高活性钢渣粉的制备及性能分析_嵇鹰.pdf
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1、第 卷第期 材料科学与工程学报 总第 期 文章编号:()高活性钢渣粉的制备及性能分析嵇鹰,祝永超,朱刚,刘旸,蒲奋飞,刘博鑫(西安建筑科技大学 材料科学与工程学院,陕西 西安 ;中国建筑材料工业建设西安工程有限公司,陕西 西安 )【摘要】使用种不同助磨剂对钢渣进行粉磨,并对粉磨后的钢渣粉进行 、等二价金属氧化物固溶体()相分选。对分选前后钢渣粉活性进行研究,通过 相含量的变化,探索了分选前后钢渣粉的活性差异。结果表明:分选后的钢渣粉活性高于粉磨钢渣粉。其中木钙分选组钢渣粉中 相降低了 ,其水化活性最好,钢渣水泥浆体 强度达到 ,非蒸发水含量为 ;分选后的钢渣粉浆体水化产物的种类没有改变,但水化
2、产物的数量增加,钢渣的活性得到有效提高。【关键词】钢渣;助磨剂;相;木质素磺酸钙;非蒸发水中图分类号:文献标志码:,(,;,)【】,【】;收稿日期:;修订日期:基金项目:陕西省重点研发基金资助项目()作者简介:嵇鹰(),男,教授,研究方向:固废资源化利用。:。引言钢渣是生产钢铁时产生的副产品,我国每年钢渣产量十分巨大,占用大量的土地堆积的同时对环境有一定的污染。因而钢渣的综合应用成为钢渣的主要研究方向之一。钢渣中的活性矿物与硅酸盐水泥熟料相似,例如硅酸钙、铁酸钙、铝酸钙和游离氧化钙();但惰性矿物如 、和二价金属氧化物固溶体(相)是水泥熟料中没有的,这些矿物含量越高,钢渣粉的胶凝活性越低。钢渣
3、生成温度约为 ,高于水泥熟料生成温度 ,晶型结构较致密完整,导致钢渣活性较低。钢渣经过高温煅烧后,各种金属氧化物聚集形成多种矿物相的集合体,其中的铁和铁氧化物含量较高,质硬难磨,具有较高的粉磨指数和压碎值,导致钢渣的 粉 磨 难 度 增 大。此 外,钢 渣 中 含 有 过 多 的 与 游 离 氧 化 镁(),水 化 产 物 分 别 为()、(),水 化 产 生 的 体 积 膨 胀 分 别 为 、,会引起体积安定性不良 。上述问题限制了钢渣的应用。目前已有许多钢渣处理方法来增强钢渣的胶凝活性,以达到更高的利用价值,但这些方法有利有弊。机械研磨可获得活性较高、非晶态比较高、含量较低的钢渣。温建 将
4、钢渣机械粉磨后,发现粒径在 对强度起关键作用。但钢渣易磨性差,大大增加了磨矿成本。化学激发是通过加入激发剂来解聚钢渣中的非晶态相和活性矿物来增加钢渣的水化能力,但处理的钢渣对水泥性能的影响有限。罗殉等 发现掺加化学激发剂对水泥后期强度发展产生不良后果。由此可见,化学激发对钢渣活性提升也不尽有利。蒸汽蒸压处理增加反应体系额外的能量,一方面使钢渣的水化速率加快,提高钢渣胶凝材料早强;另一方面 与 经蒸压养护,可以提前水化,避免水化后期的体积安定性恶化。李斌等 发现高温热处理会导致混凝土的孔隙结构变粗,对混凝土的耐久性产生不利影响。此外,这个过程极其耗能。高温改性是指通过加入调节剂改变钢渣的化学成分
5、和矿物成分,但是调节剂在高温下很难与钢渣混合均匀 。与 等 研 究 发现,通过极端冷却或热窒息的方法,可以减少钢渣中向的转化,同时产生更多的非晶相。碳化活化是指钢渣中的矿物与 进行反应,既消耗掉非活性物质,又参与活性物质水化,增加胶凝活性物质的生成产量。顾红霞等 发现碳化对试样的早期强度提高有明显的促进作用,但是对后期强度作用较小。然而碳化设备较复杂,在实际生产中也较难操作。相是钢渣中密度最高,硬度最大的物质,生成于炼钢造渣的过程中,与硅酸二钙交叉结合。相与伴生矿物相之间的物理性质差异较大,其密度、硬度、电导率、比磁化率都远大于活性矿物相。近年来,从钢渣中分离惰性相,而从根本上增强钢渣的活性已
6、成为一种全新的方法。侯新凯等 提出了一种高活性钢渣粉的生产工艺,从钢渣中分选出惰性矿物 相,从改变矿物组成方面提高钢渣的胶凝性。本研究从 相与其他矿物相的物理性质(密度、比磁化率)的差异出发,通过加入不同助磨剂粉磨钢渣,解离 相与矿物相后采用液体磁选分选技术将二者分离,对比分选前后钢渣粉的理化性质,得到活性更高的钢渣粉。实验 原材料实验用水泥为某生态水泥厂 硅酸盐水泥,钢渣为某钢厂钢渣,具体化学组分见表。表试验所用原料的化学成分 化学药品:三乙醇胺、乙二醇、三异丙醇胺、木质素磺酸 钙(简 称 木 钙)、阴 离 子 型 聚 丙 烯 酰 胺(简 称 )、甲醇、丙酮、水杨酸、蔗糖、氢氧化钾。实验药品
7、的配制:助磨剂:三乙醇胺、乙二醇和去离子水的质量比为 ,复配后 磁力搅拌 ;助磨剂:三异丙醇胺、乙二醇和去离子水的质量比为 ,复配后磁力磁拌 。助磨剂在钢渣中的掺入比不计去离子水所占比例。溶液:将 甲醇、丙酮倒入烧杯中,加入 水杨酸,搅拌均匀;溶液:将 去离子水倒入烧杯中,加入 蔗糖和 ,搅拌均匀。实验方法使用颚式破碎机将钢渣破碎到 后采用磁铁吸附,去除其中的磁性较高的组分。分别取组 经 破碎、除 铁处理的钢渣,在 的实验磨中粉磨。第一组不添加任何试剂,为空白组,命名为号;后面的四组分别加入助磨剂、助磨剂、木钙和 ,命名为号、号、号和号。为方便比较,将助磨剂的掺量设定为 。将钢渣置于球磨机中,
8、固体助磨剂直接与物料一起入磨,液体助磨剂先用喷雾器均匀喷洒于物料表面后再入磨。粉磨时间设定为 ,粉磨后的钢渣过 筛后进行实验。液体磁选技术:称取上一步粉磨好的适量钢渣试样,倒入装有乙醇的烧杯中,将烧杯置于磁力搅拌器中搅拌,控制搅拌速度在 ,保持状态持续 。密度低且磁性较弱的活性矿物相悬浮在上层,密度高、磁性高的惰性相在下层。取上层固液混合物,抽滤,在()烘箱中烘干至恒重,打散。将分选后的钢渣粉按顺序分别命名为、号。试块的制备:将粉磨后的钢渣粉与通过液体磁选第 卷第期嵇鹰,等 高活性钢渣粉的制备及性能分析技术分选后的钢渣粉制备钢渣水泥净浆试块,对比分选前后钢渣粉的活性。将前述两种钢渣粉与水泥以
9、的比例混合均匀,制备成尺寸为 的净浆试块,水灰比为 ,试块编号为 试样编号,代表号试样混合水泥制备的试块,其余试块编号以此类推。将脱膜后的净浆试块置于 ,湿度 的标准养护箱中养护至和 龄期测其抗压强度,后将水化浆体敲碎,取内部 小碎块,浸入无水乙醇中止水化。测试方法称取钢渣粉,先在 溶液中 水浴下磁力搅拌,过滤、洗涤、干燥;然后将上一步制备好的粉末加入到氢氧化钾蔗糖溶液()中 下磁力搅拌,静置、过滤、洗涤、干燥,剩下的组分就是 相。试块的抗 压 强 度使用 型压 力 机 进 行测试。从无水乙醇中取出水化浆体小试块,磨细并在()下干燥 至恒重,将磨细的试样在马弗炉中以恒速升温到 ,灼烧至恒重;通
10、过测量灼烧前后的质量损失来计算出试样的非蒸发水含量。计算公式如下:()()()式中:为硬化浆体试样的非蒸发水含量();为硬化浆体试样灼烧前的质量();为硬化浆体试样经 灼烧后的质量();为未水化的钢渣基复合微 粉的 烧 失 量();为 钢 渣 粉 的 烧 失 量();为复合微粉中另一组分的烧失量();为复合微粉中钢渣粉的质量分数()。射线衍射()分析:将上一步磨细的粉末过 目标准筛。采用 分析浆体的水化产物,测试参数为 靶 线,管压 ,管流,扫描速度()。扫描电镜观察():采用 观察水化产物的微观形貌,试样表面经喷金或喷碳处理。结果与讨论 相含量钢渣中的 相几乎没有水化活性,在钢渣水化过程中基
11、本不起作用,伴随 相含量降低,活性组分相对增长,能够从根本上增加钢渣粉的胶凝活性。将钢渣粉中的硅酸盐相、中间相去除后,剩下的就是 相,可用此类方法检测钢渣粉中相的含量以判断钢渣粉的活性。一般水泥熟料使用水杨酸甲醇溶液()溶解硅酸盐相,使用 溶解中间相 。但钢渣含有微量的钙铝黄长石(),它在 溶液中不能完全溶解,因此将甲醇替换为甲醇丙酮的混合液(体积比为 )作为溶剂,可溶解钢渣中含有的微量钙铝黄长石,。分选后的各个钢渣粉样品矿物相分布规律如表所示。钢渣粉磨时,无论是否加入助磨剂,钢渣中 相含量都不会产生变化,但是分选会降低相含量,所以表中列出了经过分选前后粉磨钢渣粉各组分矿物相的含量。从表可见,
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