用水淬钒钛矿渣制取建设用砂和活性渣粉的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用水淬钒钛矿渣制取建设用砂和活性渣粉的方法。
【背景技术】
[0002]高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融高炉渣称之为钒钛矿渣，外观一般呈褐色，密度3.24g/cm3，钒钛矿渣内外放射性指标Ira 0.1?0.2，Ir 0.08?0.12，远低于国家标准规定的Ira 1.0, Ir 1.0，可使用于任何环境条件下而不受限制。
[0003]钒钛矿渣分水淬急冷和自然慢冷2种渣，均为低钙富钛渣，其成渣的硅、铝、铁、钙、镁等矿物基团受亲和力强且结晶倾向强的T12影响，极难以生成硅酸二钙、铝酸钙类水硬性矿物，完全不同于普通高炉水淬矿渣，无论是水淬急冷还是自然慢冷，其形成的矿物相基本相同，其主要岩相矿物为钙钛矿(Ca0.Ti02)、透辉石(Mg0.Ca0.2Si02)或钛辉石(Mg0.Ca0.2Ti02)、尖晶石(Mg0.Al2O3)、巴依石和少量的氮化钛、碳化钛、碳氮化钛固熔体及隐晶质等，不含天然的山砂、河砂常有的云母、粘土矿物。化学成份(％)波动在T1211.8 ?24.5，CaO 19.6 ?30，S12 18.6 ?25，Al2O31.5 ?16.5,MgO 3.5 ?8.5,MnO 0.5 ?
1.0, FeO 0.9?2.0，S 0.12?0.8，V2O5 0.12?0.55。正因为其钛含量偏高，一方面，钒钛水淬矿渣既不能像普通高炉矿渣一样简单的用于生产矿渣水泥，大量的试验分析显示:即便是用超细粉磨的钒钛水淬矿渣与硅酸盐水泥的复合胶凝材料，其在常温养护条件下胶结料硬化体结构疏松，其水化产物主要是水泥水化提供的，钒钛矿渣颗粒表面基本上未被“侵蚀”，钒钛矿渣的活性极难以激发出来，只有在激发剂存在的高温蒸养条件下，钒钛矿渣颗粒表面除了有水泥水化产物CSH凝胶和片状的单硫型水化硫铝酸钙外，才有明显的“侵蚀”现象。另一方面，又因钒钛矿渣的钛品位不够高，也难以经济的用作钛工业的原料。
[0004]熔融高炉渣在空气中自然冷却形成的一种由钛辉石、钙钛矿等矿物为主的石质材料，呈致密块状结构，通常简称为高钛重矿渣，具有多孔、高强、化学稳定性好等特点，可替代石料用作混凝土骨料。高钛重矿渣我国历年堆积量达数亿吨，占地数万亩，对环境影响较大。当前，马钢、鞍钢、武钢、攀钢等将钒钛重矿渣经机械加工分级破碎、分选制成重矿渣碎石和少量矿渣砂用于工程混凝土石料和砂料，其所制得的重钛矿渣石粗骨料(石料)粒径通常为5?40mm的连续级配，表观密度2.65?2.85g/cm3，堆积密度1320?1470kg/m3，所制得的重钛矿渣石细骨料(砂料)含粉量9?15%，细度模数2.8?3.4，表观密度3.09?3.19g/cm3，堆积密度1590?1780kg/m3，重钛矿渣砂料成本较高。
[0005]熔融高炉渣于(1510?1630°C)直接用水淬急冷可形成海绵状的泡沫水渣为主的多孔轻质渣，于(1350?1450°C)用水淬急冷时可形成部分坚硬颗粒状稳定矿物和部分海绵状泡沫渣，简称水淬钒钛矿渣。水淬的粒化钒钛矿渣呈多孔结构，其表面粗糙、棱角整齐、强度较低，但其钙钛石等稳定相矿物颗粒坚硬、难磨。其粒级比天然中粗砂偏细(偏中细砂之间，相当于天然中砂)，平均粒径在2.53?3.55_，最大粒径一般在5mm左右，粒径在0.15mm以下的水渣粉末和软弱泡沫颗粒一般达15?48%。水淬钒钛矿渣砂这种棱角整齐的粗糙表面和多孔的结构特点并含有相当数量的水渣微粉和软弱泡沫渣特征，使得其具有如下不同于普通混凝土传统用细骨料(人造碎石砂和天然石英砂)的特性:
I)水淬钒钛矿渣砂料的矿物组成为相对稳定相矿物钙钛矿、钛辉石等，而天然砂为结晶致密的二氧化硅。不同的矿物组成决定了有不同类型的材料特性，不同类型的砂对混凝土的初始工作状态及力学性能均有较大影响。
[0006]2)水淬钒钛矿渣砂料具有粗糙棱角表面的多孔结构，吸水量大、含气量亦大。若直接用于普通混凝土，一方面需增加混凝土配比的用水量，也需增加混凝土外加剂的实际用量，这给普通混凝土的配料施工带来诸多困惑和不方便；另一方面，多孔导致孔隙中含有一定量的空气，粗糙的表面又相对增加了浆体的稠度，不利于混凝土内部气泡向表面的迀移，导致水淬矿渣砂混凝土的含气量较普通天然砂混凝土高。
[0007]3)水淬钒钛矿渣砂料含有相当量的水渣微粉和软弱泡沫渣，客观上使得水淬钒钛矿渣砂仅能用于C20标号以下的混凝土，对于常用的C30、C40及高标号混凝土则需增加水泥用量、及增加混凝土外加剂用量，并需使用膨胀剂，对于低标号贫混凝土亦需增加水泥用量，且会降低早期强度、延长混凝土的凝结硬化时间。
[0008]4)水淬钒钛矿渣砂料的矿物比重大，而容重轻，其比重在2380?2880Kg/m3，一般干密实容重仅为650?900Kg/m3，松散干容重为580?800Kg/m3，空隙率58?78%。而天然砂比重在2600?2800Kg/m3，松散干容重在1450?1650Kg/m3，空隙率< 45%。水淬钒钛矿渣砂其容重和空隙率的变化都比天然砂大得多，这给普通混凝土的配料设计和工程应用带来了相当的麻烦和一定的风险。其配制的混凝土拌合物容重也轻，比普通混凝土拌合物容重轻15?25%，即便是砂浆拌合物容重(一般在1080?1550Kg/m3)也比普通砂浆拌合物容重轻28?45%。
[0009]5)水淬钒钛矿渣砂料多孔的结构和含部分软弱的泡沫渣材料特征，使得其混凝土的敏感的轴心抗拉强度、抗折强度和抗压弹性模量低于同标号的普通混凝土的5?20%，尤其是其抗压弹性模量低于现行的《钢筋混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)要求。
[0010]上述这些先天性的特性缺陷正是因水淬钒钛矿渣形成时伴生的大量的泡沫渣、粉渣和颗粒料的完整棱角对混凝土的施工性和混凝土的物理力学性能造成了极为不利的影响，使得这种矿物相相当稳定的水淬钒钛矿渣砂状料的资源化利用受到根本性的抑制，除致密的高硬度的重钛矿渣砂、石的应用外，忽视这些先天性特性缺陷的大量的试验性研究成果，尤其是用水淬钒钛矿渣替代混凝土和砂浆用天然砂的长期的研究成果仍然只能停留在论文或各样的鉴定成果上。客观上，每个冶炼钒钛磁铁矿的大型高炉企业周边的50公里范围内都堆积有千万吨计的水淬钒钛矿渣，对环境造成了不可忽视的污染。
[0011]另一方面，数十年来大规模的基本建设混凝土用砂，导致我国大部分区域的优质天然砂资源几近耗尽，并对环境造成了巨大的破坏，现部分区域如云南广泛采用含泥量高的山砂、沿海广泛采用含盐量高的海砂，致使不少巨额投资的混凝土工程成为生命周期大幅缩短的癌症工程。
[0012]因此，迫切需要一种可资源化利用以化学稳定性好的惰性的钙钛石等矿物为主的水淬钒钛矿渣、并可节省自然砂资源的新方法。
【发明内容】
[0013]本发明所要解决的技术问题是，提供一种用水淬钒钛矿渣制取建设用砂和活性渣粉的方法，以解决水淬钒钛矿渣中软弱结构的泡沫渣和粉渣及坚硬颗粒完整棱角共同造成的先天性特性缺陷及综合利用水淬钒钛矿渣中软弱泡沫渣和粉渣。
[0014]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:用水淬钒钛矿渣制取建设用砂和活性渣粉的方