冶金不含铁尘泥在泡沫混凝土中的应用研究.pdf

中国科技核心期刊 斩癯 建巍 冶金不含铁尘泥在泡沫混凝土中的 应用研究 韩甲兴， 吴永津， 武传金， 刘国威 中冶宝钢技术服务有 限公司， 上海2 0 0 9 4 1 摘要 冶金不含铁尘泥种类繁多， 涵盖了冶金生产全流程， 目 前对此还无有效利用方法， 只能简单填埋， 这不仅 占用大量土地， 而且造成周 围环境和地下水资源污染 。研究利用 宝钢工业制造生石灰过程 中调湿产生的石灰石尘泥和清洗 产生的 白云石尘泥， 通 过对 其化学成分 、 物相微观分析和放射性测试 ， 放射性符合 G B 6 5 6 6 --2 0 1 0要求， 经磁选 ， 尘泥不含铁。以冶金不含铁尘泥为原料 进行配方设计， 生产的泡沫混凝土及其砌块性能 ， 经测试分析符合 J C F I 1 0 6 2 --2 0 0 7要求 。解决 了工业固废物的环保治理 问题 ， 且 有助于资源 的再生利用、 变废为宝。 关键词 冶金不含铁尘泥； 泡沫混凝土； 发泡剂 中图分类号 T U 5 5 1 ． 3 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 7 0 2 X 2 0 1 3 1 2 0 0 5 8 0 4 Re s e ar ch o n f oa m e d c o nc r e t e c o nt a i ni ng me t a l l ur g i c a l dus t and s l u dge wi t h out i r on H A N J i a x i n g ， U Y o n t i n ， C h u a n j i n ， L I U G u o w e i MC C B a o s t e e |T e c h n o l o g y S e r v i c e s C o ．L t d ． ， B a o s h a n ， S h a n g h a i ， 2 0 0 9 4 1 ， C h i n a Abs t r ac t Th e r e i s a g r e a t v a r i e t y o f me t a l l u r g c a l d u s t a n d s l u d g e wi t h o u t i r o n，c o v e rin g t h e wh o l e me t a l l u r g i c a l p r o d u c t i o n p r o c e s s ．Un t i l n o w， t h e r e i s n o e f f e c t i v e wa y t o u s e ， a n d o n l y s i mp l e l a n d f i l l ， wh i c h n o t o n l y t a k e s u p a l a r g e a mo un t o f l a n d a n d b u t a l s o i s p r o n e t o c a u s e p o l l u t i o n t o t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n me n t a n d u n d e r gro u n d wa t e r ．S t u d y t o u s e t h e l i me s t o n e s l u d g e c a u s e d d u r i n g p r o d u c t i o n o f q u i c k l i me ， a nd d o l o mi t e s l u d g e c a u s e d d u rin g wa s h i n g i n B a os t e e l ， t h e c h e mi c al c o mp o s i t i o n t e s t ， p h a s e mi c r o s c o p i c a n a l y s i s a n d r a d i o l o g i c a l t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e d u s t an d s l u d g e d o e s n o t c o n t a i n i r o n， a n d r a d i o a c t i v it y c o mp l i e s wi t h r e q u i r e me nt s o f GB 6 5 6 6 - 2 01 0 ．Co n d u c t f o r mu l a t i o n d e s i g n t a k i n g t h e n o n f e r r o u s me t all u r g i c a l d u s t a nd s l u d g e a s r a w ma t e r i a l s ， t h e p r o p e r t i e s o f t h e p r o d u c e d f o a m c o n c r e t e a n d i t s b l o c k s a r e i n l i n e wi t h t h e r e q u i r e me n t s o f J C／ T 1 0 6 2 2 0 07 ．I t n o t o n l y s o l v e s t h e e n v i r o n me n t a l t r e a t me n t p r o b l e m o f t h e i n d u s t r i a l s o l i d wa s t e ， b u t a l s o i s f a c i l it a t i n g r e c y c l i n g o f r e s o u r c e ， c h a n g i n g wa s t e i n t o v alu a b l e ． Ke y wor d s me t a l l u r g i c al d u s t a n d s l u d g e wi t h o u t i r o n； f o a me d c o n c r e t e ； v e s i c a n t 冶金不含铁尘泥是钢厂中不含铁的灰、 渣、 泥， 广义来说， 也是钢渣资源的一种。冶金不含铁尘泥种类繁多， 涵盖了 冶金 生产全流程。 据统计， 宝钢每年产生各类不含铁尘泥近2 0 万t 。 目 前还无有效利用方法，只能简单填埋，这不仅占用大量土 地， 而且对周围环境和地下水资源造成污染。 建筑行业迅速发展， 使建材资源和能源紧缺， 工业废弃物 作为一种可利用资源， 已经越来越多地被开发用于建筑领域， 起到了节能降耗、 降低成本和减轻环境负荷的作用 。本文 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 8 作者简介 韩 甲兴 ， 男， 1 9 8 4年生 ， 安徽 砀山人 ， 硕 士， 主要研 究冶金 渣废物利用。地址 上海市宝山区练祁路 1 8 号中冶宝钢技术综合楼 2 1 1室， E m a i l h a n j i a x i n s o O l 1 2 6 ． c o n。 5 8 新型建筑材料 2 0 1 3 ． 1 2 利用冶金不含铁尘泥为原料， 生产建筑用轻质泡沫混凝土。 1 冶金不含铁尘泥的基础研究 1 ． 1 化学成分分析 冶金不含铁尘泥为宝钢制造生石灰过程中所产生的石灰 石破碎除尘调湿泥 以下简称石灰石污泥 和白云石清洗污泥 以下简称白云石污泥 ， 2 种尘泥占宝钢冶金不含铁尘泥总 量的5 0 ％以上， 经对这2种不含铁尘泥进行研究分析， 其化 学成分见表 1 。 表 1 宝钢冶金不含铁尘泥的化学成分 ％ 项 目 S i O 2 F e 2 0 3 A 1 2 O 3 C a O Mg O F e O MF e S 磁选铁 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 韩 甲兴 ， 等 冶金不舍铁 尘泥在泡沫混凝土中的应用研究 从表 l 可以看出， 2种冶金不含铁尘泥主要成分为S i 、 C a 、 A l 、 M g 等化学元素。 1 ． 2 X R D物相分析 见图1 、 表 2 _ Si 02 ●C a C 0 s ▲C a M g C 0 3 2 V Fe z o3 ◆A l 2 S i 2 O 5 O H 4 一 ◆ ．工 f 嘲 ． 1 O 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 O 20 ／ 。 a 白云石污泥 _ Si 02 ●C a C 0 3 ▲C a M g C 0 3 2 v F e 2 0 3 ◆A I 2 S i 2 0 5 O H 4 ● ● 一 I 一． - ． I 圣 ， f 譬 械 20 ／ 。 b 石灰石污 泥 图 l 冶金不含铁尘泥的 X R D物相分析 表 2 宝钢冶金不含铁尘泥物相组成 ％ 经过X R D物相研究分析， 白云石污泥和石灰石污泥的物 相均以方解石与白云石为主， 约占总量的9 8 ％。表明这2 种 污泥可作为混凝土的掺合料加以利用。 1 ． 3 S E M微观分析 见图2 一 一 a 臼石 石 污 泥 ． b 石 灰 石 污 泥 图2 冶金不含铁尘泥的 S E M照片 冶金不含铁尘泥经过干燥处理后为 1 0 0目左右的细小颗 粒， 试验中作为泡沫混凝土等轻质建筑材料的细骨料。 1 ． 4 放射-性检测 对石灰石污泥和白云石污泥依据G B 6 5 6 6 --2 0 1 0 建筑 材料放射性核素限量 进行放射性检测， 结果见表3 。 表 3 石灰石和 白云石污泥的放射性测试结果 内照射指数 ， ≤1 ．O 建筑主体材料 0 ． 1 外照射指数 ∽ ≤i ．O 建筑主体材料 0 ． 1 0 ． 1 O 0 ． 0 5 经检测， 石灰石污泥和白云石污泥的放射性指标均符合 G B 6 5 6 6 --2 0 1 0 要求， 可以作为建筑材料的原料使用。 2 泡沫混凝土的设计和制备 2 ． 1 原材料 发泡剂 F P 一 1 8 0 动物性蛋白质水泥发泡剂， 盐城市世隆 装饰材料有限公司生产； 水泥 4 2 ． 5 普通硅酸盐水泥， 上海南方水泥厂生产； 粉煤灰 Ⅱ 级粉煤灰， 上海石洞15 1 电厂； 冶金不含铁尘泥宝钢制造生产的石灰石和白云石工业 废渣尘泥。 2 ． 2 表观干密度为 6 0 0 k g ／ m 的泡沫混凝土设计 普通硅酸盐水泥用量 表观干密度／ 1 ． 2 6 0 0 ／ 1 ． 2 5 0 0 k g ／ m 3 1 ． 2 为普通硅酸盐水泥形成水泥石后增加的质量系数 ； 用水量 水灰比 表观干密度 0 ．5 x 6 0 0 3 0 0 k g ／ m 水灰比 定为0 ． 5 ； 净浆体积 水泥质量／ 水泥密度 水质量／ 水密度 ／ 1 0 0 0 5 0 0 『 3 ． 1 3 0 0 ／ 1 O 0 0 0 ． 4 6 1 m 泡沫体积 富余系数x 1 一 净浆体积 1 ． 1 x 1 0 ．4 6 1 0 ． 5 9 3 m ； 发泡剂密度为3 4 k g ／ m 3 ， 选择稀释倍数为2 0倍， 则发泡 剂用量 泡沫体积x 发泡剂密度／ 2 0 1 0 ．5 9 3 x 3 4 ／ 2 0 1 O ． 9 6 。 2 ． 3 泡沫混凝土及其砌块的制备 先将发泡剂用水稀释， 再将水泥、 冶金不含铁尘泥、 粉煤 灰等按配比搅拌均匀， 然后按水灰比 加水搅拌均匀， 制得水泥 浆体，将所得的稀释液利用水泥发泡机制泡后吹入水泥浆体 中， 搅拌均匀即得泡沫混凝土浆料； 将泡沫混凝土浆料通过料 槽导入模具， 静停2 3 h 后找平， 自 然养护 1 2 1 4 h 脱模， 并 将脱模后的泡沫混凝土砌块再继续自 然养护到2 8 d ， 进行各 项性能指标的测试。 3 结果与讨论 4 ． 1 冶金不含铁尘泥泡沫混凝土的性能分析 N E W B UI L DI NG MA T E R I AL S 5 9 ∞ ∞ ∞ ∞ 0 的 ∞ ∞ ∞ ∞ O 咖 姗 ㈣ 册 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 韩甲兴， 等 冶金不含铁尘泥在泡沫混凝土中的应用研究 从图3 a 和 b 可以看出， 泡沫混凝土内部的气孔表面 光滑， 多为封闭的小气泡， 直径为0 ． 5 1 in n 。 图3 d 、 e 中的 棱柱状是水泥水化产物钙矾石晶体， 相互间交叉成网络状结 构， 附近还可见板状的氢氧化钙晶体及颗粒状的冶金不含铁 尘泥物质， 它们镶嵌在浆体中， 絮状物为C S H水化硅酸钙 凝胶， 凝胶包裹着冶金不含铁尘泥、 钙矾石和氢氧化钙晶体， 形成一定的力学性能。但是从图3 c 中可以看出， 当冶金不 含铁尘泥过多时， 会造成分散不均匀现象， 降低泡沫混凝土 的强度。 4 结论 白云石污泥和石灰石污泥作为泡沫混凝土的细骨料可 提高其抗压强度， 但是污泥掺量不宜过大， 过多掺量反而影 响骨料之间的结合力，进而影响泡沫混凝土的抗压强度； 另 外， 由于污泥颗粒的表面不光滑， 造成发泡剂泡沫的破裂， 减 少了泡沫混凝土的气孔率， 进而增加泡沫混凝土干密度。 以冶金不含铁尘泥作为填料制备泡沫混凝土， 可解决工 业固废物的环保治理问题， 有助于资源的再生利用、 变废为 参考文献 【 1 】 韩 甲兴， 杨刚 ， 王幼琴 ， 等． 工业废弃物在泡沫混凝 中的应用l J J ． 上海建材 ， 2 0 1 2 6 1 7 1 8 ． [ 2 ] 俞心 刚， 李德军 ， 田学春 ， 等． 煤矸石泡沫混凝土 的研究『 J I ． 新型建 筑材料 ， 2 0 0 8 1 1 6 1 9 ． 【 3 】 谢明辉， 刘宝仁． 大掺量粉煤灰泡沫混凝土的研细 D 】 ． 长春 吉林 大学 ， 2 0 0 6 ． 【 4 】 K u n h a n a n d a n Na mb i a r E K， R a ma mu r t h y K．1 n u e n e e o f f i l l e r t y p e o n t h e p r o p e rt i e s o f f o a m c o n c r e t e[ J 】 ．C e m．C o n c r ．C o mp o s ． ， 2 0 0 6， 2 8 4 7 5 8 0． [ 5 】 乔欢欢 ． 利用普通 水泥制备 免蒸养泡沫混 凝 t的研 究【 DI ． 绵 阳 西南科技大 学， 2 0 0 8 3 6 ～ 3 9 ． [ 6 ] 吕林女， 刘秀梅， 何永 佳， 等．利用钢渣 粉制备干粉砂浆的研究『 J 1 ． 新型建筑材料 ， 2 0 0 8 ， 3 5 9 1 2 1 5 ． [ 7 ] 刘数华 ， 阎培渝． 石灰石粉在 复合胶凝 材料 水化中的作用机理『 J 1． 水泥工程， 2 0 0 8 6 6 - 8 ． A a _N O - 3 ￡ ‘ ￡ ￡ ‘ 望 ‘毽 叠 ‘望 3 ‘ ￡ 上接第 4 5页 【 5 ]5 Ma r i e e l a L i z c a n o ， A n d r e s G o n z a l e z ， S a n d i p B a s u ， e t o 1 ．E f f e c t o f wa t e r c o n t e n t a n d c h e mi c a l c o mp o s i t i o n o n s t r u c t u r a l p r o p e r t i e s o f a l k ali n e a c t i v a t e d me t a k a o l i n b a s e d g e o p o l y me r s 【J J ． A m．S o c ． ， 2 0l 2， 9 5 7 21 6 9 2l 7 7 ． 【 6 ] J o n a t h a n L ．B e l l ， P a t r i c k E ．D r i e m e y e r ， Wa h r a u d M K r i v e n ． Fo r ma t io n o f Ce r a mi c s f r o m Me t a k a o l i n -Ba s e d Ge o p o l y me r s P a rt I - C s - B a s e d G e o p o l y me r ． 『 J 1 ．A m．S 0 c ． ， 2 0 0 9 ， 9 2 1 1 - 8 ． 【 7 】 J i r i D e d e c e k ， Z d e n k a T v a r u z k o v a ， Z d e n e k S o b a l i k ， e t ． Me t a l i o n s a s p r o b e s for c h a r a c t e ri z a t i o n o f g e o p o l y me r ma t e ri a l s 『 J ] ． An 1 ．S o c ． ， 2 0 0 8， 91 9 3 0 5 2 3 0 5 7 ． f 8 ] E P rud h o m e ， P Mi c h a u d ， E J o u s s e i n ， e t a 1 ． S i l i c a f u me a s p o r o g e n t a g e n t i n g e o m a t e ri a l s a t l o w t e mp e r a t u r e[ J 1 ． O U ／ T la l o f t h e Eu r o p e a n Ce r a mi c S o c i e t y ， 2 01 0， 3 0 1 6 41 -1 6 48 ． [ 9 ]D a e i k K i m， Hs u a n - T i n g L a i ， G e o r g e V C h i l i n g a r ， e t c d ．Ge o p o l y me r F o r ma t i o n a n d I t s U n i q u e P r o p e rt i e s[ J ] _C h i l i n g a r E n v i r o n Ge o l ， 2 0 0 6 ， 5 1 1 O3 1 1 1 ． 【 1 0 ] H o n g l i n g Wa n g ， H a i h o n g L i ， F e n ,u a n r a n ．S y n t h e s i s a n d me 一 [ 1 2 ] 【 1 3 ] 【 1 4 】 【 1 5 】 e h a n i c al p r o p e rt i e s o f me t a k a o l i n i t e b a s e d g e o p o l y me r[ J 1 ．C o l l o i d s a n d S u r f a c e s A P h y s i c o c h e mi c a l a n d En g i n e e rin g As p e e t s ， 2 0 0 5， 2 6 8 1 - 6． X u e mi n C u i ， L e p i n g L i u ， G u a n g j i a n Z h e n g ， e t o 1 ．C h a r a e t e r i z a t i o n o f c h e mo s y n t h e t i c A 1 2 03 - 2 S i 0 2 g e o p o l y m e r s【 J 】．J o u r n a l o f No n Cr y s t a l l i n e S o l i d s ， 2 01 0 ， 3 5 6 72 - 7 6。 Ni g e l W ， C h e n Ta n， Ar i e v a n Ri e s s e n．De t e r mi n i n g t h e r e a c t i v i t y o f a fl y a s h for p r o d u c t i o n o f g e o p o l y me r I J J _ A m．S o c ． ， 2 O O 9， 9 2 4 8 8 1 8 8 7 ． C l a i r e E Wh i t e ， J o h n L Pr o v i s ， An n a L1 o b e t ， e t o 1 ．E v o l ut i o n o f l o c a l s t r u e t u r e i n g e o p o l y me r g e l a n i n s i t u ne u t r o n p a i r d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n a n a l y s i s [ J 1 ．Am．S o c ． ， 2 0 1 1 ， 9 4 1 3 5 3 2 3 5 3 9 ． Ku e n z e l C， M． Gr o v e r L， Va n d e p e e L， e t ． P r o d u c t i o n o f n e p h e l i n e ／ q u a rt z c e r a mi c s fr o m g e o p o l y m e r m o rt a r s [ J ] ．J o u r n al o f t h e Eu r o p e a n Ce r a mi c S o c i e t y ， 2 01 3， 3 3 2 51 - 2 5 8 ． 郑娟荣 ， 覃维祖 ， 张涛． 碱一 偏高岭土胶凝材 料的凝 结硬 化性能 研究[ J 1 ． 湖南大学学报， 2 0 0 4 ， 8 4 6 0 6 4 。 A N E W B Ul L DI NG MAT E RI AL S 6l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m