一种高水硬活性高炉渣处理方法

摘要

一种高水硬活性高炉渣处理方法，属于建筑材料技术领域。所述的高炉渣质量百分比组成范围是：CaO（38～45%）、SiO2（38～44%）、MgO（4～12%）、Al2O3（8.5～13%），且(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)为0.85～1.15、CaO/MgO为3.5～11.5，SiO2/Al2O3为3～5。将上述成分范围、温度为1450～1550℃的高炉渣出炉时快速盘旋倾倒在孔径为5～15mm的方孔筛网上，同时鼓风，1～2min内使高炉渣冷却到500℃以下，距筛网正下方0.5～1m处放置铸铁板承接落下的粒状高炉渣，固态粒状高炉渣冷却至常温后收集，粉磨后作为水泥活性掺合料使用。本发明工艺简单，不消耗水资源；优选出适合于风冷粒化工艺高炉渣的化学组成范围，并且得到了水硬性能优异的风冷高炉渣。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高水硬活性高炉渣处理方 法。

背景技术

高炉渣是冶炼生铁时的主要副产品，是由铁矿石中的土质组分（石英、 黏土矿物、碳酸盐、磷灰石等）和石灰石（或白云石）熔剂等化合而成，并 在1400～1600℃的高温下反应生成生铁水和熔渣。

熔融高炉渣经急冷成粒后，形成具有潜在水硬性的粒化高炉矿渣，它是 一种具有潜在活性的玻璃体结构材料。目前，传统的高炉渣采用的急冷方法 均是水淬法，主要是通过高压水冲渣使熔渣冷却粒化，然后进行渣水分离， 烘干后得到水淬粒化高炉渣。这种水淬后的粒状高炉渣主要用作水泥及混凝 土的活性混合材，产生了很好的经济效益和社会效益。但是传统的水淬工艺 无法很好的回收高炉熔渣的显热，处理过程中也存在新水消耗量大，释放出 大量硫化气体污染物，渣烘干时二次耗能等问题。因此，开发出一种不消耗 水资源、同时利用空气等与高炉渣直接或间接接触进行炉渣冷却粒化的方法 显得意义重大，而且这种利用空气粒化的的工艺为高效回收高炉熔渣的显热 提供了极大地可行性。

然而，冷却粒化方式的改变必然影响高炉渣的水硬性能，目前这种干法 粒化得到高炉渣的品质以及在建材中的应用效果鲜有报道。为了使干法粒化 的高炉渣达到甚至超过水碎渣的使用性能，不但要考虑冷却粒化方式的影响， 高炉渣的组成成分也是影响其水硬活性的重要因素，同时，高炉渣的组成成 分也是影响其干式冷却粒化特性的关键因素。因此，若能将高炉渣组成和冷 却粒化工艺结合起来，优选出适合干式冷却粒化的高炉渣的组成范围，同时 使干法粒化后的高炉渣具有良好的水硬性能，这不但有助于加快干式粒化工 艺的工业化进程，而且有利于建材行业评价和优选高质量的高炉矿渣，也为 进一步改善高炉矿渣质量提供了可能的技术途径。

发明内容

本发明的目的在于针对目前干式粒化工艺技术尚未成熟，且相应的干式 粒化渣的建材资源化应用性能不明确的情况下，研究优选出一种高水硬活性 高炉渣的成分范围及冷却方法，在一般高炉渣的化学组成范围内，通过简单 的工艺方法优选出适合于风冷粒化高炉渣的化学组成范围，并且该成分范围 的高炉渣具有优良的水硬活性，这有利于进一步帮助和指导建材工作者评价 和优选高品质的高炉渣。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种高水硬活性高炉渣 处理方法，其特征在于包括：

（1）所述的高炉渣的成分及质量百分比组成范围是：CaO（38～45%）、 SiO₂（38～44%）、MgO（4～12%）、Al₂O₃（8.5～13%），且按各氧化物质量 百分数计，(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的比值为0.85～1.15、CaO/MgO的比值为 3.5～11.5，SiO₂/Al₂O₃的比值为3～5；

（2）将组成为（1）中所述成分范围、温度为1450～1550℃的高炉渣出炉 时盘旋倾倒在孔径为5～15mm的方孔筛网上，同时鼓风，1～2min内使高炉渣 冷却到500℃以下，距筛网正下方0.5～1m处放置铸铁板承接落下的粒状高炉 渣；固态粒状高炉渣冷却至常温后收集，粉磨后作为水泥活性掺合料使用。

其中，所述的鼓出的风来自于空气。

本发明的思路是：首先根据一般高炉渣主要的化学组成是CaO、SiO₂、 MgO、Al₂O₃，这四种氧化物的总含量一般大于95%。其中各组成范围一般是 CaO（35～45%）、SiO₂（32～42%）、Al₂O₃（6～16%）、MgO（4～13%）。 考虑到目前干式粒化工艺尚处于实验研究阶段，还未实现工业化，出于技术 尚未成熟和相关研究机构自身技术参数保密等原因，致使这种干式粒化的工 业成品渣不易得。根据实际工业高炉渣主要是由铁矿石中的脉石、石灰石溶 剂以及煤燃烧后的灰分等化合而成，实验室采用工业原料石灰石、粉煤灰以 及纯化学试剂等调配出与实际工业渣成分相符的高炉渣。在上述目前高炉渣 一般的成分范围内采用均匀设计调配出众多组不同成分的高炉渣组成配料， 按照实际高炉造渣工艺和热制度烧成高炉熔渣，对出炉的熔渣进行风冷粒化。 得到的不同组成的粒化高炉渣采用球磨机分别经相同的粉磨工艺磨至水泥要 求的细度（80μm以下），粉磨后的筛余量均控制在7～8%，然后按照标准GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的规定进行矿渣水泥 胶砂的28天抗压强度测定，根据相同龄期的抗压强度值优选出水硬活性良好 的风冷粒化高炉渣的化学组成范围。

本发明的有益效果是：

1）优选出了适合于风冷粒化工艺高炉渣的化学组成范围，并且得到了具 有优异水硬性能的风冷高炉渣。

2）本发明方法不消耗新水，环保无污染，而且工艺简单，为进一步深入 开发适合于工业化的干式粒化工艺提供了参考。

3）本发明优选出的高水硬活性风冷渣的组成范围有利于建材行业评价和 优选高质量的高炉矿渣，也为进一步改善高炉矿渣质量提供了可能的技术途 径。例如，在保证钢铁厂产铁质量及炉况顺行的前体下，适当调节入炉物料 成分比例，能够副产出适合风冷工艺的高品质高炉渣；或者在高炉熔渣出炉 排渣时加入某种成分的调质剂使风冷粒化后的高炉渣在适宜的组成范围内以 改善其水硬活性。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不 仅限于下述实施方式。

实例1：

设定高炉渣成分，按质量百分比计，CaO（38.6%）、SiO₂（43.7%）、 MgO（6.0%）、Al₂O₃（8.7%），且(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的质量百分数 比值为0.85，CaO/MgO的质量百分数比值为6.5，SiO₂/Al₂O₃的质量百分数比 值为5。

采用粉磨、过筛后的80μm筛下的粉末石灰石和粉煤灰做化学成分分析， 用于配制高炉渣生料，并用纯化学试剂SiO₂和MgO调节各成分比例，利用 EXCEL软件计算出500g高炉渣生料时符合设定高炉渣成分的各原料配料量， 分别是石灰石295.5g、粉煤灰66.2g、SiO₂试剂122.1g、MgO试剂16.3g，各 自称量后混合均匀得到高炉渣生料；将高炉渣生料放入刚玉坩埚中在高温炉 中经90min从室温煅烧至1450℃，保温30min后取出炉外；快速将出炉坩埚内 的熔渣盘旋倾倒在10mm孔径的方孔筛网上，同时侧边采用风扇吹风，使高炉 渣约70s冷却至500℃，从筛网落下的粒状的高炉渣由距筛网正下方0.6m处的 铸铁板承接，继续冷却至室温收集的粒状高炉渣经过粉磨后取80μm筛下料用 于胶砂强度测试。

掺有该高炉渣的风冷渣-水泥复合胶砂体系的28天抗压强度值为51MP， 对比胶砂为掺有相同粉磨条件、掺量、养护条件和龄期的实际工业水淬渣的 水渣-水泥复合胶砂，水渣-水泥复合胶砂体系的抗压强度值为38MP，表明该 成分的风冷高炉渣水硬性能优异。

实例2：

设定高炉渣成分，按质量百分比计，CaO（42.3%）、SiO₂（38.3%）、 MgO（3.7%）、Al₂O₃（12.7%），且(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的质量百分 数比值为0.90，CaO/MgO的质量百分数比值为11.5，SiO₂/Al₂O₃的质量百分 数比值为3。

采用粉磨、过筛后的80μm筛下的粉末石灰石和粉煤灰做化学成分分析， 用于配制高炉渣生料，并用纯化学试剂SiO₂和MgO调节各成分比例，利用 EXCEL软件计算出500g高炉渣生料时符合设定高炉渣成分的各原料配料量， 分别是石灰石311.4g、粉煤灰102.4g、SiO₂试剂79.4g、MgO试剂6.8g，各自 称量后混合均匀得到高炉渣生料；将高炉渣生料放入刚玉坩埚中在高温炉中 经90min从室温煅烧至1450℃，保温30min后取出炉外；快速将出炉坩埚内的 熔渣盘旋倾倒在10mm孔径的方孔筛网上，同时侧边采用风扇吹风，使高炉渣 约75s冷却至500℃，从筛网落下的粒状的高炉渣由距筛网正下方0.6m处的铸 铁板承接，继续冷却至室温收集的粒状高炉渣经过粉磨后取80μm筛下料用于 胶砂强度测试。

掺有该高炉渣的风冷渣-水泥复合胶砂体系的28天抗压强度值为59MP， 对比胶砂为掺有相同粉磨条件、掺量、养护条件和龄期的实际工业水淬渣的 水渣-水泥复合胶砂，水渣-水泥复合胶砂体系的抗压强度值为38MP，表明该 成分的风冷高炉渣水硬性能优异。

实例3：

设定高炉渣成分，按质量百分比计，CaO（40.4%）、SiO₂（36.1%）、 MgO（11.5%）、Al₂O₃（9.0%），且(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的质量百分 数比值为1.15，CaO/MgO的质量百分数比值为3.5，SiO₂/Al₂O₃的质量百分数 比值为4。

采用粉磨、过筛后的80μm筛下的粉末石灰石和粉煤灰做化学成分分析， 用于配制高炉渣生料，并用纯化学试剂SiO₂和MgO调节各成分比例，利用 EXCEL软件计算出500g高炉渣生料时符合设定高炉渣成分的各原料配料量， 分别是石灰石305.2g、粉煤灰67.2g、SiO₂试剂90.8g、MgO试剂36.7g，各自 称量后混合均匀得到高炉渣生料；将高炉渣生料放入刚玉坩埚中在高温炉中 经90min从室温煅烧至1450℃，保温30min后取出炉外；快速将出炉坩埚内的 熔渣盘旋倾倒在10mm孔径的方孔筛网上，同时侧边采用风扇吹风，使高炉渣 约85s冷却至500℃，从筛网落下的粒状的高炉渣由距筛网正下方0.6m处的铸 铁板承接，继续冷却至室温收集的粒状高炉渣经过粉磨后取80μm筛下料用于 胶砂强度测试。

掺有该高炉渣的风冷渣-水泥复合胶砂体系的28天抗压强度值为53MP， 对比胶砂为掺有相同粉磨条件、掺量、养护条件和龄期的实际工业水淬渣的 水渣-水泥复合胶砂，水渣-水泥复合胶砂体系的抗压强度值为38MP，表明该 成分的风冷高炉渣水硬性能优异。