蒸壓磚生產中鋼渣預處理工藝的研究

在切割過程中產生的鋼渣具有高度的耐候性（15001600c）。其化學組成（硅酸三鈣、硅酸二鈣）與水泥作為特定活性材料相似。當向一定程度上研磨時，其活性顯著提高。可以用作凝膠材料。但是,鋼渣中含有大量的不穩定的f-CaO和f-MgO,這些成分完全水化需要經歷很長的時間,并且伴隨著體積膨脹,鋼渣摻量大時會造成建材制品嚴重開裂的體積安定性問題,這是制約鋼渣在建材中大量應用的主要原因。因此,亟需一種簡便易行的鋼渣處理工藝技術,改善鋼渣的安定性,提高鋼渣在蒸壓建材產品中的用量。1鋼渣砂和水泥鐵尾礦:主要化學組成為、6.10%、CaO12.05%、MgO3.51%、Fe2O39.76%,最大粒徑為1mm。鋼渣:主要化學組成為SiO214.05%、Al2O33.84%、CaO58.76%、MgO7.27%、Fe2O313.41%,其中f-CaO含量為4.33%、f-MgO為0.28%;經破碎、磁選選鐵后的鋼渣砂,最大粒徑2mm;未經粉磨的鋼渣砂標記為0#,鋼渣砂經粉磨得到的比表面積為336m2/kg的鋼渣粉記為1#,鋼渣砂經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的連續級配碎石粉。2試驗方法和設備2.1鋼渣預處理方法向鋼渣(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行預處理。2.2試塊的成型、蒸壓養護將鋼渣、水泥、石粉、尾礦等材料按試驗配比計量后混合,加入適量水(總水料比0.1)拌合均勻;用壓力試驗機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;試塊經靜置3h~6h后,放入蒸壓釜中進行蒸壓養護(升溫2h,180℃恒溫4h,自然降溫);觀察試塊外觀情況并進行強度測試。2.3試驗箱、標準nyl-32a,攪拌機(UJZ-15)、水泥快速養護箱(SY-84)、標準恒溫恒濕養護箱(YH-40B)、壓力試驗機(NYL-300A)、蒸壓釜(R-10)。3鋼渣預處理制磚工藝本次試驗以鋼渣-尾礦蒸壓磚為研究對象,通過對鋼渣進行預處理,研究鋼渣摻量、細度、處理條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試驗結果及討論首先,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。試塊蒸壓養護后,觀察其外觀質量,試驗配比及試驗結果見表1。試驗表明,0#鋼渣摻量在10%以內時,蒸壓后的試塊外觀完好、均未有開裂情況;當0#鋼渣摻量超過10%時,試塊均有不同程度的裂紋出現,而且試塊上裂紋的數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,蒸壓材料不足以約束游離氧化鈣引起的膨脹應力,會導致蒸壓磚體開裂、影響產品質量。3.2鋼渣細度的影響在蒸壓磚中分別加入等量不同細度的鋼渣(0#、1#、2#),研究鋼渣細度對蒸壓磚的影響,試驗配比及試驗結果見表2。在物料配比和其他工藝條件相同的情況下,隨著鋼渣細度的增加試塊上裂紋數量越多、開裂得也越嚴重。這是因為鋼渣越細其比表面積越大,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,膨脹應力集中釋放造成試塊的開裂趨于嚴重。因此,在蒸壓磚中提高鋼渣摻量或使用磨細鋼渣時,應該對鋼渣進行必要的預處理,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)進行濕熱預處理。3.3.1溫度預處理時的效果0#鋼渣按照2.1部分的方法處理后,按試驗配比進行配料,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行強度測試,試驗結果見表3。0#鋼渣在20℃處理24h其結果與不處理的基本相同,沒有明顯區別,試塊中鋼渣的最大摻量為10%,鋼渣超過10%時蒸壓試塊出現裂紋,且隨著鋼渣摻量的增加裂紋的數量和尺寸均增加。在55℃處理24h后,鋼渣的摻量可提高到28%,鋼渣摻量24%左右時與基準配比的試塊強度相當。溫度為70℃時,隨著處理時間的延長,試塊的裂紋數量逐漸減少,強度逐漸提高,處理24h的試塊外觀完好。試驗表明,0#鋼渣在55℃以下的溫度預處理時效果欠佳,在55℃~70℃的預處理時間控制在24h為宜;0#鋼渣摻量提高后,蒸壓磚的強度略有提高,顆粒狀鋼渣活性難以充分發揮對蒸壓磚的強度貢獻有限。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行強度測試,試驗結果見表4。2#鋼渣在20℃處理7d,蒸壓后試塊仍然會出現裂紋,強度很低;40℃時,部分試塊(摻鋼渣18%、20%)仍然有裂紋出現,強度較低。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間,占用場地大、生產周期較長,不利于工業化生產。在55℃處理時,鋼渣安定性改善效果明顯:處理6h鋼渣摻量就能達到20%,處理12h鋼渣摻量可達到25%,處理24h鋼渣摻量可達到35%。70℃時,處理12h鋼渣摻量可達到40%。在90℃處理2h,鋼渣摻量就可達到50%,甚至更高。以上試驗表明:隨著溫度的提高,鋼渣處理所需的時間大幅縮短,鋼渣摻量明顯提高,試塊強度也有較大提高。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,在蒸壓磚生產時,生產企業可以根據自身的生產條件、供汽情況和經濟性等因素,在有條件的情況下考慮適當提高鋼渣的預處理溫度,以縮短鋼渣的處理時間。3.4鋼渣細度及用量筆者根據某企業的現有生產條件,選擇了粉狀鋼渣(2#鋼渣)在55℃預處理24h摻加量為30%的方案進行優化試驗。2#鋼渣按照2.1部分的方法在55℃處理24h,調整水泥摻量,試驗結果見表5。與基準配比相比,用鋼渣粉生產蒸壓磚,強度提高了3.3MPa,鋼渣摻量提高到了20%,水泥用量(5%)減少了2%。因此,提高鋼渣細度能夠使其活性得到充分發揮,減少水泥用量、降低生產成本。用優化后的工藝進行工業化生產,蒸壓磚產品性能穩定,滿足《粉煤灰磚》MU10等級效果技術指標,結果見表6。以游離氧化鈣為主的鋼渣導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生體積膨脹,這種膨脹應力突破了周圍磚體結構的約束從而導致磚體開裂。鋼渣單靠增濕常溫堆放消解處理需要的時間很長,既需要占用大量場地堆放,又會產生揚塵等環境問題,因此,在生產中利用蒸壓釜養護廢汽對鋼渣進行升溫(55℃以上)處理,是具有可操作性和經濟性的。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,具有良好的社會效益和經濟效益。4預處理鋼渣與溫度復合膜的制備在蒸壓磚中,鋼渣摻量超過一定量時會造成磚體開裂