一种含钛高炉渣制备混凝土骨料的方法与流程

1.本发明涉及高炉渣资源再利用技术领域，具体涉及一种利用含钛高炉渣制备混凝土骨料的方法。


背景技术：

2.高炉渣是冶炼生铁时产生的熔融矿渣，是钢铁冶金工业生产中排放量最大的一种固定废弃物，目前国外先进国家的渣铁比(吨渣/吨铁)已达到0.25以上，我国大多数钢铁企业的渣铁比在0.3左右。按我国年生铁产量5亿吨估算，每年高炉渣排量约1.5亿吨，数量巨大的高炉渣如不能很好利用，不但会堆积占用大量场地、增加管理成本，而且会严重污染环境。目前对高炉渣的主流处理技术是按重矿渣处理工艺用作混凝土骨料或按水淬渣处理工艺用作水泥原料。
3.钒钛磁铁矿是生铁冶炼的主要原料，含钛高炉渣就是高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣，熔融矿渣在空气中自然冷却或水冷形成具有一定强度的致密矿渣。含钛高炉渣与普通矿渣相比，含钛高炉渣中二氧化钛(tio2)含量可高达21％左右，氧化钙含量较低，因此由含钛高炉渣得到的水淬渣活性很低，一般不用作水泥原料使用。含钛高炉渣的利用主要是经缓冷工艺得到重矿渣，用作混凝土骨料使用。但由于从高炉内流出的含钛熔渣存在着渣量不均匀、温度偏低、冷却速度快、结晶过程时间不足的情况，使得熔渣的凝固结晶动力学条件差，玻璃相增多，导致缓冷得到的重矿渣强度波动很大，用作混凝土骨料时往往容易不达标准，从而造成含钛高炉渣仍得不到有效利用、资源浪费的后果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种含钛高炉渣制备混凝土骨料的方法，实现含钛高炉渣的有效回收利用。
5.为解决以上技术问题，本发明的技术方案提供了一种含钛高炉渣制备混凝土骨料的方法，它是将进入渣池的含钛高炉渣采用先自然冷却、后喷水冷却的方式得到重矿渣，重矿渣经破碎、筛分、磁选得到混凝土骨料。混凝土骨料包括粗骨料和细骨料，根据破碎粒度的不同可得到重矿渣碎石用作粗骨料和重矿渣砂用作细骨料。
6.由于重矿渣的冷却速度决定了重矿渣的强度，冷却速度越慢，结晶相结晶越充分，强度越高，而自然冷却得到的重矿渣的强度最高，本发明通过先自然冷却，后喷水冷却的方式控制重矿渣的冷却速度为先慢速缓冷、后快速急冷，从而解决了重矿渣强度过高增加破碎难度和成本，强度过低又达不到混凝土骨料标准的问题。
7.进一步的，本发明通过扩大含钛高炉渣出渣孔的孔径为48～52mm来控制含钛高炉渣进入渣池的流速为0.68～1.27吨/分钟。通过控制高炉渣进入渣池的流速，可以保证高炉渣至渣池地表的温度达到1250℃以上，高炉渣进入渣池的温度越高，高炉渣中的结晶相在缓冷过程中能更充分的结晶，避免产生过多的玻璃相影响强度。更优的是，控制渣池内含钛高炉渣的渣层厚度为800～1000mm，可以减缓高炉渣的冷却，加强高炉渣的保温，促进结晶
相的转化。
8.进一步的，上述自然冷却的时间为30～40min，喷水冷却的喷水次数为2～3次，每次喷水的间隔时间为10～20min，每次喷水时间不少于1min，这样喷水冷却的总用水量可控制到大约0.5吨/吨渣，在达到重矿渣强度要求的同时减少了水的消耗，降低了水耗量，节约了制备成本。自然冷却时间的时长和喷水冷却次数、喷水时间、间隔时间的限制，调节了所得重矿渣的强度。
9.与现有技术相比，本发明提供的含钛高炉渣制备混凝土骨料的方法，通过控制高炉渣进入渣池的流速以及设计适宜的渣层厚度和冷却方式，改善了高炉渣在冷却过程中的结晶条件，减少了玻璃相的形成，使得到的重矿渣的强度得到稳定，能有效作为混凝土骨料使用；通过设计先慢速缓冷后急速快冷的冷却方式，解决了重矿渣强度过高增加破碎难度和成本，强度过低又达不到混凝土骨料标准的问题。本发明方法得到的混凝土骨料符合国标gb/t14684
‑
2011(建筑用砂)、gb/t14685
‑
2011(建筑用碎石卵石)的指标要求，可有效替代建筑用砂、石使用，实现了含钛高炉渣的有效回收利用。
10.含钛高炉渣经缓冷形成为重矿渣，重矿渣中tio2含量高，渣中cao 基本上与tio2结合，不会生成c2s，重矿渣的活性度低，不存在β
‑
c2s多晶型矿物，也不存在由β
‑
c2s转变为γ
‑
c2s的硅酸盐分解现象，因此长期存放不会发生粉化、胀裂等现象，稳定性好，含硫量低，没有铁锰分解趋向，具有2
‑
3级石料的力学强度，耐磨性不亚于石灰岩，适宜生产混凝土骨料——碎石和砂。
11.同时，由于砂石市场中河沙和山砂的开采量越来越少，建筑用砂、石的成本会越来越高，本发明得到的混凝土骨料可有效替代建筑用砂、石使用，为砂石市场的建筑用砂、石带来更多的可选择性，同时提升含钛高炉渣的经济价值，提高钢铁企业的经济效益。
具体实施方式
12.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
13.下述实施例均在本发明申请人四川德胜集团钒钛有限公司内进行。
14.高炉炉渣可通过在高炉前从地坪至炉台高度砌筑隔墙，构成渣池，炉渣出炉后经过渣沟流入渣池内，也可通过接渣、出渣装置等中转装置将炉渣从高炉转入渣池内。下述实施例炉渣的转入方式均为通过中转装置转入。
15.实施例1：
16.1#高炉，炉渣含钛量(tio2)19％，炉渣经出渣装置流入渣池内，控制出渣装置的出渣口孔径为48mm，炉渣流入渣池的流速为0.68吨/分钟，控制渣池内的渣层厚度为800mm，渣池内渣层厚度达到750mm时关闭出渣口，自然冷却30min后开始对炉渣喷水冷却，设定喷水次数为2次，第一次喷水时间2min，喷水量通过阀门调节 (以确保熔渣打水均匀为基准)，喷水结束后10min后再次喷水直至熔渣冷却至室温停止得到重矿渣，经测算，喷水冷却的总水耗量为0.45吨水/吨渣。
17.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
‑
25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石产品(粒度5
‑
25mm)，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒
度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂产品(粒度0
‑
5mm)，破碎机功耗如下表1所示。
18.实施例2：
19.1#高炉，炉渣含钛量(tio2)19％，炉渣经出渣装置流入渣池内，控制出渣装置的出渣口孔径为52mm，炉渣流入渣池的流速为1.27吨/分钟，控制渣池内的渣层厚度为1000mm，渣池内渣层厚度达到950mm时关闭出渣口，自然冷却40min后开始对炉渣喷水冷却，设定喷水次数为3次，第一次喷水时间1min，第二次喷水时间3min，间隔喷水时间为10min,喷水量通过阀门调节(以确保熔渣打水均匀为基准)，第二次喷水结束后20min后再次喷水直至熔渣冷却至室温停止得到重矿渣，经测算，喷水冷却的总水耗量为0.5吨水/吨渣。
20.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
‑
25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂，破碎机功耗如下表1所示。
21.实施例3：
22.1#高炉，炉渣含钛量(tio2)19％，炉渣经出渣装置流入渣池内，控制出渣装置的出渣口孔径为50mm，炉渣流入渣池的流速为1.0吨/分钟，控制渣池内的渣层厚度为900mm(厚度最小值)，渣池内渣层厚度达到850mm时关闭出渣口，自然冷却 30min后开始对炉渣喷水冷却，设定喷水次数为3次，第一次喷水时间1min，第二次喷水时间3min，间隔喷水时间为10min,喷水量通过阀门调节(以确保熔渣打水均匀为基准)，第二次喷水结束后15min后再次喷水直至熔渣冷却至室温停止得到重矿渣，经测算，喷水冷却的总水耗量为0.5吨水/吨渣。
23.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
‑
25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂，破碎机功耗如下表1所示。
24.实施例4：
25.2#高炉，炉渣含钛量(tio2)21％，炉渣经出渣装置流入渣池内，控制出渣装置的出渣口孔径为50mm，炉渣流入渣池的流速为1.0吨/分钟，控制渣池内的渣层厚度为900mm，渣池内渣层厚度达到850mm时关闭出渣口，自然冷却30min后开始对炉渣喷水冷却，设定喷水次数为3次，第一次喷水时间1min，第二次喷水时间3min，间隔喷水时间为10min,喷水量通过阀门调节(以确保熔渣打水均匀为基准)，第二次喷水结束后15min后再次喷水直至熔渣冷却至室温停止得到重矿渣，经测算，喷水冷却的总水耗量为0.5吨水/吨渣。
26.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
‑
25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂，破碎机功耗如下表1所示。
27.对比实施例1：
28.2#高炉，炉渣含钛量(tio2)21％，炉渣经出渣装置流入渣池内，控制出渣装置的出渣口孔径为50mm，炉渣流入渣池的流速为1.0吨/分钟，控制渣池内的渣层厚度为900mm，渣
池内渣层厚度达到850mm时关闭出渣口，然后自然冷却至室温得到重矿渣。
29.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
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25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂，破碎机功耗如下表1所示。
30.对比实施例2：
31.2#高炉，炉渣含钛量(tio2)21％，炉渣经出渣装置流入渣池内，控制出渣装置的出渣口孔径为50mm，炉渣流入渣池的流速为1.0吨/分钟，控制渣池内的渣层厚度为900mm，渣池内渣层厚度达到850mm时关闭出渣口，然后喷水冷却至室温得到重矿渣，设定喷水次数为3次，第一次喷水时间1min，第二次喷水时间3min，间隔喷水时间为10min,喷水量通过阀门调节(以确保熔渣打水均匀为基准)，第二次喷水结束后15min后再次喷水直至熔渣冷却至室温停止得到重矿渣，经测算，喷水冷却的总水耗量为1吨水/吨渣。。
32.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
‑
25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂，破碎机功耗如下表所示。
33.对比实施例3：
34.2#高炉，炉渣含钛量(tio2)21％，炉渣经出渣装置流入渣池内，流速为0.55 吨/分钟，渣池内渣层厚度达到600mm时关闭出渣口，自然冷却30min后开始对炉渣喷水冷却，设定喷水次数为3次，第一次喷水时间1min，第二次喷水时间3min，间隔喷水时间为10min,喷水量通过阀门调节(以确保熔渣打水均匀为基准)，第二次喷水结束后15min后再次喷水直至熔渣冷却至室温停止得到重矿渣，经测算，喷水冷却的总水耗量为0.5吨水/吨渣。
35.将挑选得到的1000kg重矿渣经颚式破碎机(pef150
×
250、沈阳重工、10
‑
40mm) 粗破后分成两份，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度5
‑
25mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣碎石，一份入圆锥破碎机(pyb600、沈阳重工、破碎粒度0
‑
5mm)破碎后经筛分、磁选步骤得到重矿渣砂，破碎机功耗如下表1所示。
36.表1.破碎机产量表
[0037][0038]
从上表可以看出，破碎机破碎本技术实施例制备的重矿渣，相较对比实施例，产量
有明显提高，因此功耗得到明显降低，相较对比实施例，破碎机更加节能。
[0039]
将上述实施例得到的重矿渣碎石和砂按照国标gb/t14684
‑
2011(建筑用砂)、gb/t14685
‑
2011(建筑用碎石卵石)的要求进行性能检测，具体结果如下表2、表3所示：
[0040]
表2.重矿渣砂性能指标
[0041][0042]
表3.重矿渣碎石性能指标
[0043]
[0044][0045]
以上结果可以表明：本发明方法制备得到的重矿渣砂和重矿渣碎石均符合国标要求，可以用作混凝土骨料使用，同时本发明方法得到重矿渣硬度适中，既达到了国标要求，又节约了能耗。
[0046]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
[0047]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。