一种锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法及应用
阅读说明：本技术 一种锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法及应用 (Method for preparing porous light fine aggregate and micro powder from manganese-silicon slag and application ) 是由 莫军红 乌鹏飞 张素娴 张思奇 倪文 杨佳庆 张彦斌 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法,将锰硅合金热熔渣经过水淬处理、干燥处理、粉碎、多级筛分后得到细度模数为3.0-1.5的细集料和锰硅粉末；将前述细集料和锰硅粉末用作混凝土掺和料,有效降低混凝土的质量,有效减少资源浪费,具有良好的节能环保效果,同时为土木建筑工程施工所需的细集料提供了新的原料来源,具有良好的经济效益。(The invention relates to a method for preparing porous light fine aggregate and micro powder from manganese-silicon slag, which comprises the steps of carrying out water quenching treatment, drying treatment, crushing and multi-stage screening on manganese-silicon alloy hot-melt slag to obtain fine aggregate and manganese-silicon powder with fineness modulus of 3.0-1.5; the fine aggregate and the manganese-silicon powder are used as concrete admixture, so that the quality of concrete is effectively reduced, the waste of resources is effectively reduced, the energy-saving and environment-friendly effects are good, a new raw material source is provided for the fine aggregate required by civil engineering and building construction, and the economic benefit is good.)
技术领域
本发明属于锰硅熔渣处理技术领域，具体涉及一种锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法及应用。
背景技术
锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧，2018年以来全国生铁、粗钢产量均呈正增长，因此对锰硅合金需求居高不下。锰硅合金渣是由锰硅合金冶炼过程中排放的高温炉渣经水淬而形成的一种高炉矿渣，每生产1吨锰硅合金约产生 1.2-1.3吨锰硅合金渣，大量的固体废弃物已成为环境污染大户。
锰硅渣的放射性及重金属离子超标严重的制约了综合利用效率，但随着冶金技术的加强，锰硅渣放射性及放射性已符合相关标准，为锰硅渣综合利用提供先决条件。就目前情况来看锰硅合金渣综合利用的方向多样，比如在生产水泥上锰硅渣的掺量只有8％，生产矿棉等高附加值产品的技术已经得到推广和应用，但受限于市场饱和等因素影响这些产业所消耗的锰硅渣量只占总排放量的一小部分，但是这些技术没有从根本上大量消纳锰硅渣，为此找到一种大宗利用锰硅渣的途径，是急需解决的问题。
国内外已经有利用锰硅渣代替土石料筑造公路路基、底基层、基层及路面筑造，不仅可以减少锰硅渣堆存问题，还可以减少石料的开采,有利于保持土壤及植被，但锰硅渣被用于土木工程施工中的细集料尚属空白，限制了锰硅渣大宗利用的有效途径。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种通过对锰硅熔渣经过粉碎后进行多级分筛得到不同粒径的细集料和锰硅粉末，以根据不同需求进行级配应用到土木工程和建筑工程中，实现锰硅熔渣资源化利用、节能环保、节省经济成本的锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法及应用。
本发明的技术方案根据下：
一种锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法，包括以下制备过程：
S1、将锰硅合金热熔渣经过水淬处理后进行干燥处理；
S2、将干燥后的锰硅合金热熔渣送入对辊破碎机进行初级破碎得到初级碎料；
S3、将步骤S2制得的初级碎料送入第一滚筒筛进行一次筛分，筛上产物返回对辊破碎机二次破碎，筛下产物进入再次筛分作业；
S4、将步骤S3经过一次筛分得到的筛下产物依次经过多个目数逐级增加的第二滚筒筛进行多级筛分，每级筛分得到的筛上产物送入对应的集料收集仓内备用，最后一级第二滚筒筛筛分得到的筛下产物送入粉磨机充分粉磨后得到比表面积为400m2/kg-600m2/kg的锰硅渣微粉；
S5、将步骤S4中经过多级筛分得到的对应的筛上产物按一定比例级配得到一定细度模数的细集料。
进一步，所述步骤S3中的第一滚筒筛的孔径为9.5mm。
进一步，所述步骤S4中多个第二滚筒筛的孔径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm，得到对应的筛上产物的的粒径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、 600μm、300μm、150μm，经过最后一级第二滚筒筛筛分得到的筛下产物的粒径小于150 μm。
进一步，所述步骤S5中得到的细集料的细度模数为3.0-1.5。
进一步，进行所述步骤S1时，将锰硅熔渣利用流速不小于965mm3/h的水流进行水淬，以得到20-50mm的炸裂状多孔结构物料。
一种利用前述的方法制备的多孔轻质细集料的应用，所述细集料用于土木工程和建筑工程用胶砂或混凝土中以替代河沙、水洗砂等。
进一步，所述细集料用于制备胶砂，所述胶砂包括胶凝材料、细度模数为3.0-1.5的多孔轻质细集料、减水剂以及水，所述胶凝材料与多孔轻质细集料的质量为1：1-1:4，添加的水与胶凝材料的质量比为0.2-0.6。
进一步，所述细集料用于制备混凝土，所述混凝土包括胶凝材料、比表面积为400m2/kg-600m2/kg的锰硅渣微粉、细度模数为3.0-1.5的多孔轻质细集料、减水剂、粗集料为尾矿废石以及水，所述水与胶凝材料的质量比为0.32-0.48，所述减水剂与胶凝材料的质量比为0.1％-0.7％，所述多孔轻质细集料占骨料的质量比为0.3-0.6，所述锰硅渣微粉添加量为0-40％。
一种利用前述的方法制备的锰硅渣微粉的应用，所述锰硅渣微粉按重量百分比0-30％的比例作为水泥矿物掺和料制备胶凝材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过将锰硅熔渣经过水淬、一次筛分、按要求多级二次筛分制细集料根据要求进行级配后应用于土木工程和建筑工程中，能够有效避免施工过程中出现的泌水、离析、不包浆等现象，并且整体上降低混泥土的质量；
2、本发明将锰硅熔渣经过经过水淬、一次筛分、按要求多级二次筛分得到的终极筛下产物经过充分粉磨后得到锰硅粉料作为胶凝材料掺加至混凝土中或作为水泥矿物掺和料，可以在一定程度上提高混凝土强度；
3、对锰硅熔渣采用本发明提供的方法处理后得到的产物作为混凝土的原料进行二次利用，有效减少资源浪费，具有良好的节能环保效果，同时为土木建筑工程施工所需的细集料提供了新的原料来源，具有良好的经济效益；
4、由于细集料占砂浆及混凝土总量的30-50％，因此本发明对锰硅合金热熔渣进行充分处理后，将筛上细集料作为砂浆及混凝土的骨料，筛下产物用于胶凝材料矿物掺合料，有效提高锰硅合金热熔渣的综合利用率，有效的解决工业固体废弃物堆存问题；并且，在对锰硅合金热熔渣的整个处理工艺过程中，未产生二次固体废弃物，不会对环境产生破坏，同时减少了对山体开挖、砂石开采，有效保护生态环境。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法，包括以下制备过程：
S1、将锰硅合金热熔渣经过水淬处理后进行干燥处理；
S2、将干燥后的锰硅合金热熔渣送入对辊破碎机进行初级破碎得到初级碎料；
S3、将步骤S2制得的初级碎料送入第一滚筒筛进行一次筛分，筛上产物返回对辊破碎机二次破碎，筛下产物进入再次筛分作业；
S4、将步骤S3经过一次筛分得到的筛下产物依次经过多个目数逐级增加的第二滚筒筛进行多级筛分，每级筛分得到的筛上产物送入对应的集料收集仓内备用，最后一级第二滚筒筛筛分得到的筛下产物送入立式粉磨机进行40-90min的充分粉磨后得到比表面积为4 00m2/kg-600m2/kg的锰硅渣微粉；
S5、将步骤S4中经过多级筛分得到的对应的筛上产物按一定比例级配得到一定细度模数的细集料。
本实施例中，所述步骤S3中的第一滚筒筛的孔径为9.5mm。
本实施例中，所述步骤S4中多个第二滚筒筛的孔径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、 600μm、300μm、150μm，得到对应的筛上产物的的粒径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、 600μm、300μm、150μm，经过最后一级第二滚筒筛筛分得到的筛下产物的粒径小于150 μm；具体实施时，采用如下多级分筛方式：
将一次筛分得到的筛下产物沿斜斗进入筛孔为4.75mm的滚筒筛，筛上产物进入集料收集仓，筛下产物沿斜斗进入2.36mm的滚筒筛；经2.36mm滚筒筛筛分所得筛上产物进入集料收集仓，筛下产物沿斜斗进入1.18mm滚筒筛；经1.18mm滚筒筛筛分所得筛上产物进入集料收集仓，筛下产物沿斜斗进入600μm滚筒筛；经600μm滚筒筛筛分所得筛上产物进入集料收集仓，筛下产物沿斜斗进入300μm滚筒筛；经300μm滚筒筛筛分所得筛上产物进入集料收集仓，筛下产物沿斜斗进入150μm滚筒筛；经300μm滚筒筛筛分所得筛上产物进入集料收集仓，筛下产物沿斜斗进入150μm滚筒筛；经150μm滚筒筛筛分所得筛上产物进入集料收集仓，筛下产物传送装置进入粉磨机。。
本实施例中，所述步骤S5中得到的细集料的细度模数为3.0-1.5。
本实施例中，进行所述步骤S1时，将锰硅熔渣利用流速不小于965mm3/h的水流进行水淬，以得到20-50mm的炸裂状多孔结构物料。
一种利用前述的方法制备的锰硅渣制备多孔轻质细集料的应用，所述细集料用于土木工程和建筑工程用胶砂或混凝土中以替代河沙、水洗砂等。
一种利用前述的方法制备的锰硅渣制备多孔轻质细集料的应用，所述锰硅渣微粉按重量百分比0-30％的比例作为水泥矿物掺和料制备胶凝材料。
一种利用前述的方法制备的锰硅渣制备多孔轻质细集料的应用，锰硅渣基多孔轻质骨料其特点质量轻，降低砂浆及混凝土自重，同时具有良好的保温、隔热效果，另一方面是多孔集料具有内养护作用，同等配合比下可使砂浆或混凝土强度增加，减少工程收缩裂缝等特点；所述锰硅渣微粉作为矿物掺合料掺加至砂浆或混凝土中，可以在一定程度上提高混凝土强度，主要是由于水泥水化时产生大量的Ca(OH)2,水泥中含有3％-5％的二水石膏，这些激发剂与锰硅渣超细微粒发生二次反应产生多种新物质，使混凝土强度得到较大的提高；另外，未水化的超细微粒又可填充水泥颗粒间及水泥颗粒与细集料间的空隙，从而使得混凝土总的孔隙率降低，密实度提高，从而增加了混凝土的强度，在确保安定性的前提下减少胶凝材料中水泥的用量，达到节约成本和资源充分利用的目的。
实验例说明：
按本发明提供的锰硅渣制备多孔轻质细集料和微粉的方法制备的细集料及锰硅粉末用于以下实验例，并测试相应的性能；
实验例1
根据破碎和筛分处理后的的锰硅渣，选择表1所示一种级配作为以下案例实施的细集料，并对细集料性质进行检测，检测结果入表2所示。
表1锰硅渣级配结果
表2锰硅渣级配后轻质多孔骨料性质
通过对辊破碎机破碎后对锰硅渣进行筛分、级配，级配后的细度模数为2.8，属于中砂，级配后的性质检测符合建筑用砂标准，适宜作为多孔轻质细集料使用。
实验例2
制备胶砂，所述胶砂包括胶凝材料、细度模数为2.7的多孔轻质细集料、减水剂以及水，所述胶凝材料与多孔轻质细集料的质量为1:2，添加的水与胶凝材料的质量比为0.4，其中，胶凝材料选用P·O42.5的普通硅酸盐水泥，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂；胶砂试验依照上表所示配合比试验，试块在标准养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试胶砂块的抗折、抗压强度如下表所示：
表3胶砂试样各龄期强度结果
由以上数据可知在此配合比下，胶砂块28d抗压强度可达到40.3Mpa，满足应用要求；胶砂试验流动性根据GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》执行，所得胶砂流动度为190mm，工作性能良好。
实验例3
制备一种混凝土，所述混凝土包括胶凝材料、细度模数为2.6的多孔轻质细集料、减水剂、粗集料为尾矿废石以及水，所述水与胶凝材料的质量比为0.43，所述减水剂与胶凝材料的质量比为0.5％，所述多孔轻质细集料占骨料的质量比为0.4，其中胶凝材料选用P·O42.5的普通硅酸盐水泥，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂；混凝土试验依照上述配合比试验，试块在标准养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土试块的抗压强度如下表所示：
表4不同配合比下混凝土各龄期抗压强度变化
由以上数据可知在此配合比下，混凝土28d抗压强度可达到79.34Mpa，满足C80要求；混凝土工作性能根据GB/T50080-2011《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行，所得塌落度为185mm，扩展度为440mm，工作性能良好。
实验例4
制备一种混凝土，所述混凝土包括胶凝材料、比表面积为500m2/kg的锰硅渣微粉、细度模数为2.7的多孔轻质细集料、减水剂、粗集料为尾矿废石以及水，所述水与胶凝材料的质量比为0.32-0.48，所述减水剂与胶凝材料的质量比为0.5％，所述多孔轻质细集料占骨料的质量比为0.4，所述锰硅渣微粉添加量为30％，其中胶凝材料选用70％的P·O42.5的普通硅酸盐水泥，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂，所述锰硅渣微粉作为胶凝材料的矿物掺和料；混凝土试验依照上述配合比试验，试块在标准养护箱内养护至3d、7d以及 28d龄期，测试混凝土试块的抗压强度如下表所示：
表5不同配合比下混凝土各龄期抗压强度变化
由以上数据可知在此配合比下，混凝土28d抗压强度可达到81.56Mpa，满足C80要求；混凝土工作性能根据GB/T50080-2011《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行，所得塌落度为220mm，扩展度大于500mm，工作性能良好。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。
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