蒸压砖生产中钢渣预处理工艺的研究

蒸压砖生产中钢渣预处理工艺的研究

在切割过程中产生的钢渣具有高度的耐候性（15001600c）。其化学组成（硅酸三钙、硅酸二钙）与水泥作为特定活性材料相似。当向一定程度上研磨时，其活性显著提高。可以用作凝胶材料。但是,钢渣中含有大量的不稳定的f-CaO和f-MgO,这些成分完全水化需要经历很长的时间,并且伴随着体积膨胀,钢渣掺量大时会造成建材制品严重开裂的体积安定性问题,这是制约钢渣在建材中大量应用的主要原因。因此,亟需一种简便易行的钢渣处理工艺技术,改善钢渣的安定性,提高钢渣在蒸压建材产品中的用量。1钢渣砂和水泥铁尾矿:主要化学组成为、6.10%、CaO12.05%、MgO3.51%、Fe2O39.76%,最大粒径为1mm。钢渣:主要化学组成为SiO214.05%、Al2O33.84%、CaO58.76%、MgO7.27%、Fe2O313.41%,其中f-CaO含量为4.33%、f-MgO为0.28%;经破碎、磁选选铁后的钢渣砂,最大粒径2mm;未经粉磨的钢渣砂标记为0#,钢渣砂经粉磨得到的比表面积为336m2/kg的钢渣粉记为1#,钢渣砂经粉磨得到的比表面积为428m2/kg的钢渣粉记为2#。水泥:42.5#普通硅酸盐水泥。石粉:最大粒径为5mm的连续级配碎石粉。2试验方法和设备2.1钢渣预处理方法向钢渣(或钢渣粉)中加入0.12倍的水,混合均匀后将其密封,在不同温度条件下进行预处理。2.2试块的成型、蒸压养护将钢渣、水泥、石粉、尾矿等材料按试验配比计量后混合,加入适量水(总水料比0.1)拌合均匀;用压力试验机将混合料压制成试块(试块为直径50mm、高约50mm的圆柱体),成型压力为20MPa;试块经静置3h~6h后,放入蒸压釜中进行蒸压养护(升温2h,180℃恒温4h,自然降温);观察试块外观情况并进行强度测试。2.3试验箱、标准nyl-32a,搅拌机(UJZ-15)、水泥快速养护箱(SY-84)、标准恒温恒湿养护箱(YH-40B)、压力试验机(NYL-300A)、蒸压釜(R-10)。3钢渣预处理制砖工艺本次试验以钢渣-尾矿蒸压砖为研究对象,通过对钢渣进行预处理,研究钢渣掺量、细度、处理条件和水泥用量等因素对蒸压砖性能的影响,确定合理可行的钢渣预处理制砖工艺,以改善钢渣的安定性、提高钢渣在蒸压砖中的用量。3.1试验结果及讨论首先,在试块中掺加不同量的钢渣(0#钢渣),研究钢渣掺量对蒸压砖性能的影响。试块蒸压养护后,观察其外观质量,试验配比及试验结果见表1。试验表明,0#钢渣掺量在10%以内时,蒸压后的试块外观完好、均未有开裂情况;当0#钢渣掺量超过10%时,试块均有不同程度的裂纹出现,而且试块上裂纹的数量和尺寸随着钢渣掺量的增大而增加。因此,在蒸压砖中,0#钢渣的最大掺量为10%;钢渣掺量超过10%时,蒸压材料不足以约束游离氧化钙引起的膨胀应力,会导致蒸压砖体开裂、影响产品质量。3.2钢渣细度的影响在蒸压砖中分别加入等量不同细度的钢渣(0#、1#、2#),研究钢渣细度对蒸压砖的影响,试验配比及试验结果见表2。在物料配比和其他工艺条件相同的情况下,随着钢渣细度的增加试块上裂纹数量越多、开裂得也越严重。这是因为钢渣越细其比表面积越大,暴露出来的游离氧化钙越多,大量的游离氧化钙集中水化消解引起较大的体积膨胀,膨胀应力集中释放造成试块的开裂趋于严重。因此,在蒸压砖中提高钢渣掺量或使用磨细钢渣时,应该对钢渣进行必要的预处理,以消除钢渣中过多的游离氧化钙对蒸压砖的不利影响。3.3不同消化温度对石灰消化速率的影响在常温条件下,钢渣中游离氧化钙的消化速度非常慢。有研究表明,石灰消化速率随着消化温度的升高而增加。因此,以下试验采用提高温度的方法对粒状钢渣(0#钢渣)和粉状钢渣(2#钢渣)进行湿热预处理。3.3.1温度预处理时的效果0#钢渣按照2.1部分的方法处理后,按试验配比进行配料,混合料拌合均匀后压制成型,试块蒸压完后观察其外观情况并进行强度测试,试验结果见表3。0#钢渣在20℃处理24h其结果与不处理的基本相同,没有明显区别,试块中钢渣的最大掺量为10%,钢渣超过10%时蒸压试块出现裂纹,且随着钢渣掺量的增加裂纹的数量和尺寸均增加。在55℃处理24h后,钢渣的掺量可提高到28%,钢渣掺量24%左右时与基准配比的试块强度相当。温度为70℃时,随着处理时间的延长,试块的裂纹数量逐渐减少,强度逐渐提高,处理24h的试块外观完好。试验表明,0#钢渣在55℃以下的温度预处理时效果欠佳,在55℃~70℃的预处理时间控制在24h为宜;0#钢渣掺量提高后,蒸压砖的强度略有提高,颗粒状钢渣活性难以充分发挥对蒸压砖的强度贡献有限。3.3.2钢渣、掺量单2#钢渣按照2.1部分的方法处理后,按试验配比配料,拌合均匀后压制成试块,试块蒸压后观察其外观情况并进行强度测试,试验结果见表4。2#钢渣在20℃处理7d,蒸压后试块仍然会出现裂纹,强度很低;40℃时,部分试块(掺钢渣18%、20%)仍然有裂纹出现,强度较低。因此,采用常温增湿陈放的方法解决钢渣的安定性问题需要较长的陈放时间,占用场地大、生产周期较长,不利于工业化生产。在55℃处理时,钢渣安定性改善效果明显:处理6h钢渣掺量就能达到20%,处理12h钢渣掺量可达到25%,处理24h钢渣掺量可达到35%。70℃时,处理12h钢渣掺量可达到40%。在90℃处理2h,钢渣掺量就可达到50%,甚至更高。以上试验表明:随着温度的提高,钢渣处理所需的时间大幅缩短,钢渣掺量明显提高,试块强度也有较大提高。这表明,在相对高的温度条件下,钢渣中的游离氧化钙消化快,对蒸压砖的不利影响较小。因此,在蒸压砖生产时,生产企业可以根据自身的生产条件、供汽情况和经济性等因素,在有条件的情况下考虑适当提高钢渣的预处理温度,以缩短钢渣的处理时间。3.4钢渣细度及用量笔者根据某企业的现有生产条件,选择了粉状钢渣(2#钢渣)在55℃预处理24h掺加量为30%的方案进行优化试验。2#钢渣按照2.1部分的方法在55℃处理24h,调整水泥掺量,试验结果见表5。与基准配比相比,用钢渣粉生产蒸压砖,强度提高了3.3MPa,钢渣掺量提高到了20%,水泥用量(5%)减少了2%。因此,提高钢渣细度能够使其活性得到充分发挥,减少水泥用量、降低生产成本。用优化后的工艺进行工业化生产,蒸压砖产品性能稳定,满足《粉煤灰砖》MU10等级效果技术指标,结果见表6。以游离氧化钙为主的钢渣导致蒸压砖体开裂的原因,主要是游离氧化钙在水化消解过程产生体积膨胀,这种膨胀应力突破了周围砖体结构的约束从而导致砖体开裂。钢渣单靠增湿常温堆放消解处理需要的时间很长,既需要占用大量场地堆放,又会产生扬尘等环境问题,因此,在生产中利用蒸压釜养护废汽对钢渣进行升温(55℃以上)处理,是具有可操作性和经济性的。此方法简便易行,能明显提高钢渣在蒸压砖中的用量,消纳更多的钢渣、降低水泥用量,具有良好的社会效益和经济效益。4预处理钢渣与温度复合膜的制备在蒸压砖中,钢渣掺量超过一定量时会造成砖体开裂