蒸壓磚生產(chǎn)中鋼渣預(yù)處理工藝的研究

蒸壓磚生產(chǎn)中鋼渣預(yù)處理工藝的研究

在切割過程中產(chǎn)生的鋼渣具有高度的耐候性（15001600c）。其化學(xué)組成（硅酸三鈣、硅酸二鈣）與水泥作為特定活性材料相似。當(dāng)向一定程度上研磨時(shí)，其活性顯著提高?？梢杂米髂z材料。但是,鋼渣中含有大量的不穩(wěn)定的f-CaO和f-MgO,這些成分完全水化需要經(jīng)歷很長的時(shí)間,并且伴隨著體積膨脹,鋼渣摻量大時(shí)會(huì)造成建材制品嚴(yán)重開裂的體積安定性問題,這是制約鋼渣在建材中大量應(yīng)用的主要原因。因此,亟需一種簡便易行的鋼渣處理工藝技術(shù),改善鋼渣的安定性,提高鋼渣在蒸壓建材產(chǎn)品中的用量。1鋼渣砂和水泥鐵尾礦:主要化學(xué)組成為、6.10%、CaO12.05%、MgO3.51%、Fe2O39.76%,最大粒徑為1mm。鋼渣:主要化學(xué)組成為SiO214.05%、Al2O33.84%、CaO58.76%、MgO7.27%、Fe2O313.41%,其中f-CaO含量為4.33%、f-MgO為0.28%;經(jīng)破碎、磁選選鐵后的鋼渣砂,最大粒徑2mm;未經(jīng)粉磨的鋼渣砂標(biāo)記為0#,鋼渣砂經(jīng)粉磨得到的比表面積為336m2/kg的鋼渣粉記為1#,鋼渣砂經(jīng)粉磨得到的比表面積為428m2/kg的鋼渣粉記為2#。水泥:42.5#普通硅酸鹽水泥。石粉:最大粒徑為5mm的連續(xù)級配碎石粉。2試驗(yàn)方法和設(shè)備2.1鋼渣預(yù)處理方法向鋼渣(或鋼渣粉)中加入0.12倍的水,混合均勻后將其密封,在不同溫度條件下進(jìn)行預(yù)處理。2.2試塊的成型、蒸壓養(yǎng)護(hù)將鋼渣、水泥、石粉、尾礦等材料按試驗(yàn)配比計(jì)量后混合,加入適量水(總水料比0.1)拌合均勻;用壓力試驗(yàn)機(jī)將混合料壓制成試塊(試塊為直徑50mm、高約50mm的圓柱體),成型壓力為20MPa;試塊經(jīng)靜置3h~6h后,放入蒸壓釜中進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)(升溫2h,180℃恒溫4h,自然降溫);觀察試塊外觀情況并進(jìn)行強(qiáng)度測試。2.3試驗(yàn)箱、標(biāo)準(zhǔn)nyl-32a,攪拌機(jī)(UJZ-15)、水泥快速養(yǎng)護(hù)箱(SY-84)、標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱(YH-40B)、壓力試驗(yàn)機(jī)(NYL-300A)、蒸壓釜(R-10)。3鋼渣預(yù)處理制磚工藝本次試驗(yàn)以鋼渣-尾礦蒸壓磚為研究對象,通過對鋼渣進(jìn)行預(yù)處理,研究鋼渣摻量、細(xì)度、處理?xiàng)l件和水泥用量等因素對蒸壓磚性能的影響,確定合理可行的鋼渣預(yù)處理制磚工藝,以改善鋼渣的安定性、提高鋼渣在蒸壓磚中的用量。3.1試驗(yàn)結(jié)果及討論首先,在試塊中摻加不同量的鋼渣(0#鋼渣),研究鋼渣摻量對蒸壓磚性能的影響。試塊蒸壓養(yǎng)護(hù)后,觀察其外觀質(zhì)量,試驗(yàn)配比及試驗(yàn)結(jié)果見表1。試驗(yàn)表明,0#鋼渣摻量在10%以內(nèi)時(shí),蒸壓后的試塊外觀完好、均未有開裂情況;當(dāng)0#鋼渣摻量超過10%時(shí),試塊均有不同程度的裂紋出現(xiàn),而且試塊上裂紋的數(shù)量和尺寸隨著鋼渣摻量的增大而增加。因此,在蒸壓磚中,0#鋼渣的最大摻量為10%;鋼渣摻量超過10%時(shí),蒸壓材料不足以約束游離氧化鈣引起的膨脹應(yīng)力,會(huì)導(dǎo)致蒸壓磚體開裂、影響產(chǎn)品質(zhì)量。3.2鋼渣細(xì)度的影響在蒸壓磚中分別加入等量不同細(xì)度的鋼渣(0#、1#、2#),研究鋼渣細(xì)度對蒸壓磚的影響,試驗(yàn)配比及試驗(yàn)結(jié)果見表2。在物料配比和其他工藝條件相同的情況下,隨著鋼渣細(xì)度的增加試塊上裂紋數(shù)量越多、開裂得也越嚴(yán)重。這是因?yàn)殇撛郊?xì)其比表面積越大,暴露出來的游離氧化鈣越多,大量的游離氧化鈣集中水化消解引起較大的體積膨脹,膨脹應(yīng)力集中釋放造成試塊的開裂趨于嚴(yán)重。因此,在蒸壓磚中提高鋼渣摻量或使用磨細(xì)鋼渣時(shí),應(yīng)該對鋼渣進(jìn)行必要的預(yù)處理,以消除鋼渣中過多的游離氧化鈣對蒸壓磚的不利影響。3.3不同消化溫度對石灰消化速率的影響在常溫條件下,鋼渣中游離氧化鈣的消化速度非常慢。有研究表明,石灰消化速率隨著消化溫度的升高而增加。因此,以下試驗(yàn)采用提高溫度的方法對粒狀鋼渣(0#鋼渣)和粉狀鋼渣(2#鋼渣)進(jìn)行濕熱預(yù)處理。3.3.1溫度預(yù)處理時(shí)的效果0#鋼渣按照2.1部分的方法處理后,按試驗(yàn)配比進(jìn)行配料,混合料拌合均勻后壓制成型,試塊蒸壓完后觀察其外觀情況并進(jìn)行強(qiáng)度測試,試驗(yàn)結(jié)果見表3。0#鋼渣在20℃處理24h其結(jié)果與不處理的基本相同,沒有明顯區(qū)別,試塊中鋼渣的最大摻量為10%,鋼渣超過10%時(shí)蒸壓試塊出現(xiàn)裂紋,且隨著鋼渣摻量的增加裂紋的數(shù)量和尺寸均增加。在55℃處理24h后,鋼渣的摻量可提高到28%,鋼渣摻量24%左右時(shí)與基準(zhǔn)配比的試塊強(qiáng)度相當(dāng)。溫度為70℃時(shí),隨著處理時(shí)間的延長,試塊的裂紋數(shù)量逐漸減少,強(qiáng)度逐漸提高,處理24h的試塊外觀完好。試驗(yàn)表明,0#鋼渣在55℃以下的溫度預(yù)處理時(shí)效果欠佳,在55℃~70℃的預(yù)處理時(shí)間控制在24h為宜;0#鋼渣摻量提高后,蒸壓磚的強(qiáng)度略有提高,顆粒狀鋼渣活性難以充分發(fā)揮對蒸壓磚的強(qiáng)度貢獻(xiàn)有限。3.3.2鋼渣、摻量單2#鋼渣按照2.1部分的方法處理后,按試驗(yàn)配比配料,拌合均勻后壓制成試塊,試塊蒸壓后觀察其外觀情況并進(jìn)行強(qiáng)度測試,試驗(yàn)結(jié)果見表4。2#鋼渣在20℃處理7d,蒸壓后試塊仍然會(huì)出現(xiàn)裂紋,強(qiáng)度很低;40℃時(shí),部分試塊(摻鋼渣18%、20%)仍然有裂紋出現(xiàn),強(qiáng)度較低。因此,采用常溫增濕陳放的方法解決鋼渣的安定性問題需要較長的陳放時(shí)間,占用場地大、生產(chǎn)周期較長,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。在55℃處理時(shí),鋼渣安定性改善效果明顯:處理6h鋼渣摻量就能達(dá)到20%,處理12h鋼渣摻量可達(dá)到25%,處理24h鋼渣摻量可達(dá)到35%。70℃時(shí),處理12h鋼渣摻量可達(dá)到40%。在90℃處理2h,鋼渣摻量就可達(dá)到50%,甚至更高。以上試驗(yàn)表明:隨著溫度的提高,鋼渣處理所需的時(shí)間大幅縮短,鋼渣摻量明顯提高,試塊強(qiáng)度也有較大提高。這表明,在相對高的溫度條件下,鋼渣中的游離氧化鈣消化快,對蒸壓磚的不利影響較小。因此,在蒸壓磚生產(chǎn)時(shí),生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)自身的生產(chǎn)條件、供汽情況和經(jīng)濟(jì)性等因素,在有條件的情況下考慮適當(dāng)提高鋼渣的預(yù)處理溫度,以縮短鋼渣的處理時(shí)間。3.4鋼渣細(xì)度及用量筆者根據(jù)某企業(yè)的現(xiàn)有生產(chǎn)條件,選擇了粉狀鋼渣(2#鋼渣)在55℃預(yù)處理24h摻加量為30%的方案進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。2#鋼渣按照2.1部分的方法在55℃處理24h,調(diào)整水泥摻量,試驗(yàn)結(jié)果見表5。與基準(zhǔn)配比相比,用鋼渣粉生產(chǎn)蒸壓磚,強(qiáng)度提高了3.3MPa,鋼渣摻量提高到了20%,水泥用量(5%)減少了2%。因此,提高鋼渣細(xì)度能夠使其活性得到充分發(fā)揮,減少水泥用量、降低生產(chǎn)成本。用優(yōu)化后的工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),蒸壓磚產(chǎn)品性能穩(wěn)定,滿足《粉煤灰磚》MU10等級效果技術(shù)指標(biāo),結(jié)果見表6。以游離氧化鈣為主的鋼渣導(dǎo)致蒸壓磚體開裂的原因,主要是游離氧化鈣在水化消解過程產(chǎn)生體積膨脹,這種膨脹應(yīng)力突破了周圍磚體結(jié)構(gòu)的約束從而導(dǎo)致磚體開裂。鋼渣單靠增濕常溫堆放消解處理需要的時(shí)間很長,既需要占用大量場地堆放,又會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵等環(huán)境問題,因此,在生產(chǎn)中利用蒸壓釜養(yǎng)護(hù)廢汽對鋼渣進(jìn)行升溫(55℃以上)處理,是具有可操作性和經(jīng)濟(jì)性的。此方法簡便易行,能明顯提高鋼渣在蒸壓磚中的用量,消納更多的鋼渣、降低水泥用量,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。4預(yù)處理鋼渣與溫度復(fù)合膜的制備在蒸壓磚中,鋼渣摻量超過一定量時(shí)會(huì)造成磚體開裂