阅读说明：本技术 一种机制砂及其应用 (Machine-made sand and application thereof ) 是由 周乐君 王万林 罗豪 吴厚发 颜雄 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明特别涉及一种机制砂及其应用；属于建筑材料加工技术和环境保护领域。所述机制砂通过下述步骤制备：步骤一高温液态镍铁渣熔体从炉子渣口排出后,对其进行缓冷风淬冷却,得到镍铁渣；缓冷风淬冷却时,控制冷却速度小于等于70℃/s；步骤二将镍铁渣置于颚式破碎机进行一级破碎,步骤三将步骤二所得镍铁渣再置于高效细碎机中进行细碎破碎,制得镍铁渣机制砂。优化后,本发明所得机制砂,其压碎性指标值的测量结果为6.8-7％。本发明所设计的机制砂与天然砂混合后,作为建材使用。本发明通过对镍铁渣的一系列处理、尤其是合理速度的风冷处理,使其具有优异的性能,为其代替一部分混凝土细集料,变废为宝资源循环利用提供了必要条件。(The invention especially relates to machine-made sand and application thereof; belongs to the field of building material processing technology and environmental protection. The machine-made sand is prepared by the following steps: step one, after a high-temperature liquid ferronickel slag melt is discharged from a slag hole of a furnace, carrying out slow cooling air quenching on the melt to obtain ferronickel slag; when the slow cooling air quenching is carried out, the cooling speed is controlled to be less than or equal to 70 ℃/s; and step two, placing the ferronickel slag in a jaw crusher for primary crushing, and placing the ferronickel slag obtained in the step three in a high-efficiency fine crusher for fine crushing to obtain the sand made by the ferronickel slag machine. After optimization, the measured result of the crushability index value of the machine-made sand obtained by the invention is 6.8-7%. The machine-made sand designed by the invention is mixed with natural sand and then used as building materials. The invention has excellent performance through a series of treatments to the nickel-iron slag, especially the air cooling treatment with reasonable speed, and provides necessary conditions for replacing a part of concrete fine aggregate and recycling waste resources.)

一种机制砂及其应用

技术领域

本发明是一种镍铁渣资源综合利用的方法，特别涉及一种机制砂及其应用；属于建筑材料加工技术和环境保护领域。

背景技术

混凝土制备过程中，目前主要采用天然砂或者岩石机制砂作为集料，但是采用这些作为集料时会产生一些问题。砂子属于不可再生资源，过度开采会对河道环境产生巨大破坏，在禁止开采河砂的大前提下，部分工艺选择采用矿石磨碎制备机制砂，开采+磨碎加工过程不但会消耗大量的能源，同时也破坏了山体环境；镍铁渣的排放量随着我国冶炼镍铁合金规模逐渐扩大而逐年增大，近年来，我国镍铁渣排放量已成为继铁渣、钢渣、赤泥之后第四大冶炼渣。

镍铁渣是镍铁矿冶炼镍铁合金时产生的废渣，目前使用率较低，存在大量堆存占用土地，影响周围环境的问题。镍铁渣可以分为高炉镍铁渣和电炉镍铁渣，我国主要以电炉镍铁渣为主，殷素红等人在《一种镍渣复合机制砂及其制备方法》中提出了一种复合镍渣制备机制砂的方法，但该方法所得的机制砂压碎指标大于20％，只满足《建筑用砂》(GB/T14684—2011)中的Ⅱ类标准，本发明旨在使得镍铁渣在满足《建筑用砂》其他性能指标的同时，能够提高镍铁渣机制砂的强度，使其应用范围更广。

工艺上镍铁渣的处理多采用水淬法，高温液态镍铁渣熔体从炉子渣口排出，直接进入水中进行水淬，由于水淬冷速快，会产生大量的玻璃相，用作混凝土时，活性氧化硅可以与硬化水泥浆体孔隙中的氢氧化钙发生反应，生成二次水化产物，造成混凝土体积膨胀，破坏混凝土结构；此外，玻璃态的物质强度不高、脆性大，若渣的结晶度过低，则所制镍铁砂不满足《建筑用砂》(GB/T14684—2011)标准中对于的机制砂坚固性压碎值的要求。

因此，本发明选择采用风淬法来镍铁渣制备机制砂，镍铁风冷冷却结晶相成分为正硅酸镁(Mg₂SiO₄)和偏硅酸镁(MgSiO₃)，制得的产品强度高，而氧化镁均进入结晶相使其活性低，用来代替一部分河砂或者岩石机制砂作为混凝土集料，实现变废为宝，达到资源循环利用的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种全新的镍铁渣制备机制砂的方法，该方法属于建筑材料加工技术领域和环境保护领域。

本发明一种机制砂，所述机制砂通过下述步骤制备：

步骤一高温液态镍铁渣熔体从炉子渣口排出后，对其进行缓冷风淬冷却，得到镍铁渣；缓冷风淬冷却时，控制冷却速度小于等于70℃/s、优选为30-60℃/s、进一步优选为30-35℃/s；

步骤二

将镍铁渣置于颚式破碎机进行一级破碎，

步骤三

将步骤二所得镍铁渣再置于高效细碎机中进行细碎破碎，制得镍铁渣机制砂。

本发明一种机制砂，步骤一中采用风淬法冷却镍铁渣，得到结晶度为95-100％的矿物相。结晶相成分为正硅酸镁(Mg₂SiO₄)和偏硅酸镁(MgSiO₃)。

本发明一种机制砂，步骤一中采用风淬法冷却镍铁渣，能够回收镍铁渣显热，热量交换后产生300-400℃的热风。

本发明一种机制砂，步骤二中采用颚式破碎机将原料进行一次破碎，该设备最大进料粒度不超过640mm，偏心轴转速为250-300r/min。

本发明一种机制砂，步骤三中，采用的高效细碎机将原料进行二次破碎，该设备最大进料粒度不超过180mm，出料口宽度调节控制在5-10mm。

本发明一种机制砂，所述镍铁渣机制砂的放射性符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2010)中建筑主体材料的内照射指数和外照射指数均应≤1.0的和浸出毒性符合《建筑用砂》(GB/T14684—2011)中对人体、生物、环境不产生有害影响的要求。

本发明一种机制砂，镍铁渣在制成机制砂后，依据国家标准《建筑用砂》(GB/T14684—2011)的测定方法，其颗粒级配位于机制砂1区级配标准，细度模数在3.7-3.1范围内，为粗砂；坚固性：质量损失≤8％，压碎性指标值≤20％；表观密度≥2500kg/m³；松散堆积密度≥1400kg/m³，空隙率≤44％；MB值≤1.4，石粉含量：按质量计≤10.0％，泥块含量：按质量计≤1.0％。有害物质中，云母含量≤1.0％，轻物质含量为≤1.0％，有机物含量合格；按SO₃质量计算，硫化物及硫酸盐含量≤0.5％；按氯离子质量计，氯离子含量≤0.06％。

作为优选方案，本发明一种机制砂，所述镍铁渣的成分质量百分比为：SiO₂：45-55％、MgO：25-35％、Fe₂O₃：7-13％、CaO：1-2％、Al₂O₃:4-8％。

作为进一步的优选方案，本发明一种机制砂，镍铁渣在制成机制砂后，依据GB/T14684—2011国家标准《建筑用砂》的测定方法，压碎性指标值的测量结果为6.8-7％。

所述机制砂与天然砂混合后，作为建材使用。作为进一步的优选方案，所述天然砂细度模数为3.5-3.2。作为更进一步的优选方案，所述机制砂与天然砂的质量比为25-35％：45-75％。

本发明的原理为：

砂石骨料在混凝土中起着骨架作用，如传递应力、抑制收缩、防止开裂等作用，水淬后的镍铁渣，会产生大量的玻璃相，从热力学角度来看，玻璃态物质较之相应的结晶态物质具有较大的内能，因此它总是有降低内能向结晶态转变的趋势，所以通常说玻璃是亚稳定的，玻璃态的物质强度不高，故不满足标准中对于镍铁渣的压碎值，本发明的方法采用风冷的方式冷却镍铁渣，风冷后的镍铁渣产生的结晶相成分为正硅酸镁和偏硅酸镁，使得其质地坚硬，为使得该方法生产的镍铁渣能作为细集料添加到混凝土中，采用一级破碎和细破碎配合工作，使得生产的镍铁渣能够满足颗粒级配和细度模数的要求。

相比原来的镍铁渣处理方式，本发明具有如下优势：

1)该镍铁渣冷却过程中不需要消耗水资源，整个工艺简单，节能环保，热风还可再次利用。

2)该镍铁渣相比于水淬渣质地坚硬，且性能稳定，用于混凝土时能够提高混凝土的抗压强度。

具体实施方式

：

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述，实施例仅用于说明本发明，而不是以任何形式来限制本发明。

实施例和对比例

1、镍铁渣主要成分

表1镍铁合金渣主要成分

主要成分	SiO2	MgO	Al2O3	CaO	TFe	其他
							含量/％	52.44	26.32	4.76	1.88	12.07	2.53

由表1知镍铁渣的主要成分为：SiO₂、MgO、Fe₂O₃、CaO、Al₂O₃，表中其他为主要Mn、Cr、Ti、等的氧化物和少量的镍。

2、《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2010)标准规定了建筑主体材料的内照射指数和外照射指数均应小于等于1.0，小于标准规定的材料则使用范围将不受限制，通过试验检测结果：

表2镍合金渣渣放射性检测结果

表2表明镍铁合金渣原材料的内放射指数0.0(+)和外反射指数0.0(+)远小于国家规定的限制指标，因此镍合金渣可以用于建筑材料而不受到应用范围的限制。

3、镍铁渣余热利用：

表3镍铁渣的余热利用

	实施例1	实施例2	对比例1
				风温(℃)	360℃	390℃	/

由表2可以看出本发明采用风淬法冷却镍铁渣，回收镍铁渣显热，其中实施例1的冷却速度为30℃/s、实施例2的冷却速度为35℃/s。热量交换后实施例1的风温为360℃，实施例2的风温为390℃；对比例中采用水淬法无余热回收利用。再采用最大进料粒度不超过640mm、偏心轴转速为250r/min的颚式破碎机将原料进行一次破碎；最后采用最大进料粒度不超过180mm，出料口宽度调节控制在5-10mm的高效细碎机将原料进行二次破碎，制得该种镍铁渣机制砂。

4、镍铁渣的级配：

镍铁渣在制成机制砂后，依据国家标准《建筑用砂》(GB/T14684—2011)的测定方法，对该镍铁渣机制砂的级配和细度模数进行测试：

根据《建筑用砂》(GB/T14684-2011)，用孔径为4.75mm，2.36mm，1.18mm，600μm，300μm，150μm的标准筛，将500g的干砂由粗到细依次过筛。

表4镍铁渣级配和细度模数

由表4知实施例1～2中镍铁渣的平均细度模数为3.34，为粗砂，对比《建筑用砂》中的机制砂的级配表，可知其颗粒级配符合机制砂1区级配标准；对比例1的机制砂细度模数为2.6，为中砂，其颗粒级配符合机制砂2区级配标准。

5、机制砂的坚固性：

(1)压碎指标法；

(2)硫酸钠溶液法；

表5镍铁渣机制砂的坚固性

表5可以看出，本发明制备的的镍铁渣机制砂性能符合国家标准，且在坚固性尤其是压碎值指标上有较大的提升。

6、表观密度、松散堆积密度、空隙率：

表6镍铁渣机制砂的表观密度、松散堆积密度、空隙率

指标	技术要求	实施例1	实施例2	对比例1
					表观密度/kg/m<sup>3</sup>	≥2500	2990	3040	3100
松散堆积密度/kg/m<sup>3</sup>	≥1400	1760	1820	1800
					空隙率/％	≤44	41	40	44

表5可以看出，本发明制备的的镍铁渣机制砂的表观密度、松散堆积密度、空隙率等指标符合国家标准。

6、其他一些技术指标：

表6其他一些指标

综上述，镍铁合金渣替代砂作为细集料的各项指标满足《建筑用砂》的要求，但是因为颗粒较粗，不宜单独使用，可以与部分细度模数较细的天然砂混合使用。

本发明通过对镍铁渣冶金废料进行一系列处理，可变废为宝使得资源循环利用，此外，该种处理的工艺方法也比较简单，在完成炉渣的综合利用的同时，也减小对自然环境的压力。