电炉钢渣铁组分回收及尾泥制备水泥材料的技术基础研究

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随着近年来钢材蓄积量的逐年递增,我国利用废钢的电炉钢产量将逐步增加,其副产电炉钢渣也必将逐步增长。但是我国目前尚未开发出理想的电炉钢渣处理技术,其利用率仅约10%,大大低于转炉钢渣的利用率,大部分电炉钢渣实际是粗放外排,造成大量资源浪费和严重的环境污染。因此,研究电炉钢渣资源化技术迫在眉睫。以电炉钢渣现有“渣铁分离”工序后的铁质组分进一步回收及其剩余尾泥的高效综合利用为出发点,本文提出了对电炉钢渣铁素资源高效分选,剩余尾泥复合激发活性,钢渣水泥和混凝土优化制备的技术路线,拓宽电炉钢渣综合利用途径,提高其综合利用率和利用价值,实现电炉钢渣的资源化高效利用。针对电炉钢渣铁素资源回收效率低等问题,本文研究了以磁选、磁化焙烧、浮选和重选的联合选矿方法回收钢渣中的铁质组分。采用两段选择性破碎电炉钢渣后,经2.5mm筛网筛分,回收的金属铁品位达到89.38%;-2.5mm电炉钢渣经磁感应强度为312.5mT的磁选管弱磁选,可回收品位达64.34%含金属铁、磁铁矿等强磁性铁矿物的铁精粉,回收率达38.75%。通过对弱磁选后的尾渣进行分选研究,重选效果较好,回收的精矿品位可达51.47%,回收率37.28%。本文提出对电炉钢渣采用弱磁+重选回收铁质组分的方法,能将弱磁尾矿中的含铁矿物进一步富集,显著提高回收精矿的品位,是较高效的分选方法。将筛分回收的金属铁、弱磁初选回收的铁精粉与重选回收的精矿混合可生产品位达60.24%的铁精粉产品,回收率达70%以上,可以作为烧结配料返回冶金工序循环再利用,实现电炉钢渣中铁质组分的资源化。针对回收铁质组分后产生的电炉钢渣尾泥活性低、利用率低等难点,研究了机械激发和化学激发对尾泥的活性激发效果。结果表明,机械激发对尾泥的活性激发效果与粉磨细度直接相关,尾泥需粉磨60分钟以上,其比表面积达864.3m-/kg时,才能达到一级钢渣微粉的活性要求;石膏类激发剂对电炉钢渣尾泥有良好的激发效果,掺入4%半水石膏的尾泥粉的A7和A28分别为81.3和82.6,激发效果最好;钠盐激发剂能增加铡渣水泥的碱度,加速电炉钢渣尾泥中活性组分的激发,二水石膏对尾泥活性的激发较平稳,能使活性逐步释放,将电炉钢渣尾泥粉磨至比表面积达600m2/kg以上,掺入4%以1:1重量比混合的二水石膏与硫酸钠,尾泥粉的A7和A2.8分别达到84.65和82.73,达到了一级钢渣微粉的国标要求。针对钢渣湿磨过程降低胶凝活性和改善体积安定性的矛盾,比较研究了电炉钢渣尾泥和转炉钢渣尾泥分别制备钢渣水泥的性能变化规律和水化机理,提出了电炉钢渣比转炉钢渣更适合湿磨工艺的结论。研究表明,电炉钢渣尾泥的矿物以C2S为主,CaO含量较低,而转炉钢渣尾泥的矿物以C3S和Ca(OH)2为主,两者矿物组成的不同是导致湿磨过程活性变化不同的主要原因;电炉钢渣尾泥活性降低主要体现在配制水泥的早期强度增长慢,而转炉渣配制水泥主要体现在后期强度下降较大;在微观结构上,电炉钢渣尾泥所制备钢渣水泥的早期水化产物中,絮状C-S-H凝胶和针状钙矾石晶体的衍射峰强度和晶体数量均弱于转炉钢渣尾泥所制备钢渣水泥,但在水化后期则明显强于后者;总体上电炉钢渣尾泥胶凝活性损失小于转炉渣尾泥。以水泥熟料掺量40%,钢渣尾泥掺量25%,高炉矿渣掺量30%和石膏激发剂5%的配比,能制备符合国标要求的42.5号钢渣水泥。针对电炉钢渣尾泥粉掺入混凝土数量少、性能差的工程化应用难点,研究了利用尾泥与高炉矿渣叠加效应改善混凝土性能的方法,揭示了电炉钢渣尾泥粉单掺或与高炉矿渣粉复掺混凝土对提升混凝土物理力学性能的影响规律。水化过程分析表明,电炉钢渣尾泥粉作为掺合料提升混凝土性能的主要作用体现在细化水化产物的孔隙和改善微孔结构两个方面;在水化反应3天后,尾泥粉单掺对改善混凝土水化产物微孔结构的效果更明显;而在水化后期,尾泥粉单掺对改善混凝土水化产物的孔径分布效果不太明显,尾泥粉与高炉矿渣粉复掺则能充分发挥两种粉体的复合效应或超叠加效应,明显改善水化产物的孔径分布和微孔结构,从而提升混凝士的抗渗性、抗氯离子渗透能力及宏观物理力学性能。采用440 kg/m’胶凝材料,水胶比控制在0.37-0.45.电炉钢渣尾泥粉单掺或与高炉矿渣粉复掺替代水泥胶材总量的10%-50%,可以配制C30-C50等级的低成本商品混凝土
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