[发明专利]一种含铁水脱硫尾渣的固废基胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含铁水脱硫尾渣的固废基胶凝材料及其制备方法，为工业固体废弃物资源化利用和建筑材料领域，以干基质量百分数含量计，原料包括：10％～40％铁水脱硫尾渣、10％～30％钢渣、20％～50％矿渣、5％～20％工业副产石膏，其中，将铁水脱硫尾渣、钢渣、矿渣和工业副产石膏单独或混合粉磨至比表面积500m²/kg～600m²/kg。本发明将多种固废协同制备免烧固废基胶凝材料，充分利用铁水脱硫尾渣的高附加值，为其在建材领域提供大宗利用途径，且利用其碱性高的特点解决了固废基胶凝材料早期水化反应速率慢、强度低、凝结时间长的问题，在提高资源利用率的同时，大幅度减排二氧化碳，具有明显的经济和环境效益。

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物资源化利用领域和建筑材料技术领域，特别是涉及一种含铁水脱硫尾渣的固废基胶凝材料及其制备方法。

背景技术

目前，工业固体废弃物存在新增产量大、堆存量解决难的问题，矿渣、钢渣、铁水脱硫尾渣、石膏等这些固废每年的产生量巨大，长时间堆存，不仅占用土地资源，还对大气和水资源等造成严重危害。而现阶段对于建筑材料的刚性需求持续增加，但是水泥熟料的生产过程会向大气中排放大量超细粉尘、硫化物和氮氧化物等有害物质。因此，水泥、环保等原因使建筑材料供给受到了刚性制约，需求与供给的“双刚性”矛盾迫使我们亟需提高资源开发利用水平，以更加高效、经济、环保的手段综合利用工业固体废弃物。将这些工业固废用于生产胶凝材料用于建筑领域，既可以解决固废堆存的问题，也可以减少水泥熟料的用量，大大减少二氧化碳的排放量。

大部分钢厂经过充分选铁后的钢尾渣中还有3％左右的残余金属铁，并含有比水泥熟料更高的二价金属离子。因此，钢渣在作为胶凝材料的组分时，可以对矿渣起到良好的激发作用。矿渣中具有潜在水硬活性的硅氧四面体是水泥熟料的2-3倍，用作水泥混合材、混凝土掺合料、胶结充填采矿胶结剂只有1/5-1/3在发挥作用。目前的单一立磨粉磨，矿渣粉的粒径分布集中，颗粒成片状，28d活性指数仅能到达95-98％，严重限制了矿渣活性。工业副产物石膏的成分与天然石膏一致即二水硫酸钙。由于其含有大量的硫酸根基团，可以对矿渣中具有水硬活性的硅氧四面体起到硫酸盐激发作用，形成矾石类矿物，对水化浆体产生强度起到贡献作用。通过钢渣和工业副产物石膏与矿渣的协同作用制备固废基胶凝材料，提高矿渣微粉在混凝土硬化和强度增长过程中的水化反应率，使矿渣微粉为C-S-H凝胶提供硅氧四面体和铝氧四面体的潜能大部分释放出来。但是此固废基胶凝材料与普通硅酸盐水泥相比仍然存在早期强度低、凝结时间长的问题。

为了使钢材具有抗氢致裂纹性能、更均匀的机械性能和更高的冲击韧性，硅钢具有良好的电磁性能，薄板钢具有优良的深冲性能等，要求以低硫含量钢水为条件的连铸技术的迅速发展，使得大多数钢种都要求平均含硫量在0.015％以下，对某些超纯净钢硫的含量要求降到0.001％。传统的高炉-转炉工艺难以满足连铸工艺发展的需要，只有在炼钢之前加上铁水预脱硫工序、炼钢之后加上炉外精炼工艺才能生产。因此，铁水脱硫渣的产生量逐年增多，每吨铁水预脱硫工序可以产生约35kg的脱硫渣。

铁水脱硫尾渣是铁水经预处理脱硫、冷却、分选除铁后排出的冶金渣，常用的脱硫剂为石灰，主要是90％以上的CaO颗粒，为保证脱硫剂与铁水充分接触，除去铁水中的杂质元素硫，在脱硫过程中往往加入过量的脱硫剂，而导致脱硫剂过剩，除了脱去铁水中S^2-形成5％左右的CaS之外，大多脱硫剂与高温铁水接触的时间短，被死烧的程度低，还是主要以CaO的形式存在于脱硫渣中，经后续打水、热闷、滚压、除铁等工艺处理后，在高温水或水蒸气的作用下，使大量的CaO转变生成Ca(OH)₂，同时体系中还含有少量的硅酸二钙、硅酸三钙和铁酸钙相等。因此，铁水脱硫尾渣与普通的转炉钢渣相比有更多的Ca(OH)₂存在，碱度和饱和pH值也要更高。但是由于钢厂处置尾渣的空间和能力有限，绝大多数钢厂将铁水脱硫尾渣和转炉钢渣混合堆存在一起，在现有成熟的建材生产技术中，铁水脱硫尾渣还没有大宗利用的途径。另外，由于热闷冷却过程中的强烈粉粉化，导致其对环境的污染性要远远超过转炉钢渣和电炉钢渣。