一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法技术

一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法，属于建筑材料技术领域。高炉渣在实际工程应用当中工作性能差，所以需要在其生产过程以及使用过程中对其质量进行改良，主要通过：(1)加入玻璃体网络形成剂进行改性，通过加入氧化铝、氧化硅调整玻璃体网络形成剂的比例降低高炉渣结构的聚合度，氧化铝与氧化硅的比例主要通过符合要求的粉煤灰调节。(2)加入玻璃体网络阳离子改性剂进行改性，通过加入氧化钡、氧化磷来降低高炉渣结构的聚合度(3)加入玻璃体网络阴离子改性剂进行改性，方法为在矿渣成分当中加入卤素无机盐类物质。经过改良后的风冷高炉渣的7day、28day活性可以提高10％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法
一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法，属于建筑材料

技术介绍
冶炼生铁会产生很多副产品，高炉渣是其中之一。高炉渣因为具有潜在的水硬活性，已经成为了建筑材料领域不可或缺的功能性材料。但是受冶炼生铁原矿的化学成分的影响，高炉渣的化学组成、矿物组成以及其表现出的水硬活性均存在差异，不同的高炉渣的28day水硬活性可以相差几十兆帕以上，部分高炉渣的低水化活性严重影响了其工作性能，必须对其活性进行激发后才可应用于建筑材料领域，对高炉渣进行激发的主要手段有物理激发和化学激发，物理激发主要依靠提高高炉渣的细度增大其比表面积，从而增加其反应面积，使水化活性得到提高。化学激发则主要是依靠无机盐类物质或醇胺类物质在水化过程中促进其溶解从而提高其活性。高炉渣的活性本质上是由其内部活性成分‘玻璃体’的含量和其结构聚合度所决定的，聚合度越低的玻璃体越有利于水解，而玻璃体的结构聚合度又与其化学组成有关，所以依靠调节高炉渣的化学组成达到降低玻璃体聚合度的目的也是改善其水化活性的有效手段，而相关技术手段尚无研究报道。对于高炉渣采用物理激发会存在大量的电力消耗，降低了产品的附加值，且细度无法准确控制。而化学激发则在实际应用当中的激发效果会产生不稳定的现象，同一种激发剂对不同的高炉渣的激发效果会存在很大的差异。所以，从高炉渣的结构上对高炉渣的水化活性进行调控是一种有效的途径，同时与物理激发和化学激发配合，将能够更大地改善高炉渣的品质，对于提高高炉渣在建材中的应用水平有积极的促进作用。同时在近年的风冷高炉渣粒化装置的发展过程中，在高炉渣溶体成渣前从化学组成和结构上调整高炉渣的活性的理念已经成为了设计者们考虑的主要问题之一，为本方法中的在进行风冷粒化之前向高炉渣中添加改性剂的实施提供了有效手段。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法。为了解决以上技术问题，本专利技术首先指出了活性较低的高炉渣的化学与结构特征，①该类炉渣呈现出较低的碱度系数，②该类高炉渣会呈现出较高的SiO2/Al2O3比，③该类高炉渣中存在少量的氧化钛、氧化锰等惰性氧化物。适用于一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法的高炉渣为玻璃体聚合度较高导致的的活性较低的高炉渣，其特征为：(1)所述高炉渣的化学组成中：四元碱度≥1.2，m(SiO2)/m(Al2O3)≥2.5，Q0/Q1≤1，其中Q0为高炉渣玻璃体中孤岛状硅氧四面体的含量，Q1为高炉渣玻璃体中含有一个桥氧的硅氧四面体的含量，该含量可通过29SiMASNMR定量分析测得。(2)高炉渣中存在的不利化学组成主要为：TiO2、MnO2等惰性或低活性氧化物，其含量占高炉渣质量的2％以上。高炉渣在水泥基材料中应用的主要原因是高炉渣玻璃体在碱性环境下发生水解，内部的Ca2+、Mg2+等金属阳离子进入到水化浆体中，从而形成凝胶类物质，参与水泥的硬化，较低的碱度系数会导致玻璃体中有效金属阳离子较少，而较高的SiO2/Al2O3则会导致玻璃体内部桥氧数量的增加，从而导致玻璃体的聚合度升高，不利于水解。而通过调整高炉渣的化学组成则可以对该问题进行改善，具体方法为添加玻璃体网络形成剂：氧化硅、氧化铝，还有添加玻璃体网络改性剂，包括阳离子改性剂BaO和P2O5，以及阴离子改性剂NaF和NaBr。首先少量钡类氧化物的掺入可以向玻璃体内部引入Ba2+阳离子，钡离子具有较大的离子半径，可以有效地增大玻璃体中网络形成剂之间的距离，从而降低其聚合度，使玻璃体中的硅氧四面体从链状(Q1)向孤岛状变化(Q0)。而通过引入SiO2/Al2O3比接近1的粉煤灰则可以调节高炉渣的SiO2/Al2O3比，增加n(O2-)/[n(Si4+)的值，促使玻璃体内部形成更多的孤岛状硅氧四面体(Q0),降低玻璃体的整体聚合度，使高炉渣在碱性环境下更易被水解，在添加粉煤灰作为玻璃体网络形成剂时，在引入后会导致高炉渣整体的四元碱度发生下降，但是研究表明，四元碱度的变化小于0.5时对高炉渣的活性影响较小，本专利技术中由于粉煤灰的添加导致的矿渣碱度系数的下降控制在0.2。而卤素化合物一直被作为高炉渣在水化过程中使用的激发剂，同时，少量卤素阴离子的引入会降低玻璃体中网络形成剂之间的键能，化学键的断裂能下降，使得体系的溶解速度持续增加，同时钠离子还可以充当玻璃体网络改性剂，降低玻璃体中桥氧的数量，从而降低玻璃体的聚合度，所以在本方法中，卤素化合物的添加时在高炉渣的形成过程中，而不是在其水化过程中。综上三种方法都可以起到提高高炉渣的水化速率，以及提高各龄期高炉渣活性的作用。本专利技术中的各类化学物质的使用量为高炉渣质量百分比的：玻璃体网络形成剂：5％-20％。(a)对于碱度系数≥1.2且m(SiO2)/m(Al2O3)≥2.5的低活性风冷高炉渣，优选的方法为添加玻璃体网络形成剂进行改性。所添加的网络形成剂为符合要求的粉煤灰，其掺量按照公式1计算：公式1：其中M为所添加原料的质量，m为所添加原料中对应氧化物的质量百分比，R4为原始高炉渣的碱度系数。(b)对于碱度系数≥1.2且m(SiO2)/m(Al2O3)＜2..5的低活性风冷高炉渣，优选的方法为添加玻璃体网络改性剂的一种或两种。玻璃体网络阳离子改性剂：0.5％-2％，种类为BaO和P2O5中的一种或两种。玻璃体网络阴离子改性剂：0.5％-2％，种类为NaF和NaBr中的一种或两种。上述物质的掺量均应根据被改善高炉渣的化学组成进行调整。适用的粉煤灰中氧化硅与氧化铝的质量比m(SiO2)/m(Al2O3)≤1.8，Fe2O3的质量分数小于4％。碱度系数根据公式2计算：公式2：m为所添加原料中对应氧化物的质量百分比具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达预期目的所采用的的技术手段及功效，下面结合实例和应用案例对本专利技术作进一步的详细说明，但他们不是对本专利技术的限定。首先指出，下面所列高炉渣均为干式风冷高炉渣。实例1：对于一种活性较差的高炉渣，其化学组成为：设计工艺条件为：煅烧气氛为空气；出炉温度在1450℃；采用风冷的冷却方式；升温制度为配料由室温经20min升至950℃，保温30min，后继续升温，约40min烧至1450℃熔融状态，保温30min后熔渣出炉，用风扇冷却并造粒。高炉渣的活性指数即指对比胶砂和掺高炉渣的试验胶砂两种样品在同龄期(7d、28d)的抗压强度之比。根据国标GB/T18046-2008中关于活性指数的测定方法，其7天和28天的活性指数如下：将上述低活性高炉渣采用化学调控方法对其聚合度进行调整，通过添加粉煤灰调整其SiO2/Al2O3比值，添加的粉煤灰的化学组成为：按照公式1计算得出的粉煤灰的掺量为每1Kg高炉渣添加0.087Kg粉煤灰。优化后的高炉渣的化学组成为：优化后的高炉渣的设计工艺条件为：煅烧气氛为空气；出炉温度在1450℃；采用风冷的冷却方式；升温制度为配料由室温经20min升至950℃，保温30min，后继续升温，约40min烧至1450℃熔融状态，保温30min后熔渣出炉，用风扇冷却并造粒。根据国标GB/T18046-2008中关于活性指数的测定方法，其7天和28天的活性指数如下：优化后的高炉渣的SiO2/Al2O3相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法，其特征在于：(a)对于碱度系数≥1.2且m(SiO2)/m(Al2O3)≥2.5的低活性风冷高炉渣，添加玻璃体网络形成剂进行改性；其掺量按照公式1计算：公式1：

【技术特征摘要】
1.一种提高低活性风冷高炉渣水化活性的方法，其特征在于：(a)对于碱度系数≥1.2且m(SiO2)/m(Al2O3)≥2.5的低活性风冷高炉渣，添加玻璃体网络形成剂进行改性；其掺量按照公式1计算：公式1：其中M为所添加原料的质量，m为所添加原料中对应氧化物的质量百分比，R4为原始高炉渣的碱度系数；(b)对于碱度系数≥1.2且m(SiO2)/m(Al2O3)＜2..5的低活性风冷高炉渣，添加玻璃体网络改性剂的一种或几种；玻璃体网络阳离子改性剂的掺量为：0.5％-2％，种类为BaO和P2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚丽，姚羽涵，王剑锋，刘辉，王卉，崔素萍，韦奇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11