一种碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料的制作方法

本发明属于掺合料领域，尤其涉及一种碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料。

背景技术：

1、目前，我国钢铁行业冶炼废渣年产生量约4.2亿吨，其中高炉渣2.4亿吨、钢渣1亿吨、含铁尘泥6000万吨、铁合金渣1400万吨。我国冶金渣综合利用量约为2.3亿吨，综合利用率为67％，其中钢渣综合利用率仅为30％。钢渣中主要成分有cao，sio2，al2o3，生产建筑材料是我国钢渣资源化利用的主要途径。镍渣是冶炼镍铁合金产生的固体废渣，其矿物组成主要有铁镁橄榄石和铁橄榄石，其本身具有一定的微膨胀性，其中化学成分主要有sio2，fe2o3，cao，mgo，al2o3。

2、然而，钢渣中存在游离氧化钙、游离氧化镁，会在后期水化反应生成氢氧化钙和氢氧化镁而产生气体膨胀，导致含钢渣的建筑材料存在安定性不良的隐患。解决钢渣安定性不良的问题是钢渣大规模资源开发利用的关键。钢渣在富二氧化碳环境中具有较高的碳化反应活性，通过加速碳化钢渣制备建筑材料是钢渣资源化利用的一种途径。钢渣与二氧化碳进行反应时，不仅能吸收固化温室气体，且能够形成具备稳定微结构的碳酸盐产物，该产物可用于制备建筑材料。

3、钢渣碳化有两种典型途径，即直接碳化和间接碳化。直接碳化是指钢渣在不借助有效溶剂的情况下直接碳化，该方法可分为两类：干法碳化和湿法碳化。间接碳化是利用酸作为溶剂先溶解出ca2+，然后再与co2反应形成碳酸钙。湿法碳化的过程主要有以下几个步骤：

4、(1)钙离子(ca2+)或镁离子(mg2+)在水中浸出，包括ca2+向钢渣颗粒表面扩散，在钢渣中形成钙/镁矿物的过程；

5、(2)co2溶解在孔隙溶液中生成碳酸根离子；

6、(3)钙离子(ca2+)或镁离子(mg2+)与碳酸根离子反应生成相应的碳酸盐产物。

7、在上述反应过程中，钢渣中ca2+的浸出是关键，且ca2+通过固体基质相表面的扩散速率是反应速率的决定因素。

8、基于此，现不仅需要能将钢渣应用于掺合料，且需要有效避免钢渣中游离的氧化钙、氧化镁等对后期水化反应产生气体膨胀，导致安定性不良的隐患。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，该碳化钢渣-镍渣复合矿物的水化和碳化反应完全，碳化程度高、安定性优，且制备的掺和料活性指数高。

2、技术方案：本发明的碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，按重量份数计包括如下原料：碳化钢渣42-64份，碳化镍渣16-20份、超细粉煤灰10-30份及硅灰10-25份；

3、其中，所述碳化钢渣由钢渣、碳化外加剂和水碳化而成，碳化镍渣由镍渣、碳化外加剂和水碳化而成；碳化外加剂占钢渣或镍渣重量份数的3-10％，水占钢渣重量份数的3-6％；

4、所述碳化外加剂包括重量份数比1:2-4的可再分散性乳胶粉及碳酸氢钠。

5、钢渣或镍渣碳化的机理是，碳化时，水分子扩散到钢渣的粗孔、毛细孔以及凝胶孔中，并向钢渣内部扩散，周围的二氧化碳扩散到钢渣表面，溶解于水中形成碳酸根离子；钢渣或镍渣中的碱金属阳离子充分浸出，与碳酸根离子反应生成碳酸盐，避免钢渣中游离的氧化钙、氧化镁等对后期水化反应产生气体膨胀，导致安定性不良的隐患。

6、基于该碳化机理，本发明采用由可再分散性乳胶粉及碳酸氢钠构成的碳化外加剂，碳酸氢钠在碳化时受热分解成碳酸钠、水和二氧化碳，其中，水和二氧化碳补充了碳化反应的水源和碳源，促进了碳化反应的进行，而生成的碳酸钠附着于钢渣或镍渣上作为掺合料应用，在后期应用时，碳酸钠溶于水中形成碱溶液，进一步促进了钢渣或镍渣的水化反应，提高了抗压强度。此外，可再分散性乳胶粉将钢渣-镍渣粉、适量水胶结在一起，进行碳化养护时，少量的水即可以促进co2溶解量更多，钢渣-镍渣粉中ca2+浸出效率更高，提高碳化程度。

7、此外，本发明还采用超细粉煤灰、硅灰，两者具有叠加效应，将碳化钢渣、碳化镍渣与超细粉煤灰、硅灰进行复合可以充分发挥各种组分的优点，提高矿物掺合料的活性指数。

8、进一步说，该掺合料的钢渣密度≥2.9kg/m3，含水量≤0.5％，cao+mgo≥40.0wt％。

9、进一步说，该掺合料的镍渣中cao+mgo≥30.0wt％。

10、进一步说，该掺合料的超细粉煤灰比表面积≥750m2/kg，密度≤2.6kg/m3，7d活性指数≥85％，28d活性指数≥95％。

11、进一步说，该掺合料的硅灰的粒径为0.2-1μm，sio2含量≥90％；

12、进一步说，该掺合料的碳化钢渣或碳化镍渣分别由如下步骤制得：将钢渣或镍渣破碎成5-15mm，对其进行磁选以筛出铁杂质，随后分别与碳化外加剂和水搅拌均匀，置于碳化釜中，通入浓度为5-100vt.％的co2，在压力0.052-1mpa、温度65-80℃条件下碳化反应1.5-3h后，粉磨至比表面积≥420m2/kg即可。

13、本发明制备上述碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料的方法，包括如下步骤：将碳化钢渣，碳化镍渣、超细粉煤灰及硅灰置于球磨机中混合均化20-30min即可。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该碳化钢渣-镍渣矿物掺合料的粒度小，比表面积大，7d活性指数达到100-111％，28d活性指数达到93-101％，有效提高了碳化钢渣-镍渣矿物掺合料的活性指数高，在消纳工业冶金固废的同时还能降低生产成本，具有节能减排的效果。

技术特征：

1.一种碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，按重量份数计包括如下原料：碳化钢渣42-64份，碳化镍渣16-20份、超细粉煤灰10-30份及硅灰10-25份；

2.根据权利要求1所述的碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，所述钢渣密度≥2.9kg/m3，含水量≤0.5％，cao+mgo≥40.0wt％。

3.根据权利要求1所述的碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，所述镍渣中cao+mgo≥30.0wt％。

4.根据权利要求1所述的碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，所述超细粉煤灰比表面积≥750m2/kg，密度≤2.6kg/m3，7d活性指数≥85％，28d活性指数≥95％。

5.根据权利要求1所述的碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，所述硅灰的粒径为0.2-1μm，sio2含量≥90％。

6.根据权利要求1所述的碳化钢渣-镍渣复合矿物掺合料，其特征在于，所述碳化钢渣或碳化镍渣分别由如下步骤制得：将钢渣或镍渣破碎成5-15mm，对其进行磁选以筛出铁杂质，随后分别与碳化外加剂和水搅拌均匀，置于碳化釜中，通入浓度为5-100vt.％的co2，在压力0.052-1mpa、温度65-80℃条件下碳化反应1.5-3h后，粉磨至比表面积≥420m2/kg即可。

技术总结本发明公开了一种碳化钢渣‑镍渣复合矿物掺合料，包括如下原料：碳化钢渣42‑64份，碳化镍渣16‑20份、超细粉煤灰10‑30份及硅灰10‑25份。碳化钢渣和碳化镍渣分别由钢渣或镍渣、碳化外加剂和水碳化而成，外加剂包括重量比1:2‑4的可再分散性乳胶粉及碳酸氢钠。本发明的碳化钢渣‑镍渣矿物掺合料的粒度小，比表面积大，7d活性指数达到100‑111％，28d活性指数达到93‑101％，有效提高了碳化钢渣‑镍渣矿物掺合料的活性指数高，在消纳工业冶金固废的同时还能降低生产成本，具有节能减排的效果。技术研发人员：纪小敏,袁乾国,陆志远,孙赛寅,陈娟受保护的技术使用者：江苏中鼎建材集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29