一种钢渣在线调质的活性辅助胶凝材料及方法
阅读说明：本技术 一种钢渣在线调质的活性辅助胶凝材料及方法 (Active auxiliary cementing material and method for on-line tempering of steel slag ) 是由 胡月阳 王路明 于 2021-10-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢渣在线调质的活性辅助胶凝材料及方法,称取钢渣和钢渣的调质原料,将调质原料升温至1200-1500℃,并维持在该温度；将钢渣熔融,然后将熔融的液态钢渣直接与上述调质原料接触,并继续保温0.2h-3h；随后直接采用急速冷却的方式进行冷却,经烘干、粉磨即得。本发明中的调质原料与钢渣接触前就具有一定的温度,因此不会导致和钢渣接触时在钢渣表面形成黑色的硬壳,从而调质原料可以和钢渣充分的反应,另外调质原料和钢渣可以在较低的温度下形成液相,为后期活性玻璃体的制备提供帮助。本发明对钢渣进行在线调质,一方面可以利用钢铁生产过程中产生的余温,另一方面可以对钢渣的组成进行调控,这将是钢渣大规模利用必由之路。(The invention discloses an active auxiliary cementing material and a method for steel slag on-line tempering, which comprises the steps of weighing steel slag and tempering raw materials of the steel slag, heating the tempering raw materials to 1200-1500 ℃, and maintaining the temperature; melting the steel slag, directly contacting the molten liquid steel slag with the quenching and tempering raw materials, and continuously preserving heat for 0.2-3 h; then directly cooling by adopting a quick cooling mode, drying and grinding to obtain the product. The quenching and tempering raw material has a certain temperature before contacting with the steel slag, so that a black hard shell is not formed on the surface of the steel slag when contacting with the steel slag, the quenching and tempering raw material can fully react with the steel slag, and in addition, the quenching and tempering raw material and the steel slag can form a liquid phase at a lower temperature, thereby providing help for the preparation of the later active glass body. The invention carries out on-line tempering on the steel slag, can utilize the residual temperature generated in the steel production process on one hand, and can regulate and control the composition of the steel slag on the other hand, which is a necessary way for large-scale utilization of the steel slag.)
技术领域
本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及一种钢渣在线调质的活性辅助胶凝材料及方法。
背景技术
随着经济的快速增长，城市化持续的推进，为了更好的建设城市和道路，人们对钢材的需求越来越大，随之产生的钢渣越来越多。随着近年来建材成本的不断上涨和人们对环保要求的不断上升，将废弃的钢渣资源化利用起来称为一种趋势。
钢渣是钢铁生产过程中产生的副产品，因为钢渣中存在过烧的氧化钙和氧化镁矿物，这些过烧矿物在于水接触后，开始水化，体积发生膨胀，因此钢渣在水泥混凝土和建材中利用时会存在安定性不良的问题，导致水泥混凝土或建材制品结构破坏，从而造成安全事故。
现阶段的钢渣利用主要采用超细粉磨的方法，通过粉磨，促进钢渣中过烧矿物的水化，从而在一定程度上缓解钢渣在水泥混凝土和建材制品中利用时，存在的安定性不良的问题，但是在粉磨的过程中，铁在磨机中的富集会导致磨机的粉磨效率大幅的下降，从而导致成本的增加和磨机的损耗。对于磨机除铁的研究较多，但效果还有待验证。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种钢渣在线调质的活性辅助胶凝材料及方法，以消除钢渣存在的安定性不良的问题，并且调质的钢渣可以作为活性辅助胶凝材料使用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种钢渣在线调质制备活性辅助胶凝材料的方法，包括如下步骤：
(1)称取钢渣和钢渣的调质原料；
(2)将步骤(1)中的调质原料升温至1200-1500℃，并维持在该温度，得到混合物A；
(3)将步骤(1)中的钢渣熔融，然后将熔融的液态钢渣直接与步骤(2)保温的混合物A接触，并在1200-1500℃下保温0.2h-3h得到混合物B，优选1400℃--1500℃下保温0.5h-1h；
(4)将混合物B直接采用急速冷却的方式进行冷却，冷却后得到的调质钢渣C；
(5)将得到的调质钢渣C进行烘干处理，并进行粉磨即得。
具体地，步骤(1)中，所述钢渣的调质原料为粉煤灰、矿渣、硅灰、高岭土、偏高岭土、粘土或铁尾矿中的任意一种或者两种以上的混合物。
优选地，步骤(1)中，钢渣与钢渣的调质原料按照如下质量百分数计算：
钢渣：50％-90％，优选60％-70％；
调质原料：10％-50％。
优选地，步骤(1)中，所述的钢渣为炼钢厂产线上的在线液态钢渣；所述的调质原料的比表面积为200-400m2/kg。
优选地，步骤(2)中，调质原料按照升温速率5-50℃/min加热至1200-1500℃。
优选地，步骤(3)中，液态钢渣与混合物A的接触方式将液态钢渣倾倒或流淌至混合物A中，随后经器物搅拌、磁力搅拌或旋转混合方式混匀。
优选地，步骤(4)中，所述急速冷却的方式包括水冷、液氮冷却或氩气冷却。
进一步地，采用上述制备方法制备得到的钢渣调质活性辅助胶凝材料也在本发明的保护范围中。
具体地，本发明制备得到的钢渣调质活性辅助胶凝材料比表面积为300-800m2/kg。
具体地，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，本发明制备得到的钢渣调质活性辅助胶凝材料，其特征在于，其7天的活性指数不低于58％，28天的活性指数不低于79％。
有益效果：
(1)本发明中的调质原料与钢渣接触前就具有一定的温度，因此不会导致和钢渣接触时在钢渣表面形成黑色的硬壳，从而调质原料可以和钢渣充分的反应，另外调质原料和钢渣可以在较低的温度下形成液相，为后期活性玻璃体的制备提供帮助。本发明对钢渣进行在线调质，一方面可以利用钢铁生产过程中产生的余温，另一方面可以对钢渣的组成进行调控，这将是钢渣大规模利用必由之路。现阶段的在线调质研究主要是，在钢渣中加入部分的钙质原料、硅质原料和铝质原料，高温下加入调质原料时，钢渣表面冷却会形成黑色的硬壳，从而使得调质原料难以进入到钢渣里面进行反应，因此该种方法一直未能进入产业化利用的阶段。
(2)本发明中采用的冷却方式为急速冷却的方式，在此条件下调质钢渣迅速的形成活性玻璃体，此时过烧矿物和钢渣中的铁参与到玻璃体的形成中，从而即消除了钢渣存在的安定性不良问题，有消除材料在粉磨过程中铁的富集问题。
(3)本发明将钢渣制备成活性辅助胶凝材料，不仅消除钢渣在利用过程中存在的安定性不良问题，还将钢渣作为资源利用起来，创造出实际的利用价值，实现钢渣的高值化利用。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是实施例1制备得到的活性辅助胶凝材料与粉煤灰、钢渣的XRD图谱比较。
图2是实施例1中钢渣调质活性辅助胶凝材料出炉时的照片。
图3是实施例1中钢渣调质后作为辅助胶凝材料在水泥中性能的比较图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
以下实施例中矿渣、粉煤灰、偏高岭土等均来自市场随机购买样品。其中，矿渣比表面积为350m2/kg，粉煤灰比表面积为360m2/kg，偏高岭土比表面积为355m2/kg。
实施例1
本实施例钢渣调质活性辅助胶凝材料，按如下质量百分数称取原料：
具体制备方法如下：
(1)按照比例称取矿渣、粉煤灰、偏高岭土并充分混合，然后按照升温速率15℃/min加热至1500℃，维持在该温度，得到混合物A；
(2)将钢渣熔融，然后将熔融的液态钢渣直接流淌至混合物A中，搅拌均匀并在1500℃下保温0.5h，得到液态混合物B；
(3)将液态混合物B直接倾倒于循环水中进行冷却，得到的调质钢渣C，经烘干，粉磨得到辅助胶凝材料，即为所需成品，比表面积为350m2/kg。将该成品加入到水泥中测定活性指数，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，7天的活性指数为62％，28天的活性指数为85％。
实施例2
本实施例钢渣调质活性辅助胶凝材料，按如下质量百分数称取原料：
钢渣 60％，
粉煤灰 30％，
偏高岭土 10％。
具体制备方法如下：
(1)按照比例称取粉煤灰、偏高岭土并充分混合，然后按照升温速率10℃/min，加热至1400℃，维持在该温度，得到混合物A；
(2)将钢渣熔融，然后将熔融的液态钢渣直接流淌至混合物A中，搅拌均匀并在1400℃下保温1h，得到液态混合物B；
(3)将液态混合物B直接倾倒于液氮中进行冷却，得到的调质钢渣C，经烘干，粉磨得到辅助胶凝材料，即为所需成品，比表面积为365m2/kg。将该成品加入到水泥中测定活性指数，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，7天的活性指数为60％，28天的活性指数为81％。
实施例3
本实施例钢渣调质活性辅助胶凝材料，按如下质量百分数称取原料：
钢渣 60％，
粉煤灰 40％。
具体制备方法如下：
(1)按照比例称取粉煤灰，按照升温速率20℃/min，加热至1400℃，维持在该温度，得到混合物A；
(2)将钢渣熔融，然后将熔融的液态钢渣直接流淌至混合物A中，搅拌均匀并在1400℃下保温0.5h，得到液态混合物B；
(3)将液态混合物B直接倾倒于液氮中进行冷却，得到的调质钢渣C，经烘干，粉磨得到辅助胶凝材料，即为所需成品，比表面积为360m2/kg。将该成品加入到水泥中测定活性指数，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，7天的活性指数为58％，28天的活性指数为79％。
取实施例1所得成品，以及原料钢渣和粉煤灰进行XRD表征，如图1所示。从图中可以看出，通过粉煤灰调质的钢渣和未调质的钢渣对比，明显可以看到调质钢渣中在20°-40°的范围内存在非晶相的峰，特别是在30°左右出现的非晶相峰代表了其具有高的活性。在实验室条件下，可以观察到本发明采用的共同加热法可以在钢渣形成液相时，与调质原料混合后，可以解决钢渣形成的硬壳问题，从而可以对钢渣进行在线的调质，该种方法突破传统的思路，使得钢渣在线调质得以实现，实验室下调质的产物出炉时照片如图2。从图2可以看出，上端的钢渣在形成液相后，与下部的调质原料反应，在下部形成具有明显玻璃反射特性的玻璃体材料，因此该种方法被证明为有效的方法。将实施例1制备得到的钢渣在线调质制备的活性辅助胶凝材料以50wt％掺入到水泥中，按照水泥胶砂强度测定标准GB/T17671-1999与用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉测定标准GB/T18046-2017，和标号P·Ⅱ52.5的普通硅酸盐水泥进行比较，二者7天和28天强度见表3。从表3可以看出：掺加了50wt％调质钢渣的水泥与掺加矿渣的水泥相比在7天和28天抗压强度都有所增强，说明了调质钢渣可以在碱性条件下被激发，具有辅助胶凝材料的特性。
本发明突破性地通过矿物组成优化调控钢渣为活性玻璃体材料，经过调控，不仅消除了钢渣存在的安定性不良问题，还将钢渣制备成高附加值的辅助胶凝材料，本发明既在环境保护问题上起到解决问题的作用，也为建材原料的来源拓宽了道路。
本发明提供了一种钢渣在线调质的活性辅助胶凝材料及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。