摘要:磁选排渣是钢铁冶金企业产出的一种固体废弃物,其化学成分与普通矿渣相似,通过熟料中掺入不同掺量的磁选排渣混合粉磨,可生产符合标准要求的P·O42.5水泥和P·C32.5R水泥,同时其所制备的混凝土各项性能均符合相应规范要求.
关键词:磁选排渣水泥制备粉磨配合比设计抗渗性能
随着经济社会的发展,钢铁生产企业也越来越多,产能不断扩大,从而造成钢铁生产企业每年的工业废渣越来越多.在国家大力倡导可持续发展、节能减排、发展循环经济的形势下,开发磁选排渣作为水泥生产的一种绿色资源,能减少土地堆放,降低污染排放,具有良好的社会效益和经济效益[1].磁选排渣即为钢铁厂钢渣经磁选生铁后排出的废渣,水分较高可达15~20%,因此在现有情况下磁选排渣在水泥生产中难以利用.福建罗源湾北工业区每年排放上百万吨工业废渣,其中的矿渣、镍渣目前均已实现了资源综合利用,而磁选排渣排放量相对较少,目前主要处理方法为堆场废弃处理.为充分开发利用废渣以节约成本,本文针对罗源湾某钢厂磁选排渣对水泥及混凝土性能影响进行试验分析,探索磁选排渣对水泥及混凝土的影响,并提供经济可行的废渣利用方法.
1试验材料与方法
1.1试验材料
熟料:铜陵上峰海螺熟料;磁选排渣:取自钢铁厂磁选场经晒干后备用,其化学成分CaO为43.55%,SiO2为27.42,MgO为9.13%,Fe2O3为6.15%,Al2O3为6.92%,水分13.25%;石膏:华能福州电厂脱硫石膏低温烘干;砂:闽江中砂Mx=2.4,含泥量1.7%石:碎石,公称粒级5-31.5mm;外加剂:聚羧酸高效减水剂,减水率18%.
1.2试验方法
采用熟料加适量的石膏掺加不同掺量的磁选排渣混合制备成一定的比表面积的水泥试样,其掺入比例见表1.水泥粉体制备方法为采用实验室标准小磨球机Ф500mm×500mm进行粉磨制备,其研磨体的平均球径为45.28mm,球锻比例1.382,装载量103kg[2].通过调整在小磨中的粉磨时间,所制得的水泥比表面积控制在350~360m2/kg,按照GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》,通过45μm筛余试验,其细度约为4-8%.试验按GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行强度试验,按GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量凝结时间、安定性试验方法》进行标准稠度用水量和凝结时间试验,试验结果见表1.
选用编号1、3、5、7的水泥进行混凝土试验,试验按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》进行C30P6混凝土配合比设计,其砂率为39%,水灰比为0.46;按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行拌合物性能试验以及力学性能试验,按GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行抗水渗透试验,其试验结果见表2.
2试验结果与分析
2.1磁选排渣对水泥性能的影响
(1)磁选排渣活性:从表1编号7水泥试验中可以看出,当掺入30%的磁选排渣时,其3天活性为66%,28天为70%,3天活性不低,但28天活性没有显着增长,甚至微缩.
从上表1和图1看,与未掺磁选排渣的P.I水泥相比,磁选排渣掺量在10%以下时,3天抗压强度基本不变;28天抗压强度随着掺量的增加而下降,掺量每增加5%,强度下降约3%;掺量大于10%时,3天和28天抗压强度均下降,掺量每增加5%,3天强度下降5~11%,28天强度下降4~8%;15%和30%掺量是临界点,尤其3天和7天强度下降幅度特别大达到10%左右.
(2)掺磁选排渣对水泥标准稠度用水量没什么影响,凝结时间随着掺量的增加而延长,掺量10%凝结时间最短,掺量30%凝结时间最长,凝结时间均能符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准的要求.
2.2掺磁选排渣对混凝土性能的影响:
从表2中可以看出,随着水泥中磁选排渣掺量的变化,混凝土的坍落度无显着变化.掺加10%以内时,其7天抗压强度相较基准配合比强度下降3%,28天抗压强度也下降4%,若继续提高掺量至30%,其强度下降明显,强度下降约17%~30%.这是由于磁选排渣的后期活性不高造成的.从抗渗性能数据上看,其混凝土的抗渗性能均能满足设计要求,说明磁选排渣尚有较好的混凝土填充性.
3结论
磁选排渣水分若能满足生产需求时,生产P.O42.5水泥可掺5~10%的排渣,生产P.C32.5R水泥可掺15~25%的排渣,其强度及其它性能均能符合相应规范要求.但其使用应满足一点,即掺量大时应按GB/T750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》进行压蒸安定性补充试验.若磁选排渣比现用的混合材价格低,且能在堆场上风干处理水分满足生产需求后,拟建议水泥生产试用5~8%排渣替代其它混合材,以降低生产成本.鉴于磁选排渣的后期活性不佳,生产时可掺入适量矿渣共同粉磨,以补充后期水泥强度.有条件的生产企业,可以预先对矿渣和磁选排渣分开烘干,再按一定配比进行粉磨.目前许多水泥生产中将粉煤灰作为混合材掺入水泥,如需将磁选排渣和粉煤灰共同掺入,应进行复合体系的活性验证,以防止水泥后期强度的不增长.
参考文献
[1]徐兵,徐永斌.宝钢转炉渣-水泥生产中的绿色资源[J].甘肃冶金,2002(01)172-174.
[2]杨全兵,罗永斌,张雅钦,等.镍渣的粉磨特性和活性研究[J].粉煤灰综合利用,2013(02):23-26.