用水淬釩鈦礦渣制取建設(shè)用砂和活性渣粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用水淬釩鈦礦渣制取建設(shè)用砂和活性渣粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高爐冶煉釩鈦磁鐵礦時產(chǎn)生的熔融高爐渣稱之為釩鈦礦渣，外觀一般呈褐色，密度3.24g/cm3，釩鈦礦渣內(nèi)外放射性指標(biāo)Ira 0.1?0.2，Ir 0.08?0.12，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ira 1.0, Ir 1.0，可使用于任何環(huán)境條件下而不受限制。
[0003]釩鈦礦渣分水淬急冷和自然慢冷2種渣，均為低鈣富鈦渣，其成渣的硅、鋁、鐵、鈣、鎂等礦物基團受親和力強且結(jié)晶傾向強的T12影響，極難以生成硅酸二鈣、鋁酸鈣類水硬性礦物，完全不同于普通高爐水淬礦渣，無論是水淬急冷還是自然慢冷，其形成的礦物相基本相同，其主要巖相礦物為鈣鈦礦(Ca0.Ti02)、透輝石(Mg0.Ca0.2Si02)或鈦輝石(Mg0.Ca0.2Ti02)、尖晶石(Mg0.Al2O3)、巴依石和少量的氮化鈦、碳化鈦、碳氮化鈦固熔體及隱晶質(zhì)等，不含天然的山砂、河砂常有的云母、粘土礦物。化學(xué)成份(％)波動在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。正因為其鈦含量偏高，一方面，釩鈦水淬礦渣既不能像普通高爐礦渣一樣簡單的用于生產(chǎn)礦渣水泥，大量的試驗分析顯示:即便是用超細(xì)粉磨的釩鈦水淬礦渣與硅酸鹽水泥的復(fù)合膠凝材料，其在常溫養(yǎng)護條件下膠結(jié)料硬化體結(jié)構(gòu)疏松，其水化產(chǎn)物主要是水泥水化提供的，釩鈦礦渣顆粒表面基本上未被“侵蝕”，釩鈦礦渣的活性極難以激發(fā)出來，只有在激發(fā)劑存在的高溫蒸養(yǎng)條件下，釩鈦礦渣顆粒表面除了有水泥水化產(chǎn)物CSH凝膠和片狀的單硫型水化硫鋁酸鈣外，才有明顯的“侵蝕”現(xiàn)象。另一方面，又因釩鈦礦渣的鈦品位不夠高，也難以經(jīng)濟的用作鈦工業(yè)的原料。
[0004]熔融高爐渣在空氣中自然冷卻形成的一種由鈦輝石、鈣鈦礦等礦物為主的石質(zhì)材料，呈致密塊狀結(jié)構(gòu)，通常簡稱為高鈦重礦渣，具有多孔、高強、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，可替代石料用作混凝土骨料。高鈦重礦渣我國歷年堆積量達數(shù)億噸，占地數(shù)萬畝，對環(huán)境影響較大。當(dāng)前，馬鋼、鞍鋼、武鋼、攀鋼等將釩鈦重礦渣經(jīng)機械加工分級破碎、分選制成重礦渣碎石和少量礦渣砂用于工程混凝土石料和砂料，其所制得的重鈦礦渣石粗骨料(石料)粒徑通常為5?40mm的連續(xù)級配，表觀密度2.65?2.85g/cm3，堆積密度1320?1470kg/m3，所制得的重鈦礦渣石細(xì)骨料(砂料)含粉量9?15%，細(xì)度模數(shù)2.8?3.4，表觀密度3.09?3.19g/cm3，堆積密度1590?1780kg/m3，重鈦礦渣砂料成本較高。
[0005]熔融高爐渣于(1510?1630°C)直接用水淬急冷可形成海綿狀的泡沫水渣為主的多孔輕質(zhì)渣，于(1350?1450°C)用水淬急冷時可形成部分堅硬顆粒狀穩(wěn)定礦物和部分海綿狀泡沫渣，簡稱水淬釩鈦礦渣。水淬的?；C鈦礦渣呈多孔結(jié)構(gòu)，其表面粗糙、棱角整齊、強度較低，但其鈣鈦石等穩(wěn)定相礦物顆粒堅硬、難磨。其粒級比天然中粗砂偏細(xì)(偏中細(xì)砂之間，相當(dāng)于天然中砂)，平均粒徑在2.53?3.55_，最大粒徑一般在5mm左右，粒徑在0.15mm以下的水渣粉末和軟弱泡沫顆粒一般達15?48%。水淬釩鈦礦渣砂這種棱角整齊的粗糙表面和多孔的結(jié)構(gòu)特點并含有相當(dāng)數(shù)量的水渣微粉和軟弱泡沫渣特征，使得其具有如下不同于普通混凝土傳統(tǒng)用細(xì)骨料(人造碎石砂和天然石英砂)的特性:
I)水淬釩鈦礦渣砂料的礦物組成為相對穩(wěn)定相礦物鈣鈦礦、鈦輝石等，而天然砂為結(jié)晶致密的二氧化硅。不同的礦物組成決定了有不同類型的材料特性，不同類型的砂對混凝土的初始工作狀態(tài)及力學(xué)性能均有較大影響。
[0006]2)水淬釩鈦礦渣砂料具有粗糙棱角表面的多孔結(jié)構(gòu)，吸水量大、含氣量亦大。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劑的實際用量，這給普通混凝土的配料施工帶來諸多困惑和不方便；另一方面，多孔導(dǎo)致孔隙中含有一定量的空氣，粗糙的表面又相對增加了漿體的稠度，不利于混凝土內(nèi)部氣泡向表面的迀移，導(dǎo)致水淬礦渣砂混凝土的含氣量較普通天然砂混凝土高。
[0007]3)水淬釩鈦礦渣砂料含有相當(dāng)量的水渣微粉和軟弱泡沫渣，客觀上使得水淬釩鈦礦渣砂僅能用于C20標(biāo)號以下的混凝土，對于常用的C30、C40及高標(biāo)號混凝土則需增加水泥用量、及增加混凝土外加劑用量，并需使用膨脹劑，對于低標(biāo)號貧混凝土亦需增加水泥用量，且會降低早期強度、延長混凝土的凝結(jié)硬化時間。
[0008]4)水淬釩鈦礦渣砂料的礦物比重大，而容重輕，其比重在2380?2880Kg/m3，一般干密實容重僅為650?900Kg/m3，松散干容重為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%。水淬釩鈦礦渣砂其容重和空隙率的變化都比天然砂大得多，這給普通混凝土的配料設(shè)計和工程應(yīng)用帶來了相當(dāng)?shù)穆闊┖鸵欢ǖ娘L(fēng)險。其配制的混凝土拌合物容重也輕，比普通混凝土拌合物容重輕15?25%，即便是砂漿拌合物容重(一般在1080?1550Kg/m3)也比普通砂漿拌合物容重輕28?45%。
[0009]5)水淬釩鈦礦渣砂料多孔的結(jié)構(gòu)和含部分軟弱的泡沫渣材料特征，使得其混凝土的敏感的軸心抗拉強度、抗折強度和抗壓彈性模量低于同標(biāo)號的普通混凝土的5?20%，尤其是其抗壓彈性模量低于現(xiàn)行的《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)要求。
[0010]上述這些先天性的特性缺陷正是因水淬釩鈦礦渣形成時伴生的大量的泡沫渣、粉渣和顆粒料的完整棱角對混凝土的施工性和混凝土的物理力學(xué)性能造成了極為不利的影響，使得這種礦物相相當(dāng)穩(wěn)定的水淬釩鈦礦渣砂狀料的資源化利用受到根本性的抑制，除致密的高硬度的重鈦礦渣砂、石的應(yīng)用外，忽視這些先天性特性缺陷的大量的試驗性研究成果，尤其是用水淬釩鈦礦渣替代混凝土和砂漿用天然砂的長期的研究成果仍然只能停留在論文或各樣的鑒定成果上?？陀^上，每個冶煉釩鈦磁鐵礦的大型高爐企業(yè)周邊的50公里范圍內(nèi)都堆積有千萬噸計的水淬釩鈦礦渣，對環(huán)境造成了不可忽視的污染。
[0011]另一方面，數(shù)十年來大規(guī)模的基本建設(shè)混凝土用砂，導(dǎo)致我國大部分區(qū)域的優(yōu)質(zhì)天然砂資源幾近耗盡，并對環(huán)境造成了巨大的破壞，現(xiàn)部分區(qū)域如云南廣泛采用含泥量高的山砂、沿海廣泛采用含鹽量高的海砂，致使不少巨額投資的混凝土工程成為生命周期大幅縮短的癌癥工程。
[0012]因此，迫切需要一種可資源化利用以化學(xué)穩(wěn)定性好的惰性的鈣鈦石等礦物為主的水淬釩鈦礦渣、并可節(jié)省自然砂資源的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用水淬釩鈦礦渣制取建設(shè)用砂和活性渣粉的方法，以解決水淬釩鈦礦渣中軟弱結(jié)構(gòu)的泡沫渣和粉渣及堅硬顆粒完整棱角共同造成的先天性特性缺陷及綜合利用水淬釩鈦礦渣中軟弱泡沫渣和粉渣。
[0014]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:用水淬釩鈦礦渣制取建設(shè)用砂和活性渣粉的方