一种高钛高炉渣非金属磨料及制备方法与流程

1.本发明涉及非金属材料技术领域，具体为一种高钛高炉渣非金属磨料及其制备方法。


背景技术：

2.钛是非常宝贵的资源，因此，较多的技术集中在对高钛高炉渣中钛的提取、回收方面的开发和利用。一般采用物理
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化学方法使钛元素富集在某一矿相(主要为钙钛矿)，后通过选
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冶结合的技术方案，但现有技术均存在技术难度高，工艺复杂，且会产生严重的二次污染，较高的钛含量加速了晶体矿物的成核与析出，致使玻璃体含量大幅度下降，且钛分散在钙钛矿、透辉石、尖晶石等多种矿物相中，含钛矿物相晶的平均粒径5μm～15μm，晶体呈相互嵌布的十字晶或树枝晶。钙钛矿型复合氧化物abo3是一种具有独特物理性质和化学性质的新型无机非金属材料，a位一般是稀土或碱土元素离子，b位为过渡元素离子(如mn、co、fe等)，标准钙钛矿中a或b位被其它金属离子取代或部分取代后可合成各种复合氧化物，形成阴离子缺陷或不同价态的b位离子，是一类性能优异、用途广泛的新型功能材料。高钛型粒化高炉矿渣(以下简称高钛高炉渣)综合利用难度较大，主要归因于其特殊的组成和结构。现阶段而言，高钛高炉渣的非提钛利用途径是迅速消纳存量，化解新增产量，并解决堆场占用大量土地和环境污染等问题的必然选择，不仅可以实现大规模的工业生产，而且技术门槛不高，投资小，无二次污染风险等，是从根本上解决高钛高炉渣综合利用有效的途径。关于高钛高炉渣非提钛的利用主要包括制备混凝土材料，釉面砖、陶瓷砖和地砖、新型墙体材料、微晶玻璃等几个方面。建筑材料领域，特别是混凝土材料方向，是高钛高炉渣非提钛应用的一个重要途径，但活性普遍不高是高钛高炉渣突出的技术难题，为解决这一问题，中国专利《高钛型高炉渣复合掺合料微粉及其制备方法》(申请号：cn201811582851.6)提供了一种高钛型高炉渣复合掺合料微粉，该发明为化解存量渣提供了一条思路，但其涉及的主要原料，如高钛高炉渣、钢渣和石灰石均为非活性填料，限制了其在混凝土中的用量，同时，给出的技术方案中，高钛高炉渣消耗量不高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高钛高炉矿渣磨料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种高钛高炉渣非金属磨料，按其质量百分比计为：二氧化钛含量15％～25％，氧化钙含量25％～35％，二氧化硅含量20％～25％，三氧化二铝5％～25％，氧化锰5％～25％，三氧化二铁5％～25％，以及碱金属氧化物5％～25％。
5.一种高钛高炉渣非金属磨料的制备方法，包括以下步骤：
6.s1、收集高炉废渣，并将集高炉废渣倒至冷却渣池中；
7.s2、将s1收集到冷却渣池中的高炉废渣进行运行水冷
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空冷脉冲冷却制度，得到冷
却后的高炉废渣；
8.s3、将s2得到的冷却后的高炉废渣通过磨料系统进行破碎制砂，得到高钛高炉渣非金属磨料。
9.作为优选，所述s2中的水冷
‑
空冷脉冲冷却制度是将高炉废渣先空冷10～25min，然后启动打水系统，对高炉废渣进行打水20～30min，并循环操作4～12h。
10.作为优选，所述水冷
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空冷脉冲冷却制度中的水渣比为0.8～1.8。
11.作为优选，所述s3中的磨料系统包括两级破碎机构和制砂机构。
12.作为优选，每级所述破碎机构包括一个颚式破碎机、一套磁选和一套直线筛。
13.作为优选，所述s3中得到的高钛高炉渣非金属磨料的表观密度为3.8～4.8kg/m3，莫氏硬度为5.8～7.0。
14.作为优选，所述s3中得到的高钛高炉渣非金属磨料的矿物成分按其质量百分比计为：钙钛矿35％～45％，钛铁矿10％～15％，钛透辉石5％～15％，尖晶石25％～15％，余量为钙钛矿类固溶体和玻璃体。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1.结合熔渣冷却速率对熔渣矿相析出和转变的影响规律，通过精准有效的控制熔渣冷却过程，实现了熔渣矿物相组成和比例可控析出与长大，提高了高硬度矿物含量，进一步，采用合理的破碎、筛分和整形措施，提升了高钛高炉渣的整体物理性能，最终得到多菱角、硬度高和耐磨的非金属磨料；
17.2.通过水冷
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空冷脉冲式冷却工艺，优化了水冷
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空冷时间、用水量和冷却时间等关键工艺参数，实现了冷却过程的智能控制，满足定量、定时和可控的操作要求，提升了熔渣冷却制度的可控性，提高了熔体热传导的均匀性，为熔渣的矿相析出和转变提供了可控的物理化学环境，实现了高钛高炉渣的高附加值应用，所得产品具有硬度高、循环利用率高、作业时扬尘中的游离结晶硅含量低等优点，特别适合船舶制造、修理、钢结构等除锈使用，尤其适合需要循环利用次数高的场合使用。
具体实施方式
18.本发明提供一种技术方案：
19.一种高钛高炉渣非金属磨料，按其质量百分比计为：二氧化钛含量15％～25％，氧化钙含量25％～35％，二氧化硅含量20％～25％，三氧化二铝5％～25％，氧化锰5％～25％，三氧化二铁5％～25％，以及碱金属氧化物5％～25％。
20.一种高钛高炉渣非金属磨料的制备方法，包括以下步骤：
21.s1、收集高炉废渣，并将集高炉废渣倒至冷却渣池中；
22.s2、将s1收集到冷却渣池中的高炉废渣进行运行水冷
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空冷脉冲冷却制度，得到冷却后的高炉废渣；
23.s3、将s2得到的冷却后的高炉废渣通过磨料系统进行破碎制砂，得到高钛高炉渣非金属磨料。
24.其中，所述s2中的水冷
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空冷脉冲冷却制度是将高炉废渣先空冷10～25min，然后启动打水系统，对高炉废渣进行打水20～30min，并循环操作4～12h。
25.其中，所述水冷
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空冷脉冲冷却制度中的水渣比为0.8～1.8。
26.其中，所述s3中的磨料系统包括两级破碎机构和制砂机构。
27.其中，每级所述破碎机构包括一个颚式破碎机、一套磁选和一套直线筛。
28.其中，所述s3中得到的高钛高炉矿渣磨料的表观密度为3.8～4.8kg/m3，莫氏硬度5.8～7.0。
29.其中，所述s3中得到的高钛高炉矿渣磨料的主要矿物组成及其含量为：钙钛矿35％～45％，钛铁矿10％～15％，钛透辉石5％～15％，尖晶石25％～15％，余量为钙钛矿类固溶体和少量玻璃体。
30.实施例1、一种高钛高炉渣非金属磨料，按其质量百分比计为：二氧化钛含量20％，氧化钙含量30％，二氧化硅含量20％，三氧化二铝10％，氧化锰5％，三氧化二铁5％，以及碱金属氧化物10％。
[0031][0032]
一种高钛高炉渣非金属磨料的制备方法，包括以下步骤：
[0033]
s1、收集高炉废渣300t，并将300t高炉废渣倒至冷却渣池中；
[0034]
s2、将s1收集到冷却渣池中的300t高炉废渣进行运行水冷
‑
空冷脉冲冷却制度，以30min为一循环过程，先自然冷却10min，然后再打水冷却20min，并持续循环4小时，打水冷却用水量与高炉废渣比值约为：1.5，得到冷却后的高炉废渣；
[0035]
s3、将s2得到的冷却后的高炉废渣通过磨料系统中的破碎机构和制砂机构进行破碎制砂，其中破碎机构分为两级，每级由一个颚式破碎机、一套磁选、一套直线筛组成，磨料完毕后得到1.0mm高钛高炉渣非金属磨料，结果见表1。
[0036]
实施例2、一种高钛高炉渣非金属磨料，按其质量百分比计为：二氧化钛含量15％，氧化钙含量25％，二氧化硅含量20％，三氧化二铝15％，氧化锰10％，三氧化二铁10％，以及碱金属氧化物5％。
[0037][0038]
一种高钛高炉渣非金属磨料的制备方法，包括以下步骤：
[0039]
s1、收集高炉废渣450t，并将450t高炉废渣倒至冷却渣池中；
[0040]
s2、将s1收集到冷却渣池中的450t高炉废渣进行运行水冷
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空冷脉冲冷却制度，以
30min为一循环过程，先自然冷却10min，然后再打水冷却20min，并持续循环8小时，打水冷却用水量与高炉废渣比值约为：1.8，得到冷却后的高炉废渣；
[0041]
s3、将s2得到的冷却后的高炉废渣通过磨料系统中的破碎机构和制砂机构进行破碎制砂，其中破碎机构分为两级，每级由一个颚式破碎机、一套磁选、一套直线筛组成，磨料完毕后得到1.2mm高钛高炉渣非金属磨料，结果见表1。
[0042]
实施例3、一种高钛高炉渣非金属磨料，按其质量百分比计为：二氧化钛含量20％，氧化钙含量25％，二氧化硅含量20％，三氧化二铝10％，氧化锰10％，三氧化二铁10％，以及碱金属氧化物5％。
[0043][0044]
一种高钛高炉渣非金属磨料的制备方法，包括以下步骤：
[0045]
s1、收集高炉废渣650t，并将650t高炉废渣倒至冷却渣池中；
[0046]
s2、将s1收集到冷却渣池中的650t高炉废渣进行运行水冷
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空冷脉冲冷却制度，以30min为一循环过程，先自然冷却10min，然后再打水冷却20min，并持续循环10小时，打水冷却用水量与高炉废渣比值约为：1.9，得到冷却后的高炉废渣；
[0047]
s3、将s2得到的冷却后的高炉废渣通过磨料系统中的破碎机构和制砂机构进行破碎制砂，其中破碎机构分为两级，每级由一个颚式破碎机、一套磁选、一套直线筛组成，磨料完毕后得到1.5mm高钛高炉渣非金属磨料，结果见表1。
[0048]
实施例4、一种高钛高炉渣非金属磨料，按其质量百分比计为：二氧化钛含量25％，氧化钙含量30％，二氧化硅含量25％，三氧化二铝5％，氧化锰5％，三氧化二铁5％，以及碱金属氧化物5％。
[0049][0050]
一种高钛高炉渣非金属磨料的制备方法，包括以下步骤：
[0051]
s1、收集高炉废渣150t，并将150t高炉废渣倒至冷却渣池中；
[0052]
s2、将s1收集到冷却渣池中的150t高炉废渣进行运行水冷
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空冷脉冲冷却制度，以30min为一循环过程，先自然冷却10min，然后再打水冷却20min，并持续循环3小时，打水冷却用水量与高炉废渣比值约为：1.9，得到冷却后的高炉废渣；
[0053]
s3、将s2得到的冷却后的高炉废渣通过磨料系统中的破碎机构和制砂机构进行破碎制砂，其中破碎机构分为两级，每级由一个颚式破碎机、一套磁选、一套直线筛组成，磨料完毕后得到0.8mm高钛高炉渣非金属磨料，结果见表1。
[0054]
表1各实施例高钛高炉渣非金属磨料检测表
[0055][0056]
该非金属磨料以高钛高炉渣为主要原料，生产工艺简单，无二次污染，实现了高钛高炉渣的高附加值应用，所得产品具有硬度高、循环利用率高、作业时扬尘中的游离结晶硅含量低等优点，特别适合船舶制造、修理、钢结构等除锈使用，尤其适合需要循环利用次数高的场合使用。
[0057]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0058]
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。