一种钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨制备方法
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，具体涉及一种钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨制备方法。
背景技术
由钢渣、矿渣、石膏等多种固废制备的胶凝材料，在多种情况下可以直接作为水泥使用。如果此类钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料能够得到广泛应用，预计未来20年在京津冀地区可减少90％以上的水泥熟料消耗。
据统计，2018年我国粗钢产量92826万吨，每生产1吨粗钢约产生0.15吨钢渣，经测算，仅2018年我国产生钢渣13923.9万吨。然而，作为目前钢铁企业利用最差的大宗固废之一，钢渣的综合利用率不足40％。钢厂的钢渣通常为经过磁选回收铁的钢尾渣，其含有部分残余金属铁和大量二价金属离子，在胶凝材料中可以作为激发剂，激发矿渣的活性。目前钢尾渣处理工艺多为：分级粉磨-磁选除铁工艺，具有处理流程长、工艺复杂、能耗高、综合利用效果不佳等缺点。
2018年我国生铁产量77105.4万吨，每生产1吨生铁约产生0.35吨矿渣，经测算，仅2018年我国产生矿渣26986.89万吨。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，为了充分发挥矿渣的活性作用，通常使用立磨或者管磨进行粉磨，在与其他胶凝材料组分进行复配时，均化效果差。
另外，作为激发剂之一的脱硫石膏，其含有纯度较高的硫酸盐，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。但其含水率高，在加工过程中容易粘附粉磨设备，降低粉磨效率。
中国专利文献CN104307614B公开了立磨机粉磨钢渣粉和矿渣粉以及生产钢铁渣粉的方法，该方法采用同一台立磨机分别进行粉磨钢渣粉和矿渣粉。生产的钢渣粉产量达到45t/h，矿渣粉的产量达到60t/h，钢渣粉比表面积＞460m2/kg，矿渣粉比表面积＞430m2/kg，达到国家标准。单机产品电耗：钢渣粉达到30kwh/吨，矿渣粉达到28kwh/吨。但该制备方法的处理流程过长，工艺十分复杂。
中国专利文献CN107986643A公开了一种钢渣深度处理工艺，包括对钢渣进行的破碎、筛分和磁选，可高效地回收99％以上的金属；做到外销尾渣粒径规范0-5mm、金属铁含量1％以下，充分回收可再生资源；实际做到钢渣综合利用价值最大化，尾渣“零排放”。但该工艺仍然属于钢渣的单独处理工艺，没有涉及胶凝材料的综合处理。
因此，为了解决现有技术中存在的问题，亟需寻找一种能耗低协同处理矿渣、钢渣、石膏的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨制备方法，该方法实现了全流程的无废化、高效化、低能耗、无污染，可对矿渣、钢渣、石膏进行低能耗协同处理。
为此，本发明的第一方面提供了一种钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨制备方法，包括，
取钢渣粒、矿渣和石膏，将上述原料混合后通过粉磨装置进行粉磨，粉磨得到细颗粒II、粗颗粒II和粗颗粒III，经热风风选后所述细颗粒II进入收尘器，所述粗颗粒II落回粉磨装置磨盘继续粉磨；所述粗颗粒III经除铁器除铁后继续通过粉磨装置进行粉磨，如此形成循环，直至所有原料进入收尘器，即制备得到胶凝材料；
其中，所述细颗粒III的粒度符合以下条件：0＜粒度≤130μm；所述粗颗粒II的粒度符合以下条件：130μm＜粒度≤3mm；所述粗颗粒III的粒度符合以下条件：3mm＜粒度≤5mm。
进一步，所述钢渣粒由钢渣原料经除铁、破碎、筛分得到。
进一步，所述钢渣原料为转炉钢渣、热泼钢渣、热闷钢渣、滚筒钢渣和电炉渣中的一种或多种。
进一步，所述钢渣粒的制备步骤包括：将钢渣原料进行除铁后进行破碎，筛分得到粗颗粒I、细颗粒I，粗颗粒I的粒度大于10mm，细颗粒I的粒度小于10mm；粗颗粒I经过除铁器除铁后继续进行破碎，形成闭路循环；细颗粒I经过选粉机选粉后，形成钢渣砂和钢渣粒，钢渣砂的粒度为3-10mm，钢渣粒的粒度小于3mm。
进一步，所述破碎采用辊压破碎机或颚式破碎机；优选辊压破碎机，所述辊压破碎机两辊间的距离为9-12mm。辊压机破碎后的钢渣粒度相比于颚式破碎机更小，更均匀。
进一步，所述制备方法还包括以下步骤：对矿渣进行除铁的预处理。
进一步，所述矿渣为水淬高炉矿渣。
进一步，所述石膏原料为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏和废陶模石膏中的一种或多种。
进一步，所述凝胶材料中，所述钢渣粒、矿渣和石膏按重量份数计分别为：钢渣粒5-40份，矿渣20-70份，石膏5-25份。
进一步，所述热风为所述收尘器产生的湿热尾气，所述尾气经管道通入所述粉磨装置，对颗粒进行风选后进入收尘器，形成循环。
进一步，所述除铁器为滚筒式除铁器或悬挂式除铁器。
进一步，所述粉磨装置为立磨。
在具体的实施方式中，所述立磨内部负压为(-2500)Pa-(-2800)Pa，磨辊压力为10MPa-12MPa，粉料分离器转速1050rpm-1180rpm，所述热风进入立磨的温度为225℃-245℃，收尘器入口压力为(-2950)Pa-(-3150)Pa，收尘器入口温度为70℃-85℃，收尘器出口压力为(-3950)Pa-(-4250)Pa，收尘器出口温度为60℃-70℃，热风循环管道内压力为(-580)Pa-(-630)Pa，料层厚度为8cm-15cm。
采用上述参数，通过精确控制立磨内部压力和温度以及收尘器压力和风量，使得立磨的产量有较大提升，设计台时产量45t/h，实际台时产量50t/h-60t/h，生产线的产量大幅上升，能耗有效降低，综合单位吨电耗≤58kW·h/t，燃气消耗量≤23m3/t。
制备得到的胶凝材料的比表面积为450m2/kg-600m2/kg；其粒度符合以下条件：0＜粒度≤130μm；0.045mm筛余1.0-5.0％，0.080mm筛余0-3.0％，含铁量为0.5-2.0％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的制备方法工艺简便，处理流程短，易于操作，能耗低，混合粉磨的物料级配好，其活性较同等条件下单独粉磨的物料活性和强度均较高。
(2)在粉磨过程中，粉磨装置内部的热风风选系统不仅可对胶凝材料进行有效选别，同时使胶凝材料均匀混合，粉料仓不需要额外增加混料设备，更为经济；热风的使用提高了选粉能力，胶凝材料的细度和比表面积稳定，误差小，对胶凝材料水分的烘干作用适当，尤其降低了因石膏含水率高，而使胶凝材料提前水化出现板结现象的几率。
(3)在本发明的制备方法中，并未直接采用钢渣原料制备胶凝材料，而是对钢渣原料进行循环除铁、破碎、筛分后，将得到的钢渣粒用于胶凝材料的制备。该方法工艺简单、能耗低。钢渣原料具有硬度高，难粉磨的特点，原因来自于钢渣中含有难磨的金属铁颗粒。对钢渣原料进行破碎使得部分大颗粒金属铁提前暴露出来，继而通过除铁步骤对暴露出来的铁进行有效去除，减少了后续破碎的循环负荷，同时提高了后续粉磨的粉磨效率。
(4)在钢渣粒的制备过程中，产生的钢渣砂可用于建筑材料原料，实现了钢渣综合利用价值的最大化，尾渣“零排放”，制备的全流程无废化、无污染、高效化。
(5)在本发明的制备方法中，回收利用湿热尾气作为循环的热风进行风选，有利于余热回收，降低燃料的燃烧成本，实现废气零排放，有利于环保，湿热尾气中带有相当大的湿度避免了物料中石膏在高温下产生脱水分解的现象，有效保证了物料的性质。混合粉磨的物料级配好、活性较同等条件下单独粉磨的物料活性高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1为钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨方法流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本发明实施例所使用原料，可通过常规商业购买途径获得。
实施例1
本实施例提供一种钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨方法，包括以下步骤：
(1)钢渣粒的制备
钢渣原料的初级破碎及预先除铁：将转炉钢渣原料经过给料，用悬挂式除铁器进行预先除铁，预先除铁后的钢渣进入辊压机进行初级破碎，之后进入振动筛进行筛分，经过筛分后产生粗颗粒I，细颗粒I，粗颗粒I的粒度为15mm，细颗粒I的粒度为10mm；粗颗粒I经过滚筒式除铁器除铁后返回辊压机继续破碎，形成闭路循环；细颗粒I经过选粉机选粉后，形成钢渣砂和钢渣粒，钢渣砂的粒度为5mm，钢渣粒的粒度为2.7mm。
(2)矿渣的预处理
高炉水淬矿渣原料经过给料，用滚筒式除铁器进行预先除铁。
(3)胶凝材料的制备
取电厂脱硫石膏、步骤(1)制备得到的钢渣粒、步骤(2)经预处理后得到的矿渣，按照以下重量份数进行称取：矿渣56份、钢渣粒30份、石膏14份。将各原料经过皮带运输机运送至立磨进行混合粉磨，在立磨系统中，粉磨得到细颗粒III(0＜粒度≤130μm)、粗颗粒II(130μm＜粒度≤3mm)和粗颗粒III(3mm＜粒度≤5mm)，经风选后所述细颗粒III进入收尘器，所述粗颗粒II落回粉磨装置磨盘继续粉磨；所述粗颗粒III经皮带式除铁器除铁后返回立磨继续粉磨，如此形成闭路循环，直至所有原料进入收尘器，即制备得到胶凝材料。
在此过程中，收尘器收尘后产生湿热尾气，经过循环管道返回立磨，如此形成湿热尾气的回收再利用；控制立磨内部负压-2700Pa，磨辊压力10MPa，粉料分离器转速1080rpm，热风进入立磨的温度225℃，收尘器入口压力-3000Pa，收尘器入口温度75℃，收尘器出口压力-4050Pa，收尘器出口温度65℃，湿热尾气循环管道内压力-595Pa，料层厚度10.5cm；回料的粒度3mm-5mm，制备得到的胶凝材料的比表面积为500m2/kg，粒度范围为0-130μm，0.045mm筛余1.8％，0.080mm筛余0.5％，含铁量为1.0-2.0％。
实施例2
本实施例提供一种钢渣-矿渣-石膏复合胶凝材料的混合粉磨方法，包括以下步骤：
(1)钢渣粒的制备
钢渣原料的初级破碎及预先除铁：将电炉钢渣原料经过给料，用悬挂式除铁器进行预先除铁，预先除铁后的钢渣进入辊压机进行初级破碎，之后进入振动筛进行筛分，经过筛分后产生粗颗粒I，细颗粒I，粗颗粒I的粒度为10mm，细颗粒I的粒度为5mm；粗颗粒I经过滚筒式除铁器除铁后返回辊压机继续破碎，形成闭路循环；细颗粒I经过选粉机选粉后，形成钢渣砂和钢渣粒，钢渣砂的粒度为3mm，钢渣粒的粒度为2mm。
(2)矿渣的预处理
高炉水淬矿渣原料经过给料，用滚筒式除铁器进行预先除铁。
(3)胶凝材料的制备
取柠檬石膏、步骤(1)制备得到的钢渣粒、步骤(2)经预处理后得到的矿渣，按照以下重量份数进行称取：矿渣65份、钢渣粒25份、石膏10份。将各原料经过皮带运输机运送至立磨进行混合粉磨，在立磨系统中，粉磨得到细颗粒III(0＜粒度≤130μm)、粗颗粒II(130μm＜粒度≤3mm)和粗颗粒III(3mm＜粒度≤5mm)，经风选后所述细颗粒III进入收尘器，所述粗颗粒II落回粉磨装置磨盘继续粉磨；所述粗颗粒III经皮带式除铁器除铁后返回立磨继续粉磨，如此形成闭路循环，直至所有原料进入收尘器，即制备得到胶凝材料。
在此过程中，收尘器收尘后产生湿热尾气，经过循环管道返回立磨，如此形成湿热尾气的回收再利用；控制立磨内部负压-2650Pa，磨辊压力11MPa，粉料分离器转速1010rpm，热风进入立磨的温度225℃，收尘器入口压力-3050Pa，收尘器入口温度70℃，收尘器出口压力-4050Pa，收尘器出口温度65℃，湿热尾气循环管道内压力-590Pa，料层厚度10.5cm；回料的粒度3mm-5mm；制备得到的胶凝材料的比表面积为600m2/kg，粒度范围为0-130μm，0.045mm筛余1.2％，0.080mm筛余0.3％，含铁量为1.0-2.0％。
对比例1
取电厂脱硫石膏、转炉钢渣原料、高炉水淬矿渣原料，按照以下重量份数进行称取：矿渣65份、钢渣粒25份、石膏10份。将各原料经过皮带运输机运送至立磨进行混合粉磨，粉磨后进入选粉机进行选粉，控制胶凝材料的比表面积为600m2/kg，粒度范围为0-130μm，0.045mm筛余1.8％，0.080mm筛余0.5％。
实验例
(一)对比实施例2与对比例1制备得到的胶凝材料，对比例1的胶凝材料的28d活性仅能达到实施例2的93％，活性偏低；对比例1的粉磨工艺的能耗比实施例2高10％，而产能仅为实施例2的85％。
(二)将实施例1-2和对比例1所制备得到的胶凝材料分别按水胶比0.32制备胶砂试块，减水剂用量以胶砂流动度在180-220mm为准，胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。各项检测的结果参数对比表格如下表1所示
表1 胶凝材料的检验参数
由表1可知，采用本发明的制备方法所制备的胶凝材料相对于对比例1中的胶凝材料，在抗折强度和抗压强度方面均有明显的优势；在长距离运输和泵送情况下，初凝时间更长；在同等条件下配置混凝土时，工作性能更好。其中，用本发明的胶凝材料制备对早期强度要求高的混凝土预制件等产品时，可以加快模具的周转，节约时间成本；水泥混凝土结构的密实度与用水量关系密切，本发明的用水量更低，水泥混凝土结构的密实度高，可以减少钢筋锈蚀情况的发生，为配置高性能混凝土提供了有利条件，在多种情况下可以直接作为水泥使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
