CN110606675A - 一种钒钛矿渣超细粉体掺合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钒钛矿渣超细粉体掺合料及其制备方法，包括以下步骤：对钒钛矿渣颗粒进行预粉磨、分级分选、超细粉磨和再分选；所述分级分选的出料粉体的比表面积为400～500m2/kg；所述再分选的出料粉体的比表面积为700～800m2/kg。本发明提供一种高效的钒钛矿渣超细粉体掺合料制备方法，得到高比表面积的超细粉体，大幅提高钒钛矿渣的水化活性，对水泥强度贡献越大，粉磨效率高，实现其在水泥和混凝土中的高效资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种钒钛矿渣超细粉体掺合料及其制备方法。
背景技术
冶炼钒钛磁铁矿过程中会产生大量的粒化高炉钒钛矿渣，由于TiO2含量较高，水硬活性较低，且不易粉磨，无法有效进行资源综合利用。
目前已有学者将钒钛矿渣磨细后用于水泥生产及混凝土工程中，粉磨细度都在400～500m2/kg左右，大多是和粉煤灰、钢渣、石灰石等复合使用，或者通过掺入适量激发剂的方法激发钒钛矿粉的潜在水硬性，单独作为掺合料其活性指数仅能达到S75级别，掺量普遍较低，限制了其在建材行业内大规模应用。因矿渣中存在难磨物相，导致超细粉体粉磨过程中综合电耗过高，因此目前亟需提供一种高效的钒钛矿渣超细粉体掺合料制备方法，通过分离出难磨相，从而提高粉体的研磨效率，以实现其在水泥和混凝土中的高效资源化利用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种钒钛矿渣超细粉体掺合料的制备方法。
本发明目的在于提供一种钒钛矿渣超细粉体掺合料的制备方法，包括以下步骤：对钒钛矿渣颗粒进行预粉磨、分级分选、超细粉磨和再分选；所述分级分选的出料粉体的比表面积为400～500m2/kg；所述再分选的出料粉体的比表面积为700～800m2/kg。采用上述分级分选工艺可辅助提升超细粉体粉磨效率，再分选可选出所需比表面积范围的超细粉体产品。“二段选粉工艺”可将粗、细粉体分离开来，防止细粉聚结成团，减小过粉磨现象。本发明提供一种有效的钒钛矿渣超细粉体掺合料制备方法，得到高比表面积的超细粉体，大幅提高钒钛矿渣的水化活性，对水泥强度贡献越大，粉磨效率高，实现其在水泥和混凝土中的高效资源化利用。
根据本发明的一些优选实施方式，所述超细粉磨在转速为300～400r/min的超细磨机中进行。本发明中，转速和填充率的变化会影响粉体粒度，结合介质运动规律，当填充率较低时，可以通过适当的提高转速来加快磨矿进程，保证研磨介质有足够的循环次数，实现钒钛矿渣的高效粉磨。
根据本发明的一些优选实施方式，包含以下步骤，对钒钛矿渣颗粒进行水洗、烘干、难磨相分离、预粉磨、分级分选、超细粉磨、再分选和除尘处理，所述预粉磨中加入助磨剂。本发明采用的上述助磨剂通过吸附在物料细粉颗粒表面，从而大幅提高钒钛矿渣的粉磨效率。
根据本发明的一些优选实施方式，所述助磨剂选自三乙醇胺、乙二醇和丙三醇中的一种或多种，优选的，所述助磨剂的掺量为0～0.5％，优选为0.3～0.5％。
根据本发明的一些优选实施方式，所述预粉磨的进料粒度为0～10mm；所述预粉磨采用普通球磨机、振动磨或立磨。
根据本发明的一些优选实施方式，所述再分选采用超细选粉机，转速为100～150r/min；和/或，经所述再分选后，大于500目的粉体重新超细粉磨。本发明中所述钒钛矿渣超细粉体经超细选粉机分选后，小于500目的合格品经除尘后收集，非合格品重新回磨继续超细粉磨。
根据本发明的一些优选实施方式，经分级分选后，大于200目的粉体重新预粉磨；所述分级分选采用离心式选粉机、旋风式选粉机或通风式选粉机。本发明中所述钒钛矿渣粉体经分级分选后，小于200目的合格品进行下一步工序，非合格品重新回磨继续预粉磨。
根据本发明的一些优选实施方式，所述水洗工序采用的洗液为常温的工业用水，经多次冲洗至所述洗液澄清；和/或，所述烘干工序设定的温度为105～110℃，优选的，所述钒钛矿渣的水分含量为10～20％，烘干至水分含量<1％；和/或，所述难磨相分离工序为将钒钛矿渣中含金属和/或易磨性差的物相筛除。本发明中，所述水洗工序采用的是常温状态的工业用水，经多次冲洗直至洗液澄清，去除钒钛矿渣中的杂质、部分氯化物和硫化物，降低SO3和Cl-高含量对水泥胶凝材料安定性和在混凝土中应用的影响。所述难磨相分离工序优选采用除铁器将钒钛矿渣中含金属、易磨性差的物相筛除，促进粉磨效率的提升。
根据本发明的一些优选实施方式，所述超细磨机的筒体进行淋水冷却。本发明提供超细磨机筒体进行淋水冷却，降低磨内温度，防止矿渣粉体因静电吸引而聚结，提高粉磨效率。
本发明另一目的在于提供一种所述的方法制备的钒钛矿渣超细粉体掺合料，所述钒钛矿渣超细粉体掺合料的比表面积为700～800m2/kg，矿物组成包含钙钛矿、方解石、硅酸钙和石英等，所述钒钛矿渣超细粉体掺合料的密度为2.95～2.97g/cm3，玻璃体含量>90％。本发明利用超细粉磨活化技术将钒钛矿渣粉磨成比表面积为700～800m2/kg的超细粉体，水化反应活性大为提高。超细钒钛矿渣粉达到GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》规定的S95级矿粉活性要求，能够在混凝土和水泥制品中规模化应用。
本发明所提供的处理工艺，得到比表面积为700～800m2/kg的超细钒钛矿渣粉。由于钒钛矿渣中含有Ti、Fe、V金属的矿物组成，导致矿渣的易磨性下降，添加助磨剂可有效提高粉磨效率。
本发明去除难粉磨组分，并经“预粉磨+分级分选+超细粉磨+再选粉”二段粉磨、二段选粉技术有效提升了钒钛矿渣的研磨效率；本发明所提供的钒钛矿渣超细粉体性能指标达到S105级别矿粉要求，通过超细粉磨活化技术提升钒钛矿渣粉体活性，实现其在水泥和混凝土中的高效资源化利用。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例中，加入的各原料除特别说明外，均为市售常规原料。
本发明的优选实施方式，钒钛矿渣超细粉体掺合料，用20±1℃工业用水洗涤矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入0.5％的助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为400～500m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨120～180min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到超细磨机中继续粉磨60～90min，转速为300～400r/min，经为100～150r/min转速的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为700～800m2/kg。
实施例1
本实施例的钒钛矿渣超细粉体掺合料，用20±1℃工业用水洗涤钒钛矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入0.5％的三乙醇胺助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为480～500m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨120min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到转速400r/min的超细磨机中继续粉磨60min，经转速为100～150r/min的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为710～730m2/kg。
实施例2
本实施例的钒钛矿渣超细粉体掺合料，用20±1℃工业用水洗涤矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入0.5％的三乙醇胺胺助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为470～490m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨150min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到超细磨机中继续粉磨90min，转速为400r/min，经为100～150r/min转速的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为780～800m2/kg。
实施例3
本实施例的钒钛矿渣超细粉体掺合料，用20±1℃工业用水洗涤矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入“0.3％三乙醇胺+0.2％丙三醇”的复合助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为430～470m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨180min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到转速300r/min的超细磨机中继续粉磨90min，经为100～150r/min转速的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为700～750m2/kg，SO3含量≤0.50％，氯离子含量≤0.04％。
对比例1
本对比例的钒钛矿渣超细粉体掺合料，用20±1℃工业用水洗涤矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，加入0.5％三乙醇胺助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机将粉体粉磨至比表面积为450～500m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨时间为250min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到转速300r/min的超细磨机中需继续粉磨150min，经为100～150r/min转速的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为700～750m2/kg。
通过分析实施例1和对比例1实验数据，发现难磨相分离处理工艺会直接影响“二段球磨机”的粉磨时间，而经分离后钒钛矿渣的粉磨时间大为缩短，粉磨效率明显提高。
对比例2
本对比例的钒钛矿渣超细粉体掺合料，用20±1℃工业用水洗涤矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入“0.3％三乙醇胺+0.2％丙三醇”的复合助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为430～470m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨180min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到转速100r/min的超细磨机中继续粉磨250min，经为100～150r/min转速的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为700～750m2/kg。
通过分析实施例3和对比例2实验数据，发现超细粉磨转速提高有助于缩短粉磨时间，从而大大提升超细钒钛矿渣粉体的粉磨效率。
对比例3
本对比例的钒钛矿渣超细粉体掺合料，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入“0.3％三乙醇胺+0.2％丙三醇”的复合助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为430～470m2/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨180min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到转速100r/min的超细磨机中继续粉磨250min，经为100～150r/min转速的超细选粉机分选后，最终得到的超细粉体比表面积为700～750m2/kg，SO3含量≥2.50％，氯离子含量≥0.20％。。
通过分析实施例3和对比例3实验数据，通过水泥预处理工艺的钒钛超细粉体掺合料，有助于大大降低其SO3含量和氯离子含量，使其满足GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中粒化高炉矿渣粉》标准规定限值。
表1不同比表面积的钒钛矿渣超细粉末的活性指数
| 比表面积/(m<sup>2</sup>/kg) | 500 | 600 | 700 | 800 |
| 7d活性指数/％ | 80～87 | 88～92 | 92～95 | 95～98 |
| 28d活性指数/％ | 90～98 | 92～100 | 100～108 | 105～110 |
表1为不同比表面积的钒钛矿渣超细粉末7d和28d的活性指数，从表1数据可以看出，随着钒钛矿渣超细粉体比表面积的增加，反应活性也随之增加。钒钛矿渣在一定范围内粉磨越细，其活性越高，对水泥强度贡献越大。
表2钒钛矿渣超细粉体的技术参数
根据GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中粒化高炉矿渣粉》规定的试验方法对钒钛矿渣超细粉体进行了测试，测试结果满足标准S95级矿粉的技术要求。表2为本发明实施例和对比例的钒钛矿渣超细粉体的技术参数，从表2数据可以看出，钒钛矿渣超细的玻璃体含量超过90％，说明在22～38°范围内存在大量的馒头峰，作为矿物掺合料火山灰活性的主要来源，大量处于介稳状态的玻璃体可大幅提高钒钛矿渣的水化活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钒钛矿渣超细粉体掺合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对钒钛矿渣颗粒进行预粉磨、分级分选、超细粉磨和再分选；所述分级分选的出料粉体的比表面积为400～500m2/kg；所述再分选的出料粉体的比表面积为700～800m2/kg。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超细粉磨在转速为300～400r/min的超细磨机中进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包含以下步骤，对钒钛矿渣颗粒进行水洗、烘干、难磨相分离、预粉磨、分级分选、超细粉磨、再分选和除尘处理，所述预粉磨中加入助磨剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述助磨剂选自三乙醇胺、乙二醇和丙三醇中的一种或多种，优选的，所述助磨剂的掺量为0～0.5％，优选为0.3～0.5％。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述预粉磨的进料粒度为0～10mm；所述预粉磨采用普通球磨机、振动磨或立磨。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述再分选采用超细选粉机，转速为100～150r/min；和/或，经所述再分选后，大于500目的粉体重新超细粉磨。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其特征在于，经分级分选后，大于200目的粉体重新预粉磨；所述分级分选采用离心式选粉机、旋风式选粉机或通风式选粉机。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述水洗工序采用的洗液为常温的工业用水，经多次冲洗至所述洗液澄清；和/或，所述烘干工序设定的温度为105～110℃，优选的，所述钒钛矿渣的水分含量为10～20％，烘干至水分含量<1％；和/或，所述难磨相分离工序为将钒钛矿渣中含金属和/或易磨性差的物相筛除。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超细磨机的筒体进行淋水冷却。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的方法制备的钒钛矿渣超细粉体掺合料，其特征在于，所述钒钛矿渣超细粉体掺合料的比表面积为700～800m2/kg，矿物组成包含钙钛矿、方解石、硅酸钙和石英，所述钒钛矿渣超细粉体掺合料的密度为2.95～2.97g/cm3，玻璃体含量>90％。
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