高钛型高炉水淬渣烧结砖的研制(定).docVIP

高钛型水淬高炉渣烧结砖的研制 赵 杰 （攀钢钢城企业总公司环业公司 四川攀枝花 617022） 摘 要 以攀钢高炉渣为主要原料,以粘土做胶结剂、煤矸石做内热源，采用可压制成型和传统的烧结工艺等方法，试制出了高钛型高炉水淬渣烧结砖。试制砖高钛型高炉水淬渣掺量达到65%以上，各项性能均满足GB5101—2003中的MU20级要求。 关键词 高钛型水淬高炉渣；烧结砖；新型墙体材料 0 引 言 高钛型高炉水淬渣是钒钛磁铁矿冶炼所产生的工业废渣经水淬急冷后形成的。普通高炉水淬渣的化学成分主要是CaO、Al2O3、SiO2，还有少量的MgO、MnO、FeO、TiO2等，但攀钢高炉渣含有20～26％的TiO2，使得CaO的含量减少，并且大部分TiO2和CaO形成了钙钛矿和钛辉石，具有潜在活性的物质很少，所以攀钢高炉渣几乎没有潜在的水硬活性。因此攀钢的高炉水淬渣就不能像普通高炉渣一样用作水泥行业，攀钢高炉渣的综合利用成为一个世界级的难题。 尽管自2001年以来，攀钢高炉渣利用问题有了较大的突破，但是应该看到，一方面，目前攀钢高炉渣大量用于回填，一旦需求趋于饱和，随着钢铁产量的增加，新增的高炉渣又将面临吃力困难的问题。另一方面高炉渣的利用主要集中在重矿渣上，大量水淬渣并没有的被有效的利用。 鉴于目前环境压力日益严峻，并且随着墙体材料工业的发展以及国家对环境资源的保护，消耗大量资源的粘土砖、页岩砖将被新型的非粘土砖所取缔。新型环保型墙体材料成为今后建筑用砖的发展方向。但是大多数不烧砖都存在或多或少的问题，比如产品质量不稳定，使用一段时间后存在干缩、墙体渗水等问题，因此烧结砖虽具有一定的能耗，但是可因地制宜，利用如煤矸石等具有一定可燃性的物质，降低能耗，开发出优质的烧结砖。 因此，课题组结合攀钢生产需要和我国新型墙体材料发展方向，首次提出采用高钛型高炉渣结合少量煤矸石制作烧结矿渣砖的思路，旨在利用高钛型高炉渣的烧结活性和煤矸石的煅烧活性以及燃烧值，为高钛型高炉渣的利用寻找一条新的经济的、大量消耗高炉渣的途径，以解决攀钢高炉渣处理难的问题。 1 主要原料 1.1 高钛型高炉水淬渣 高钛型高炉水淬渣是钒钛磁铁矿冶炼后的高炉矿渣，直接经水淬骤冷之后的工业废弃物（高钛型高炉水淬渣以下简称水渣）。高钛型高炉水淬渣除TiO2含量较高外，其他成分与粘土相近，与我国高钛矾土一样，可以归为硅酸盐材料。水淬含钛高炉渣除明显钙钛矿结晶外，其他成分为玻璃相（约35％）。实验用水渣取自攀钢4＃高炉，表1为攀钢水渣的化学成分，图1为其X-RAY衍射图。 表1 水渣化学成分 化学成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 TiO2 含量(％) 23.46 14.12 27.17 8.31 ＜0.5 22.14 图1 高钛型高炉渣X－RAY衍射 1.2 胶结剂 由于经过高温处理，结构、性能都比较稳定。从攀钢高炉水渣性能形成过程看，由于高炉渣由高温熔融状态冷却而成，经过水淬处理形成的多孔、疏水性的瘠性料，与粉煤灰性能接近。因此，攀钢高炉渣生产烧结砖，遵从瘠性料生产烧结砖的工艺和规律，尽管化学成分具有较大的差异，在制作烧结砖时在工艺上具有相似性。所以在用攀钢水渣生产烧结砖时需要加入胶结剂，实验室选用攀枝花周边的红质粘土胶结剂。其化学成分见下表2。 表2 粘土化学成分 化学成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O 烧失 含量(％) 67.1 14.06 0.5 0.967 7.29 1.93 2.453 5.7 1.3 内燃料 砖体坯料的发热量一般控制在1050～1370 kJ／kg较为适宜。发热量过高，焙烧过程难以控制，制品易发生过烧，导致扭曲变形，影响制品质量，同时也会造成成本的增加。发热量过低，又会增高烧成成本。试验选用的内燃料为攀枝花矿物局选矿厂的煤矸石，热值为4197.17J/g。其化学成分见表3。 表3 煤矸石的化学成分 化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 S CaO MgO 固定C 其他 含量（％） 40.00 17.16 0.5 0.271 1.57 2.90 18.11 19.489 2 水淬钛矿渣烧结砖的试制 2.1 原料的制备 由于水渣跟煤矸石均属于低塑性的原料，为了更好的成型，须对原料进行细加工。水渣、粘土、煤矸石必须先在烘箱中烘干，再通过齿爪破碎机或者球磨机来进行细加工。细加工后的原料粒径分布见表4。 表4 原料破碎后粒径组成（w％） 粒径分布（mm） 1.18 1.18～0.6 0.6～0.3 0.3～0.15 0.15～0075 0.075 水 渣（％） 0.1 1.0 1.6 29.9 41.5 25.9 粘 土（％） 0 3.6 12.1 18