本发明属于钒钛钢铁冶金工业大宗固废综合利用和建筑材料
技术领域：
，具体涉及一种全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土及其制备方法。
背景技术：
：我国攀枝花-西昌地区富含钒钛磁铁矿，以该矿石冶炼生铁、继而炼钢过程中将产生大量冶炼渣，如高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏、铸余渣等。以钒钛磁铁矿为原料冶炼生铁过程中产生的高炉矿渣为高钛矿渣，tio2含量在15％以上，由于其组成中的tio2多以稳定的钙钛矿、钛辉石等结构稳定矿物存在，活性钙、硅、铝组分在玻璃固溶体中，造成其胶凝活性组分化学反应速率慢，活性降低。现有技术中，高钛矿渣的建筑材料应用主要有以下三种方式：一是将熔融态高钛矿渣进行水淬急冷，形成水淬粒化高炉高钛矿渣，将水淬粒化高炉高钛矿渣粉磨成微粉，做水泥混合材或混凝土用矿物掺合料；二是将熔融态高钛矿渣倒入溜槽及滚筒中，同时喷入高压水，形成高钛矿渣膨珠，该矿渣膨珠可作为混凝土用轻集料；三是将熔融态高炉高钛矿渣在空气中自然冷却凝固，再将凝固体破碎成高钛矿渣碎石和高钛矿渣渣砂，作为建筑用砂、石骨料使用。以上述钒钛磁铁矿冶炼得到的生铁为原料炼钢过程中，生铁中杂质与造渣剂反应生成钢渣。钢渣中含水泥熟料矿物、方镁石、游离氧化钙等矿物，具有一定的自硬性。现有技术中，钢渣主要作为水泥生产用原料或磨成细粉作为混凝土用矿物掺合料；另外，也有将钢渣直接作为混凝土用砂、石骨料，但钢渣集料在混凝土中的体积稳定性存在巨大隐患。钢厂脱硫石膏是炼钢过程中的烟气经脱硫产生的副产石膏，主要成分与天然石膏相似。铸余渣是高效钢二次精炼过程中产生的废渣，主要成分以钙铝为主。现有技术中，针对铸余渣综合利用渠道较少。目前，攀西地区每年高钛矿渣排放量700万吨以上；钢渣100万吨以上；脱硫石膏30万吨以上；铸余渣10万吨以上。以上钒钛钢铁冶炼渣的综合利用率不足50％，其堆积量仍在不断增长，不仅占用了大量土地资源，也给当地生态环境造成了严重破坏，因此，有必要充分的利用钒钛钢铁冶炼渣生产各类建筑材料、以减少当地生态环境压力。轻质混凝土具有轻质、高强、保温、吸能、抗震等多种突出性能和功能优势，是建设绿色建筑急需的关键产品。现有技术中，轻质混凝土以水泥为主要胶结材料、各类人造/天然轻集料和天然砂石为骨料，水泥、人造/天然轻集料、天然砂石制备和采集能耗高、天然矿物资源消耗大。若能全部以钒钛钢铁冶炼渣代替轻质混凝土所必须的水泥、集料，则一方面大掺量规模化消纳钒钛钢铁冶炼渣，另一方面为绿色建筑发展提供节能绿色混凝土产品。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。该全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土，包括以下原料制备而成：铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉40～70重量份、钢渣微粉50～80重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠300～400重量份、高钛矿渣渣砂350～450重量份。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，原料还包括水120～150重量份。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述铸余渣是指高效钢二次精炼过程中产生的废渣。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述铸余渣的主要成分为：tio23～4％、cao44～47％、mgo4～5％、sio217～18％、al2o320～22％、fe2o34～5％。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述铸余渣的比表面积≥150m2/kg。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣是指以钒钛磁铁矿为原料冶炼生铁过程中产生的高炉矿渣。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣微粉是指熔融态高钛矿渣经水淬急冷后形成的颗粒，再经粉磨磨细至比表面积不小于350m2/kg粉体材料。所述的高钛矿渣微粉是指粒度小于63微米的微细颗粒。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣微粉的主要成分为：tio215～25％、cao20～40％、mgo6～10％、sio215～32％、al2o310～17％。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣微粉的比表面积≥350m2/kg，28天强度活性指数≥60％。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣膨珠是指将熔融态高钛矿渣分散抛出，在滚动离心力及水和空气急速冷却作用下形成的内含微孔、表面光滑、大小不等的圆形颗粒。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣膨珠的主要成分为：tio215～25％、cao20～40％、mgo6～10％、sio215～32％、al2o310～17％。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣膨珠颗粒尺寸≤9.5mm，堆积密度750～850kg/m3，表观密度1350～1450kg/m3。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣渣砂是指熔融态高钛矿渣倾倒于渣池中，自然冷却，经破碎、筛分制成的粒度小于4.75mm的颗粒。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣渣砂的主要成分为：tio215～25％、cao20～40％、mgo6～10％、sio215～32％、al2o310～17％。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述高钛矿渣渣砂颗粒尺寸≤2.36mm，堆积密度1500～1550kg/m3，表观密度3300～3400kg/m3。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述钢渣是指钒钛磁铁矿冶炼得到的生铁为原料炼钢过程中，生铁中杂质与造渣剂反应生成钢渣。所述的钢渣微粉是指粒度小于63微米的微细颗粒。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述钢渣微粉的主要成分为fe2o332～36％、cao32～36％、mgo6～10％、sio210～12％、al2o35～6％。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述钢渣微粉的比表面积≥400m2/kg，碱度系数≥1.8，28天强度活性指数≥80％。其中，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述脱硫石膏是炼钢过程中的烟气经脱硫产生的副产石膏。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述脱硫石膏的主要成分为：cao69～75％、mgo2.5～3％、so323～24％、sio21.5～2％。进一步的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述脱硫石膏的比表面积≥400m2/kg。优选的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，所述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土的干表观密度＜1800kg/m3，抗压强度＞15mpa。本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：将各原料和水按比例混匀得到流态混合料，浇筑到模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护脱膜，然后在温度20±2℃环境下浸水养护，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。室温条件下养护通用时间均为1天，通常以脱模时试块强度能确保试块不损坏确定时间，在24小时后进行脱模，强度可以保证脱模。温度20±2℃环境下浸水养护28天，通常养护时间在28天后，混凝土强度增进到最终混凝土强度的80％以上。具体的，上述全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土的制备方法中，磨具尺寸可根据客户需求定制不同大小磨具。通常采用模具尺寸为100mm×100mm×100mm。本发明有益效果如下：(1)本发明全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，铸余渣为cao-al2o3体系，存在铝酸盐水泥熟料相和石灰，既具有自硬性，也能够激发其他胶凝材料体系；高钛矿渣微粉中含有cao、al2o3、sio2等组分，且al2o3、sio2及部分cao均存在于玻璃体中，经磨细后，玻璃体活性提高，能够在cao、硫酸盐作用下水化；钢渣微粉中存在水泥熟料矿物、游离氧化钙等，既可以自水化，也可在碱性或硫酸盐作用下水化；脱硫石膏主体成分是caso4，能够激发硅铝体系的水化。以上粉体材料体系可相互激发，生成水化硅酸钙(c-s-h)凝胶、水化硫铝酸盐等水化产物，形成胶凝材料体系，具备了较好的粘结和硬化效果，可以直接作为胶凝材料替代水泥。(2)本发明全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，高钛矿渣膨珠和高钛矿渣渣砂作为轻质混凝土骨料，一方面，高钛矿渣膨珠表面密实、内部多孔，表观和堆积密度下，可代替轻集料；另一方面高钛矿渣渣砂强度高，可有效支撑体系，形成较好力学性能，满足轻质混凝土轻集料和砂的选取原则。(3)本发明全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土中，不掺加水泥和其他任何人造天然轻集料和砂，全部使用铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、脱硫石膏、高钛矿渣膨珠和高钛矿渣渣砂，利于钒钛磁铁冶炼渣的工业规模化应用，极大降低了轻质混凝土生产能耗和天然资源消耗；(4)本发明全钒钛磁铁冶炼渣轻质混凝土具有较好的力学性能、较低的表观密度，是绿色建筑发展中急需的关键材料，也是国家鼓励的绿色建材产品；(5)本发明全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土制备工艺简单，容易操作，成本低，节能，低碳环保；从冶炼渣综合利用以及轻质混凝土生产技术、经济和环境保护角度出发，本发明将具有重大的社会、经济和环境效益，实用性强。具体实施方式本发明中，未特别注明的，均为重量(质量)百分比例或本领域技术人员公知的百分比例；所述重质量(质量)份可以是克或千克。本
发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。下列实施例中，铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、脱硫石膏、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂均由钢城集团凉山瑞海实业有限公司提供。实施例11)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉40重量份、钢渣微粉80重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠300重量份、高钛矿渣渣砂450重量份和水140重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例21)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉55重量份、钢渣微粉65重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠300重量份、高钛矿渣渣砂450重量份和水140重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例31)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉70重量份、钢渣微粉50重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠300重量份、高钛矿渣渣砂450重量份和水140重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例41)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉55重量份、钢渣微粉65重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠350重量份、高钛矿渣渣砂400重量份和水140重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例51)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉55重量份、钢渣微粉65重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠400重量份、高钛矿渣渣砂350重量份和水140重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例61)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉55重量份、钢渣微粉65重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠350重量份、高钛矿渣渣砂400重量份和水120重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例71)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉55重量份、钢渣微粉65重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠400重量份、高钛矿渣渣砂350重量份和水150重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例81)按铸余渣100重量份、高钛矿渣微粉70重量份、钢渣微粉50重量份、脱硫石膏30重量份、高钛矿渣膨珠350重量份、高钛矿渣渣砂400重量份和水140重量份的配比取各组分原料；2)将铸余渣、高钛矿渣微粉、钢渣微粉、高钛矿渣膨珠、高钛矿渣渣砂和水进行混合搅拌，制得拌合均匀的流态混合料；3)流态混合料浇筑于100mm×100mm×100mm钢制立方体模具中，激振密实，模具表面覆盖塑料薄膜，置于室温条件养护1天后脱模；4)脱模后的立方体混凝土试块在温度20±2℃环境下浸水养护28天，取出后制得全钒钛钢铁冶炼渣轻质混凝土。实施例1-8所得碱激发高钛矿渣透水制品性能见表1。表1性能采用gb/t50081《普通混凝土力学性能试验方法》测定得到。表1碱激发高钛矿渣透水制品性能实施例28天抗压强度/mpa干表观密度/(kg/m3)实施例124.31785实施例226.11769实施例319.41760实施例422.71743实施例519.21717实施例625.91781实施例717.31709实施例821.61742本发明原料除水外的其它原料全部选用钢铁冶炼废弃物，以高钛矿渣微粉、钢渣微粉、脱硫石膏、铸余渣等废渣复合体系为胶凝材料，以高钛矿渣膨珠和高钛矿渣渣砂为胶料，能够制备得到c15-c20等级的轻质混凝。当前第1页12