。晶體的鍵能也將發(fā)生變化，晶格能迅速減小， 在損失晶格能的位置產(chǎn)生晶格位錯、缺陷和重結(jié)晶，在表面形成易溶于水的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。晶格結(jié)構(gòu)的變化主要反應為晶格尺寸減小、晶格應變增大、結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。晶格尺寸減小，保證鋼渣中礦物與水接觸面積的增大，晶格應變增大提高了礦物與水的作用力，結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，結(jié)晶度下降使礦物晶體的結(jié)合鍵減小，水分子容易進入礦物內(nèi)部，加速水化反應。因此， 機械能可以誘發(fā)產(chǎn)生熱能難以或無法誘發(fā)產(chǎn)生的化學反應。
根據(jù)本發(fā)明實施例的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法包括下面的步驟
將鋼渣以0. 5-2. 0噸/小時的速度傾倒，用0. 4-0. 6Mpa壓力的氮氣進行風淬，風淬用氮氣量300-350m3/h，氮氣速度為90-100m/s，其中，鋼渣的來源是利用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鋼水的同時產(chǎn)生的鋼渣，鋼渣的成份包括40-50wt %的CaO、10_20wt %的Si02、0_3wt %的A1203、 5-10wt%&Mg0、15-25wt%& TFe 和 O-IOwt % 的游離 CaO ；
利用集渣槽收集鋼渣到儲渣罐，集渣槽尺寸為長10-30m和寬l_3m，儲渣罐的直徑為0. 5-lm且高為l-2m ；
將收集的氣淬鋼渣利用球磨機磨細至粒徑小于0. 165mm,進行磁選，其中，球磨機功率2-lOKw，球料質(zhì)量比為1 :1-1:2;
將磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于0. 074mm,得到氣淬鋼渣水泥摻合料中的氣淬鋼渣摻合料，留以備用；
將燒結(jié)脫硫石膏利用球磨機磨細至粒徑小于0. 074mm,得到氣淬鋼渣水泥摻合料中的燒結(jié)脫硫石膏摻合料，留以備用，其中，球磨機功率2-lOKw，球料質(zhì)量比為 1:1-1: 2，燒結(jié)脫硫石膏的來源是利用處理燒結(jié)煙氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品燒結(jié)脫硫石膏，在燒結(jié)脫硫石膏中，Ca(OH)2的含量為40-45襯％且CaSO4的含量為10_50wt% ；
將上述制得的5 15wt%的氣淬鋼渣和5 IOwt %的燒結(jié)脫硫石膏與75 90wt %的基準水泥混合，得到利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)的鋼渣水泥，其性能優(yōu)于基準水泥。
因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)的鋼渣水泥包括5 15wt%的氣淬鋼渣、5 IOwt %的燒結(jié)脫硫石膏和75 90wt %的基準水泥，其中，氣淬鋼S的成份包括 40-50wt%& Ca0、10-20wt%& Si02、0_3wt% 的 Al203、5_10wt% 的 MgO、 15-25wt%的IFe和O-IOwt %的游離CaO，氣淬鋼渣的粒徑小于0. 074mm,在燒結(jié)脫硫石膏中，Ca (OH)2的含量為40-45Wt%且CaSO4的含量為10-50Wt%，燒結(jié)脫硫石膏粒徑小于等于 0. 074mm。在上述方法中，應該控制磁選前后的氣淬鋼渣的粒徑。具體地講，如果氣淬鋼渣的粒徑大于0. 165mm，則磁選效率降低，殘留在渣中的金屬鐵將會降低鋼渣水泥強度；如果磁選后的鋼渣細磨后粒徑大于0. 074mm，將會影響鋼渣水泥的強度。如果細磨后的燒結(jié)脫硫石膏粒徑大于0. 074mm,也將會影響鋼渣水泥的強度。優(yōu)選地，在上述方法中，將Ca(OH)2含量彡40wt%的燒結(jié)脫硫石膏細磨至小于等于 0. 074mm。如果Ca(OH)2含量< 40wt%，則制得的鋼渣水泥的強度降低。通過實驗可知，按照以上比例混合有燒結(jié)脫硫石膏的鋼渣水泥，根據(jù)GB/ T17671-1999配置的水泥膠砂的觀天抗壓強度活性指數(shù)達到1. 3以上，3天抗壓強度活性指數(shù)達到1. 1以上。實施例1將氣淬鋼渣細磨至粒徑小于等于0. 165mm,進行磁選，磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于等于0. 074mm ；將Ca(OH)2含量彡40Wt%的燒結(jié)脫硫石膏細磨至小于等于0. 074mm ； 將5wt %的氣淬鋼渣和5wt %的燒結(jié)脫硫石膏與90wt %的基準水泥混合，制得鋼渣水泥。根據(jù)GB/T17671-1999配置的水泥膠砂的觀天抗壓強度活性指數(shù)為1. 38，3天抗壓強度活性指數(shù)為1.50。實施例2將氣淬鋼渣細磨至粒徑小于等于0. 165mm,進行磁選，磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于等于0. 074mm ；將Ca(OH)2含量彡40Wt%的燒結(jié)脫硫石膏細磨至小于等于0. 074mm ； 將10wt%的氣淬鋼渣和5wt%的燒結(jié)脫硫石膏與85wt%的基準水泥混合，制得鋼渣水泥。 根據(jù)GB/T17671-1999配置的水泥膠砂的觀天抗壓強度活性指數(shù)為1. 35，3天抗壓強度活性指數(shù)為1. 26。實施例3將氣淬鋼渣細磨至粒徑小于等于0. 165mm,進行磁選，磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于等于0. 074mm ；將Ca(OH)2含量彡40Wt%的燒結(jié)脫硫石膏細磨至小于等于0. 074mm ； 將15wt%的氣淬鋼渣和10wt%燒結(jié)脫硫石膏與75wt%基準水泥混合，制得鋼渣水泥。根據(jù)GB/T17671-1999配置的水泥膠砂的觀天抗壓強度活性指數(shù)為1. 30，3天抗壓強度活性指數(shù)為1. 15。對比例1根據(jù)本發(fā)明實施例的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法包括將氣淬鋼渣細磨至粒徑小于等于0. 165mm，進行磁選，磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于等于0. 074mm ；將Ca(OH)2含量彡40Wt%的燒結(jié)脫硫石膏細磨至小于等于0. 074mm ；將粒度為 0. 125mm的15wt %的氣淬鋼渣和IOwt %的燒結(jié)脫硫石膏與75wt %的基準水泥混合，制得鋼渣水泥。根據(jù)GB/T17671-1999配置的水泥膠砂的28天抗壓強度活性指數(shù)為1. 15，3天抗壓強度活性指數(shù)為0. 98。
由對比例1可以看出，當上述混合料的粒度不滿足要求時，制得的鋼渣水泥的性能劣化。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以發(fā)明專利的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明專利進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明專利的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明專利方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明專利的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)的鋼渣水泥，所述鋼渣水泥包括5 15wt% 的氣淬鋼渣、5 IOwt %的燒結(jié)脫硫石膏和75 90wt%的基準水泥，其中，氣淬鋼渣的成份包括 40-50wt % 的 CaO、10-20wt % 的 Si02、0_3wt % 的 A1203、5-lOwt % 的 MgO、15_25wt % 的 TFe和0-10wt%的游離CaO，氣淬鋼渣的粒徑小于0. 074mm，在燒結(jié)脫硫石膏中，Ca(OH)2的含量為40-45襯％且CaSO4的含量為10_50wt%，燒結(jié)脫硫石膏粒徑小于等于0. 074mm。
2.一種利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，所述方法包括以下步驟將鋼渣以0. 5-2. 0噸/小時的速度傾倒，用0. 4-0. 6Mpa壓力的氮氣進行風淬，風淬用氮氣量300-350m7h，氮氣速度為90_100m/s ；利用集渣槽收集鋼渣到儲渣罐，將收集的氣淬鋼渣利用球磨機磨細至粒徑小于 0. 165mm，進行磁選；將磁選后的鋼渣繼續(xù)細磨至粒徑小于0. 074mm，得到氣淬鋼渣摻合料；將燒結(jié)脫硫石膏利用球磨機磨細至粒徑小于0. 074mm，得到燒結(jié)脫硫石膏摻合料；將上述制得的5 15wt%的氣淬鋼渣摻合料和5 IOwt%的燒結(jié)脫硫石膏摻合料與 75 90wt%的基準水泥混合，得到鋼渣水泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，其中，鋼渣為利用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鋼水的同時產(chǎn)生的鋼渣，鋼渣的成份包括40-50wt%的CaO、 10-20wt % 的 Si02、0-3wt % 的 A1203、5-lOwt % 的 MgO、15_25wt % 的 TFe 和 O-IOwt % 的游離 CaO0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，其中，燒結(jié)脫硫石膏為利用處理燒結(jié)煙氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品燒結(jié)脫硫石膏，在燒結(jié)脫硫石膏中， Ca(OH)2 的含量為 40-45wt%且 CaSO4 的含量為 10_50wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，其中， 所述集渣槽尺寸為長10-30m和寬l_3m，所述儲渣罐的直徑為0. 5_lm且高為1-^1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)鋼渣水泥的方法，其中， 球磨機功率為2-lOKw，球磨機中的球料質(zhì)量比為1 1-1 2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)的鋼渣水泥及其制備方法。所述利用氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏生產(chǎn)的鋼渣水泥包括5～15wt％的氣淬鋼渣、5～10wt％的燒結(jié)脫硫石膏和75～90wt％的基準水泥，其中，氣淬鋼渣的成份包括40-50wt％的CaO、10-20wt％的SiO2、0-3wt％的Al2O3、5-10wt％的MgO、15-25wt％的TFe和0-10wt％的游離CaO，氣淬鋼渣的粒徑小于0.074mm，在燒結(jié)脫硫石膏中，Ca(OH)2的含量為40-45wt％且CaSO4的含量為10-50wt％，燒結(jié)脫硫石膏粒徑小于等于0.074mm。本發(fā)明為氣淬鋼渣和燒結(jié)脫硫石膏的高附加值利用提供有效途徑，將水泥強度性能提高至原來的1.1-1.5倍，減少了10-25wt％的水泥原料消耗，將水泥生產(chǎn)過程的二氧化碳排放減少10-25wt％。
文檔編號C04B7/21GK102531426SQ201110460679
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者干磊, 張春霞, 王海風, 齊淵洪 申請人:鋼鐵研究總院