一种钢渣改质剂及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种钢渣改质剂及其制备方法和应用，所述钢渣改质剂包括以下原料：高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉和脱硫石膏中的至少两种；按重量百分比计，经过配伍后的所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO 28～55％，SiO2 20～35％，Al2O3 10～20％，SO3 2～8％。本发明将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏通过两种或两种以上配伍为该钢渣改质剂的化学成分组成，充分利用钢铁冶金、火力发电企业易于获得的钙‑硅‑铝基固体废弃物及其他调节材料，能有效对钢渣进行改性，提高了固体废弃物的综合利用率。

权利要求

1.一种钢渣改质剂的应用，其特征在于，将钢渣粉和所述钢渣改质剂进行混合，然后在高温下进行煅烧；所述钢渣改质剂的各原料及质量配比为高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为56:12:26:6；配伍后所述钢渣改质剂的主要化学成分组成：CaO 39.59％，2

SiO223.25％，Al2O3 12.88％，SO3 4.73％；所述钢渣改质剂的比表面积为360m/kg；所述钢2

渣粉的比表面积为410m/kg。

2.根据权利要求1所述钢渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢渣改质剂的制备方法包括以下步骤：按配比将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏进行混合，得所述钢渣改质剂。

3.根据权利要求2所述钢渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢渣改质剂的制备方法包括以下步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干后按比例混合，使用球磨或立磨粉磨至所需细度。

4.根据权利要求1所述的钢渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢渣粉为转炉钢渣粉。

5.根据权利要求1所述的钢渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢渣粉与所述钢渣改质剂的质量比为55～95：5～45。

6.根据权利要求1所述的钢渣改质剂的应用，其特征在于，煅烧温度为1250～1350℃，煅烧时间为10～30min。

说明书

一种钢渣改质剂及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种钢渣改质剂及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 钢渣是炼钢工艺过程产生的废渣，主要由炼钢过程形成的以硅酸盐、铁酸盐等矿物的多相固体废弃物。目前所开展钢渣的综合利用研究主要包括冶金、建筑材料、农业利
用、废水处理、工程应用等几个领域。总体来看，钢渣目前的资源化利用技术还处于较低水
平。

[0003] 目前钢渣利用方向主要是作骨料用以道路工程、回填等，也有将钢渣用于水泥生料配料、返回钢厂作烧结原料等。虽然已有相关标准出台，但多年来钢渣粉与钢铁渣粉的生
产和应用并没有较大的突破，在钢渣用于制备矿物掺和料方面，由于钢渣易磨性差、安定性
差、活性指数低等因素，导致粉磨能耗较高，早期反应活性低，存在体积稳定性隐患等，因此
钢渣在本领域的综合利用率和利用效率一直较低。所属领域中钢铁企业面临着结构调整、
环保税和可持续发展的减排压力，如何提高钢渣应用性能和在建材行业的利用率是钢铁冶
金行业面临的一项难题。

发明内容

[0004] 本发明实施例提供一种转炉钢渣高温改质剂。本发明将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏通过两种或两种以上配伍为该钢渣改质剂的化学成分组成，充分利用钢铁冶
金、火力发电企业易于获得的钙‑硅‑铝基固体废弃物及其他调节材料，能有效对钢渣进行
改性，提高了固体废弃物的综合利用率。

[0005] 本发明实施例提供一种钢渣改质剂，所述钢渣改质剂包括以下原料：高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉和脱硫石膏中的至少两种；按重量百分比计，经过配伍后的所述钢渣改质剂
的化学成分组成：CaO28～55％，SiO2 20～35％，Al2O3 10～20％，SO3 2～8％。

[0006] 在一些优选实施例中，按重量百分比计，所述钢渣改质剂包括以下原料：

[0007]

[0008] 其中所述钢渣改质剂的原料中包含所述高炉矿渣、所述粉煤灰、所述石灰石粉和脱硫石膏中至少两种的组合。

[0009] 在一些优选实施例中，按重量百分比计，所述钢渣改质剂包括以下原料：

[0010]

[0011] 所述钢渣改质剂的化学成分组成：CaO 35～50％，SiO2 20～25％，Al2O3 10～15％，SO3 2～6％。

[0012] 根据本发明，Ca‑Si‑Al基的改质剂有利于降低钢渣中低活性或惰性的铁质矿物的比例，生成部分活性较高的硅酸钙、铁铝酸钙矿物，SO3掺入的目的是使改质后的钢渣体系
内形成部分硫硅酸钙、硫铝酸钙、硫铁酸钙，并结合其它组成并控制在特定含量，这些矿物
可以提升胶凝材料中早期活性。进一步的，发明人经研究发现，采用上述原料改质之后的钢
渣，钢渣中原有的金属铁、铁镁共融相发生物相转变，尤其是，各原料采用上述特定用量范
围时，使得金属铁、铁镁共融相能够转变为铁硅酸盐、铁铝酸盐等矿物，解决了金属铁、铁镁
共融相的存在所导致的易磨性差的问题，具有很好的提高粉磨效率的作用。

[0013] 在一些优选实施例中，所述钢渣改质剂的比表面积为300m2/kg以上。

[0014] 在一些优选实施例中，所述钢渣改质剂的比表面积为300～420m2/kg。本发明中，采用较大的比表面积可提高钢渣与改质组分的接触面积，达到尽量混匀、提高反应速率的
2
目的。尤其是，在上述优选比表面积范围在350～380m /kg方面的效果具有难以预料的提
升。

[0015] 本发明实施例还提供一种所述钢渣改质剂的制备方法，按配比将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏进行混合，得所述钢渣改质剂，优选的，包括以下步骤：将高炉矿渣、
粉煤灰、石灰石粉、脱硫石膏烘干后按比例混合，使用球磨或立磨粉磨至所需细度。

[0016] 本发明实施例还提供一种所述钢渣改质剂的应用，将钢渣粉和所述钢渣改质剂进行混合，然后在高温下进行煅烧。

[0017] 在一些优选实施例中，所述钢渣粉为转炉钢渣粉；和/或，所述钢渣粉的比表面积2 2
为300m/kg以上，优选的，所述钢渣粉的比表面积为350～380m/kg。

[0018] 在一些优选实施例中，所述钢渣粉与所述钢渣改质剂的质量比为55～95：5～45。

[0019] 在一些优选实施例中，煅烧温度为1250～1350℃，煅烧时间为10～30min。

[0020] 本发明的有益效果至少在于：本发明提供的钢渣改质剂及改质工艺方法，充分利用钢铁冶金过程中产生的固体废弃物，在较低的反应温度条件下，提高了钢渣中具有较高
早、中期水化反应活性的矿物组成，降低活性低且难于粉磨的铁质矿物含量，实现钢渣的高
效综合利用。

具体实施方式

[0021] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全
部的实施例。本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式
间的任意组合，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022] 本发明中，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道
商购买得到的常规产品。本发明中所用的化工原料均可在国内化工产品市场方便买到。以
下实例中，所采用的原材料均为采矿、钢铁冶金、火力发电等行业的固体废弃物，容易获取。

[0023] 实施例1

[0024] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为56:12:26:6，配伍后其主要化学成分组成：CaO 39.59％，SiO2 23.25％，Al2O3 
12.88％，SO3 4.73％；

[0025] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱2
硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为360m/kg。

[0026] 实施例2

[0027] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：石灰石粉：脱硫石膏为70:25:5，配伍后其化学成分组成：CaO 43.56％，SiO2 22.31％，Al2O3 10.56％，SO3 
4.35％；

[0028] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、石灰石粉、脱硫石膏烘2
干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为380m/kg。

[0029] 实施例3

[0030] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为90:5:3:2，配伍后其化学成分组成：CaO38.09％，SiO2 30.94％，Al2O3 15.42％，
SO3 3.10％；

[0031] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱2
硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为400m/kg。

[0032] 实施例4

[0033] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为55:25:15:5，配伍后其化学成分组成：CaO 33.23％，SiO2 28.77％，Al2O3 
17.54％，SO3 4.20％；

[0034] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱2
硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为300m/kg。

[0035] 实施例5

[0036] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为20:45:30:5，配伍后其化学成分组成：CaO 28.81％，SiO2 26.61％，Al2O3 
19.66％，SO3 3.61％；

[0037] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱2
硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为400m/kg。

[0038] 实施例6

[0039] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：脱硫石膏为98:2，配伍后其化学成分组成：CaO 39.32％，SiO2 31.24％，Al2O3 14.78％，SO3 3.15％；

[0040] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱2
硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为320m/kg。

[0041] 实施例7

[0042] 本实施例提供一种钢渣改质剂，其各原料及配比：高炉矿渣：粉煤灰：石灰石粉：脱硫石膏为30:40:20:10，配伍后其化学成分组成：CaO 28.96％，SiO2 27.55％，Al2O3 
19.32％，SO3 6.72％；

[0043] 本实施例还提供了该钢渣改质剂的制备步骤：将高炉矿渣、粉煤灰、石灰石粉、脱2
硫石膏烘干并按以上比例混合后，使用球磨机粉磨至比表面积为360m/kg。

[0044] 对比例1

[0045] 对比例提供了一种未经改质的钢渣粉作为矿物掺和料的性能，如表1所示。

[0046] 表1未经改质的钢渣作为矿物掺和料的主要性能

[0047]

[0048] 实验例1

[0049] 本实验例提供以上实施例1中的钢渣改质剂将对比例1中钢渣进行改质，其改质工艺方法：将对比例1中的钢渣与实施例1中的钢渣改质剂按照7：3混合后，在1350℃条件下煅
烧20min后，在空气中急冷。对经过改质处理后的钢渣进行物化性能检测，检测结果如表2：

[0050] 表2改质钢渣作为矿物掺和料的主要性能

[0051]

[0052] 实验例2

[0053] 本实验例对以上实施例中钢渣改质剂改质后的钢渣在C30强度等级混凝土中的应用效果进行验证。

[0054] C30混凝土的制备过程：将220kg水泥、80kg粉煤灰、75kg改质钢渣粉、780kg砂、1035kg石子、170kg水、4kg减水剂在混凝土搅拌机内搅拌均匀，测试新拌混凝土工作性能和
硬化混凝土力学性能，检测结果如表3：

[0055] 表3 C30混凝土性能测试结果

[0056]

[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化，皆应属于本发明的涵盖范围。