【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于固废资源化利用及冶金，具体涉及一种钢渣改性胶凝材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、钢渣是一种工业废物，是冶金工业中难处理利用的大宗固体废物之一。近年来，随着钢产量的不断攀升，作为炼钢过程中的副产品，钢渣的产量也急剧增长。目前，大多数钢铁企业对钢渣的利用仅仅停留在初步破碎磁选回收其中的铁，而大部分钢渣尾渣直接堆积存放，不仅污染环境，还占用大量土地资源，同时对钢渣而言也是一种资源的浪费。
2、钢渣中含有胶凝性矿物硅酸三钙(3cao·sio2)和硅酸二钙(2cao·sio2)，因此钢渣也常用于水泥、混凝土等方面。而由于钢渣中硅酸盐矿物很少，晶粒较大，胶凝活性差，因此钢渣的活性远远低于水泥熟料。但随新国标gb 175-2023的颁布实施，钢渣不能够再直接用于水泥混合材，减少了钢渣的利用途径。此外，现今钢渣的应用途径均为将钢渣自然冷却降至常温后再进行利用，而钢渣排出温度高达1600℃，有大量热能也未得到有效利用。
3、现有专利技术中，中国专利技术文献cn108658483a公开的一种钢渣还原回收铁及二次渣制备辅助性胶凝材料的方法，其是将转炉钢渣（降至常温的）、还原剂以及组分调节材料混合均匀后，另行加热煅烧、高温形成还原气氛下返熔，然后水淬冷却，分离金属铁后，二次渣经烘干、粉磨，得到辅助性胶凝材料。该技术方案需要额外使用能源返熔（返熔煅烧温度为1455-1495℃），而无法利用熔融钢渣的自身的余热、能耗高；其直接进行水淬冷却钢渣中组成的晶体发育粒径无法控制，因而只能获得辅助性胶凝材料，而不能直接替
4、中国专利技术文献cn115745449a公开的一种利用钢渣冶炼调质制备微粉的方法，将钢渣与酸性氧化物充分搅拌混合后，加入还原剂后搅拌混合后制得钢渣混合料，然后将钢渣混合料加入熔炼炉中冶炼至钢渣混合料变成液体，然后对1500℃的调质渣溶液进行急冻处理，在10～15s 内冷却至50℃以下，其降温速度为96~145℃/s，其降温的目的是为了缩短调质渣自然降温的等待时间、快速获得低温的调质渣，以进一步处理为微粉和清空容器，进行下一批次的钢渣加工，而不是为了调整调质渣内部组分晶粒的尺度。
5、在其他的文献中，现有专利技术cn104016600a公开了一种用富硅质材料对钢渣高温重构改质后，采用磁选分离除铁的方法，通过添加富硅质材料高温重构改性，提高了钢渣的体积稳定性和胶凝活性，之后通过磁选将铁矿物分离出来，铁含量高的可以用作炼铁原料使用。但是该方法未能充分利用钢渣的热量，仍然是通过二次加热煅烧来达到钢渣改性的目的，而且其产物的属性也不能直接替代水泥熟料；另外一项专利技术专利cn111996314a则公开了一种碳热还原热态转炉渣提铁的办法，保证转炉出钢的温度在1600℃以上，出钢后使用焦粉与热态转炉渣在渣罐中进行分批多次混合，随后吹氮气搅拌，同时分批加入河沙对转炉渣进行改质，可实现转炉渣中80%以上的含铁氧化物还原成金属铁；此方法虽利用了转炉渣的热量，但铁的还原程度不够完全、回收率较低，且该方法提出改质后转炉渣可用于矿渣水泥（不是普通硅酸盐水泥）中代替部分水泥熟料，应用领域较为局限。第三项专利技术专利cn106348626a公开的一种回收转炉熔融态钢渣以生产混凝土掺合料的方法，通过在熔融钢渣中添加还原剂硅铁达到提升钢渣胶凝活性和回收利用钢渣的目的。该方法使用的还原剂硅铁成本较高，在应用上仅能作为混凝土掺和料、价值较低。第四项专利技术专利cn102796833a公开的一种熔融钢渣铁还原及其组份重构的改性工艺，通过在熔融钢渣中添加焦炭和二氧化硅对钢渣改性，但是该方法仍需将混合后钢渣再次升温，且未提出该方法制备的微晶玻璃粒料，虽然应用范围较大但是实际总用量远不如水泥，是限制了对大量钢渣的产业化消纳能力。
6、综上，随着新国标gb 175-2023的颁布实施，现有技术均不能再大量消纳和资源化利用固废钢渣；并且，现有技术也不能使新熔融钢渣的“热”、钢渣中“铁”，以及除铁后的“渣”资源同步得到价值最大化的综合利用，同时满足产业上对于钢渣的低成本、高价值资源化利用和扩大总消纳量的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种钢渣改性胶凝材料制备方法及其应用，通过对配方及制备工艺的同步改进，对熔融钢渣采用中间渣罐直接转运和处理，保温结合两阶段降温物相重构改性的方法，控制改性后胶凝材料中钢渣物相晶粒的发育，使各组分的组成和粒径的物相均近似水泥熟料，同时将各成分的含量控制在新国标gb/t21372-2024硅酸盐水泥熟料要求的范围内（包括游离氧化钙含量等），使改性后的材料能够作为水泥熟料供给水泥厂使用、提高消纳量；将熔融钢渣中97wt%以上的含铁氧化物还原成金属铁，将其他组分改性为胶凝材料，从而实现对熔融钢渣中的“热”“铁”“渣”资源的高价值、资源化、大消纳量的同步综合利用，以解决冶金产业中能源的浪费、固废钢渣利用率低、堆放占地及环境污染等问题。
2、为达到上述技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
4、s1、收集高温钢渣
5、使用保温的中间渣罐，收集炼钢转炉排出的高温熔融钢渣（约1700℃），转运到改性处理车间；
6、s2、保温下熔融钢渣组分调控
7、保持渣罐中钢渣的温度在1500~1600℃的熔融状态，向熔融钢渣中加入预配好的改性粉料后、混合搅拌，在搅拌过程中，熔融状态下的ca2+离子扩散与硅酸根离子、2cao·sio2反应，进行物相重构，形成硅酸盐水泥的主要物相3cao·sio2，同时熔融钢渣中含铁相与改性粉料中还原剂反应生成单质铁；
8、所述改性粉料是由设定比例、颗粒直径为5~50mm的还原剂、钙质料和硅质料组成的混合粉体，各组分的质量比例为还原剂：钙质料：硅质料：熔融钢渣=（0.08~0.18）：（0.12~0.23）：（0.018~0.055）：1；
9、s3、保温阶段物相改性重构
10、停止搅拌、继续保持渣罐中的钢渣温度在1500~1600℃的熔融状态，保温时间30~60min，使熔融钢渣成分均匀化，在这一过程中，还原出的铁水自然沉降到渣罐底部，分调控后的熔融改性钢渣自然漂浮在渣罐上部；将自然漂浮在渣罐上部的熔融改性钢渣，转移至另一保温的渣罐中改性，使渣铁分离；
11、s4、改性钢渣第一段降温物相重构
12、将转移后温度在1500~1600℃的熔融改性钢渣，以10~30℃/min的速度，控制改性钢渣慢速降温至1250~1300℃，进行第一段降温物相重构，这一过程中，使水泥熟料的主要物相3cao·sio2， 2cao·sio2从熔融改性钢渣中析出，小晶体逐渐发育长大；
13、s5、改性钢渣第二段降温物相重构
14、以40~70℃/s的降温速度，控制改性钢渣从1250~1300℃急冷至室温，这一过程使生成的3cao·sio2晶粒停止继续长大，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤S3还包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，向渣罐中加入改性粉料混合时进行搅拌，搅拌速度为10~50 r/min，搅拌时间为10~60 min。
4.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述的钢渣为普通转炉熔融钢渣，其全铁含量在20~40wt%。
5.根据权利要求1所述的钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4对改性钢渣第一段降温物相重构中的慢速降温，是采用空冷法；步骤S5中对改性钢渣第二段降温物相重构的急冷，是采用风冷法。
6.根据权利要求1所述的钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述还原剂为焦炭颗粒、活性炭、碳沥青、石墨制品回收料中的一种或者多种，且碳含量≥85wt%。
7.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述改性粉料中的钙质料的组分中包含氧化钙，且氧化钙
8.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述改性粉料中的硅质料为石英砂、硅灰、石英废料中的一种或多种，其中二氧化硅的含量为90~100wt%。
9.一种钢渣改性胶凝材料，其特征在于，其是由权利要求1~8任一项所述方法制备得到。
10.一种权利要求9所述的钢渣改性胶凝材料作为熟料在制备普通硅酸盐水泥中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s3还包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，向渣罐中加入改性粉料混合时进行搅拌，搅拌速度为10~50 r/min，搅拌时间为10~60 min。
4.根据权利要求1所述钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述的钢渣为普通转炉熔融钢渣，其全铁含量在20~40wt%。
5.根据权利要求1所述的钢渣改性胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4对改性钢渣第一段降温物相重构中的慢速降温，是采用空冷法；步骤s5中对改性钢渣第二段降温物相重构的急冷，是采用风冷法...
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