本发明涉及一种两段式钢渣酸-碱改性方法，属于固废建材资源化利用领域。
背景技术：
钢渣因含铁、锰、铬等金属及其氧化物矿物增加了其粉磨难度，也限制了其作为水泥矿物取代料的水化活性。传统弱碱性助磨剂很难适用，如一种用于立磨粉磨钢渣的助磨剂201510108385.8；钢渣微粉的活化助磨剂及其制备方法201310149297.3；一种水泥助磨剂201510681382.3等。
目前的传统助磨剂多为碱性助磨剂，而钢渣同样属于碱性体系，碱性助磨剂很难破坏钢渣的结构，也就难以激发钢渣的活性，且传统助磨剂以水溶液作为溶剂配置，虽然助磨剂掺量较小，但掺入的水还是很容易与钢渣中部分活性矿物发生反应，因此，传统助磨剂效率较低且不能完全激发钢渣的活性。
本文提出的一种两段式钢渣酸-碱改性方法，首先利用酸改性剂破坏钢渣表面结构来激发钢渣的活性，再利用碱改性剂再次激发钢渣的活性并维持酸碱平衡，同时，改性前后均进行粉磨，能有效减小钢渣的粒径，使得其活性得到完全释放。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种两段式钢渣酸-碱改性方法，旨在加强钢渣固体废弃物的资源化利用。利用强酸破坏钢渣镍渣中的共价键，减小了粉磨难度，再利用碱性粉磨剂继续降低粉磨能耗，使得钢渣中的矿物在极酸与极碱条件下遭受破坏，提高其水化离子溶解能力，一方面提高了其作为水泥矿物取代料的早期强度，另一方面保证了其28d后期强度不下降。
技术方案：本发明的一种两段式钢渣酸-碱改性方法，所述两段式即酸改性和碱改性阶段；
步骤1.将钢渣粉进行第1次粉磨，将钢渣粉粉磨至最大粒径小于500μm；
步骤2.用酸改性剂对步骤1经过第1次粉磨的钢渣粉进行酸改性；
步骤3.将步骤2经过酸改性的钢渣粉进行第1次高温陈化，即酸改性完后将钢渣粉在60-105℃条件下陈化2-6h；
步骤4.将步骤3经过高温陈化的钢渣粉进行碱改性；
步骤5.将步骤4经过碱改性的钢渣粉进行第2次高温陈化，即碱改性完后将钢渣粉在60-105℃条件下陈化2-6h；
步骤6.将步骤5经过第2次高温陈化的钢渣粉进行第2次粉磨，即将经酸、碱改性剂改性和陈化后的钢渣粉粉磨至规定细度。
所述酸改性剂按质量份计算包括50-90份甲酸、5-45份硝酸、1-15份硫酸、0.05-0.10份多壁碳纳米管、0.01-0.05份乙氧基化烷基硫酸钠和0.1-0.5份木质磺酸钠。
所述碱改性剂按质量份计算包括30-65份氢氧化钠、20-70份水玻璃、1-3份氨基磺酸钠、1-5份三乙醇胺、0.5-1份三异丙醇胺、0.05-1份聚羧酸减水剂和0.01-0.05份月桂醇聚氧乙烯醚。
所述酸改性剂的制备方法为：按质量份计算首先将50-90份甲酸倒入搅拌容器中，依次加入0.05-0.10份多壁碳纳米管、0.1-0.5份木质磺酸钠和0.01-0.05份乙氧基化烷基硫酸钠，在30-35℃条件下以20-50r/min的速度搅拌5-10min，然后将其冷却至20-25℃，边搅拌边依次缓慢加入5-45份硝酸和1-15份硫酸，搅拌速度控制在20-30r/min，完成后将其密闭静置12-24h获得酸改性剂。
所述碱改性剂的制备方法为：按质量份计算首先将20-70份水玻璃倒入搅拌容器中，依次加入1-3份氨基磺酸钠、1-5份三乙醇胺、0.5-1份三异丙醇胺、0.05-1份聚羧酸减水剂和0.01-0.05份月桂醇聚氧乙烯醚，在20-30℃条件下以50-80r/min的速度搅拌5-10min，然后缓慢加入30-65份氢氧化钠，在20-30℃条件下以50-80r/min的速度搅拌5-10min，完成后将其密闭静置6-12h获得碱改性剂。
所述酸改性为：将钢渣倒入粉体改性机中，将酸改性剂加热至40-45℃，雾化成尺寸1-10μm的液滴进行喷洒，喷洒流量为50-80ml/min，酸改性剂喷洒1/2后间隔5-10min再将剩余酸改性剂喷洒完，
所述碱改性为：将碱改性剂加热至60-65℃，雾化成尺寸小于1-10μm的液滴进行喷洒，喷洒流量为50-100ml/min，碱改性剂喷洒1/2后间隔5-10min再将剩余碱改性剂喷洒完。
所述酸改性剂的掺量为钢渣粉质量分数的0.03％-4.5％，碱改性剂的掺量与酸改性剂的掺量一致。
有益效果：与现有改性剂及改性工艺相比，本发明具有以下优点：
(1)利用酸性改性剂能破坏固废中的共价键，降低粉磨能耗；
(2)利用碱性改性剂能进一步降低能耗，保证含固废水泥后期强度不下降；
(3)两段式酸碱改性工艺使固废分别经历酸性与碱性环境的破坏，达到最佳效果。
具体实施方式
本发明提出一种两段式钢渣酸-碱改性方法，不仅能够降低粉磨能耗，实现固体废弃物的建材化利用，还能改善固体废弃物活性低的问题。
实施例1
酸改性剂制备：首先将50份甲酸倒入搅拌容器中，依次加入0.05份多壁碳纳米管、0.1份木质磺酸钠和0.01份乙氧基化烷基硫酸钠，在30℃条件下以20r/min的速度搅拌5分钟，然后将其冷却至20℃，边搅拌边依次缓慢加入45份硝酸和4.84份硫酸，搅拌速度控制在20r/min，完成后将其密闭静置12h获得酸改性剂。
碱改性剂制备：首先将50份水玻璃倒入搅拌容器中，依次加入1份氨基磺酸钠、1份三乙醇胺、1份三异丙醇胺、1份聚羧酸减水剂和0.01份月桂醇聚氧乙烯醚，在20条件下以50r/min的速度搅拌10min，然后缓慢加入45.99份氢氧化钠，在20℃条件下以50r/min的速度搅拌10min，完成后将其密闭静置6h获得碱改性剂。
应用方法：将钢渣粉磨至最大粒径300μm，倒入改性机中，将钢渣粉质量分数0.5％的酸改性剂加热至40℃雾化，酸改性剂喷洒1/2，间隔5min再喷洒剩余酸改性剂，于60℃陈化2h，将0.5％碱改性剂加热至60℃，碱改性剂雾化喷洒1/2，间隔10min喷洒剩余碱改性剂，于80℃陈化2h，然后粉磨30min获得钢渣粉1。
实施例2
酸改性剂制备：首先将70份甲酸倒入搅拌容器中，依次加入0.1份多壁碳纳米管、0.5份木质磺酸钠和0.05份乙氧基化烷基硫酸钠，在35℃条件下以30r/min的速度搅拌5分钟，然后将其冷却至20℃，边搅拌边依次缓慢加入20份硝酸和9.35份硫酸，搅拌速度控制在20r/min，完成后将其密闭静置12h获得酸改性剂。
碱改性剂制备：首先将40.99份水玻璃倒入搅拌容器中，依次加入1份氨基磺酸钠、1份三乙醇胺、1份三异丙醇胺、1份聚羧酸减水剂和0.01份月桂醇聚氧乙烯醚，在20条件下以50r/min的速度搅拌10min，然后缓慢加入55份氢氧化钠，在20℃条件下以50r/min的速度搅拌10min，完成后将其密闭静置6h获得碱改性剂。
应用方法：将钢渣粉磨至最大粒径300μm，倒入改性机中，将钢渣粉质量分数1％的酸改性剂加热至45℃雾化，酸改性剂喷洒1/2，间隔5min再喷洒剩余酸改性剂，于80℃陈化2h，将1％碱改性剂加热至60℃，碱改性剂雾化喷洒1/2，间隔10min喷洒剩余碱改性剂，于105℃陈化2h，然后粉磨30min获得钢渣粉2。
实施例3
酸改性剂制备：首先将90份甲酸倒入搅拌容器中，依次加入0.1份多壁碳纳米管、0.1份木质磺酸钠和0.05份乙氧基化烷基硫酸钠，在30℃条件下以20r/min的速度搅拌5分钟，然后将其冷却至20℃，边搅拌边依次缓慢加入5份硝酸和4.75份硫酸，搅拌速度控制在50r/min，完成后将其密闭静置12h获得酸改性剂。
碱改性剂制备：首先将70份水玻璃倒入搅拌容器中，依次加入1份氨基磺酸钠、1份三乙醇胺、1份三异丙醇胺、1份聚羧酸减水剂和0.01份月桂醇聚氧乙烯醚，在20条件下以50r/min的速度搅拌10min，然后缓慢加入25.99份氢氧化钠，在20℃条件下以50r/min的速度搅拌10min，完成后将其密闭静置6h获得碱改性剂。
应用方法：将钢渣粉磨至最大粒径300μm，倒入改性机中，将钢渣粉质量分数2％的酸改性剂加热至40℃雾化，酸改性剂喷洒1/2，间隔5min再喷洒剩余酸改性剂，于60℃陈化2h，将2％碱改性剂加热至60℃，碱改性剂雾化喷洒1/2，间隔10min喷洒剩余碱改性剂，于80℃陈化2h，然后粉磨30min获得钢渣粉3。
实施例4
酸改性剂制备：首先将90份甲酸倒入搅拌容器中，依次加入0.1份多壁碳纳米管、0.1份木质磺酸钠和0.05份乙氧基化烷基硫酸钠，在30℃条件下以20r/min的速度搅拌5分钟，然后将其冷却至20℃，边搅拌边依次缓慢加入5份硝酸和4.75份硫酸，搅拌速度控制在50r/min，完成后将其密闭静置12h获得酸改性剂。
碱改性剂制备：首先将40份水玻璃倒入搅拌容器中，依次加入1份氨基磺酸钠、1份三乙醇胺、1份三异丙醇胺、1份聚羧酸减水剂和0.01份月桂醇聚氧乙烯醚，在20条件下以50r/min的速度搅拌10min，然后缓慢加入55.99份氢氧化钠，在20℃条件下以50r/min的速度搅拌10min，完成后将其密闭静置6h获得碱改性剂。
应用方法：将钢渣粉磨至最大粒径300μm，倒入改性机中，将钢渣粉质量分数2％的酸改性剂加热至40℃雾化，酸改性剂喷洒1/2，间隔5min再喷洒剩余酸改性剂，于60℃陈化2h，将2％碱改性剂加热至60℃，碱改性剂雾化喷洒1/2，间隔10min喷洒剩余碱改性剂，于80℃陈化2h，然后粉磨30min获得钢渣粉4。
实施例5
酸改性剂制备：首先将80份甲酸倒入搅拌容器中，依次加入0.1份多壁碳纳米管、0.1份木质磺酸钠和0.05份乙氧基化烷基硫酸钠，在30℃条件下以20r/min的速度搅拌5分钟，然后将其冷却至20℃，边搅拌边依次缓慢加入5份硝酸和14.75份硫酸，搅拌速度控制在50r/min，完成后将其密闭静置12h获得酸改性剂。
碱改性剂制备：首先将55份水玻璃倒入搅拌容器中，依次加入1份氨基磺酸钠、1份三乙醇胺、1份三异丙醇胺、1份聚羧酸减水剂和0.01份月桂醇聚氧乙烯醚，在20条件下以50r/min的速度搅拌10min，然后缓慢加入40.99份氢氧化钠，在20℃条件下以50r/min的速度搅拌10min，完成后将其密闭静置6h获得碱改性剂。
应用方法：将钢渣粉磨至最大粒径300μm，倒入改性机中，将钢渣粉质量分数4％的酸改性剂加热至40℃雾化，酸改性剂喷洒1/2，间隔5min再喷洒剩余酸改性剂，于60℃陈化2h，将4％碱改性剂加热至60℃，碱改性剂雾化喷洒1/2，间隔10min喷洒剩余碱改性剂，于80℃陈化2h，然后粉磨30min获得钢渣粉5。
实施例6
将钢渣粉磨至最大粒径300μm，，然后粉磨30min获得对照组钢渣粉6。
采用砂浆对钢渣粉活性进行评价，砂浆制备方法根据《普通混凝土拌合物性能试验方法》(gb/t50080-2002)进行，砂浆配合比为：胶凝材料450g(其中水泥为pi42.5水泥，酸磨镍渣粉掺量为30％)、标准砂1350g，水225g；钢渣粉中游离氧化钙含量采用乙二胺四乙酸二钠-乙二醇结合热重法计算，测试结果如下表所示：
表1含钢渣粉水泥砂浆力学性能及游离氧化钙含量
由表1发现，经酸改性剂和碱改性剂处理后的钢渣粉制备的钢渣水泥砂浆3d、7d和28d抗折和抗压强度均高于空白组，且游离氧化钙的含量均低于对照组，说明一种两段式钢渣酸-碱改性剂制备及应用方法不仅能激发钢渣的早期活性，还能保证其制备的水泥砂浆后期强度不下降。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。