【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体废弃物资源化利用，更具体的涉及一种优质钢渣集料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在炼钢过程中为除去铁水中杂质形成的各种氧化物，需要加入造渣剂。造渣剂与这些氧化物反应形成熔渣，分离后的熔渣通常以液态或半液态的形式从炼钢炉中排出，经过冷却转化为固态形式，即钢渣。钢渣作为钢铁产业的副产品，在中国的年排放量高达1.6亿顿，约占全球钢渣产量的85％，但其综合利用率长期不足30％。大量钢渣的堆积不仅会造成土地资源的浪费，也会持续向土壤析出重金属污染。钢渣由于具有良好的力学性能和低廉的价格，理论上可以为建筑行业和道路行业提供优质的胶凝材料和路面集料。但钢渣体积稳定性较差，在富水环境以及温度影响下会出现体积膨胀现象，从而制约了其在道路工程中的应用。高颖等人在“钢渣体积膨胀行为及改性方法研究进展”一文中对现有研究总结表明，钢渣体积稳定性差的主要原因在于其内部含有游离氧化钙、方镁石以及含量较高的金属铁等膨胀组分，当各组分发生水化或氧化时，钢渣体积膨胀的产生不可避免；其中游离氧化钙含量高是关键原因。
2、目前主要是采用对钢渣进行改性的措施来解决钢渣安定性差的问题，钢渣改性措施包括陈化改性、重构改性和碳酸化改性。其中冷渣陈化改性是目前最常用的处理方法，但钢渣陈化需放置于室外6个月以上，陈化周期长、效率低。而常规碳化工艺主要是先将陈化后的钢渣颗粒研磨成钢渣细粉或微粉后再进行碳化，一般采用高浓度或纯的co2对钢渣粉进行一次碳化处理，但钢渣粉在常温常压下的碳化效率相对较低，往往需要数天时间才能够使钢渣粉完成碳化，生产周期较长。
3、现有对钢渣集料进行碳化处理主要是针对碳化后钢渣的应用场景不同而不同。如专利cn 116874204 a中先从钢渣中筛选0.075～20mm粒径粗钢渣，再在加压环境中湿法捕集工业废气中的二氧化碳进行碳化处理，粉磨用于制备胶凝材料；cn 117534426 a中先将钢渣与脱硫石膏、水和螯合剂混合制备成浆料，注模制备成钢渣砌块坯体，再采用工业废气对其进行碳化处理。但目前尚未见能够结合常规钢渣集料的制备流程进行碳化处理的方法，直接制备高品质的钢渣集料，应用于沥青混凝土中。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种优质钢渣集料及其制备方法和应用，其目的在于结合常规钢渣集料制备流程进行碳化处理，发现以高温熔融态的钢渣为原料，采用分级碳化，先在1300℃-1500℃的高温条件下通入工业废气进行一级碳化和还原，在降低游离氧化钙的同时使钢渣中三氧化二铁被工业废气中co还原为铁单质和四氧化三铁，再筛选10mm以下颗粒进行二级碳化将钢渣集料中游离氧化钙含量降低至3％以下，磁选直接获得优质钢渣集料。该方法能够结合常规钢渣集料的制备流程在24h内将未陈化钢渣中游离氧化钙含量降低至3％以下，可实现快速制备优质的钢渣集料，由此解决常规钢渣集料游离氧化钙高，现有处理方法周期长、效率低的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种快速制备优质钢渣集料的方法，其采用分级碳化工艺，具体包括如下步骤：
3、(1)一级碳化和还原：以1300℃-1500℃熔融态的钢渣为原料，在洒水冷却过程中持续向热闷罐内通入工业废气碳化8h～14h，同时使钢渣中三氧化二铁被还原为铁单质和四氧化三铁，获得一级碳化钢渣；所述工业废气中co2体积占比20％-30％，co体积占比为30％～60％；
4、(2)二级碳化：选取步骤(1)中10mm以下的一级碳化钢渣为集料，置于密闭容器中，按照预设喷洒量对钢渣集料进行喷洒，维持密闭容器中压强为0.3～0.5mpa，向密闭容器中持续通入相同的工业废气进行二级碳化，使钢渣集料中游离氧化钙含量低于3％；磁选获得二级碳化后优质的钢渣集料。
5、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其向步骤(1)中热闷罐内持续通入工业废气碳化10～12h，获得一级碳化钢渣。
6、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其所述工业废气中co2体积占比20％-25％，co体积占比为35％～50％，向步骤(1)中热闷罐内持续通入所述工业废气碳化10h，获得一级碳化钢渣。
7、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其步骤(2)所述预设喷洒量为钢渣集料质量的5％～15％，二级碳化时间为1h～12h。
8、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其所述预设喷洒量为钢渣集料质量的10％～15％，维持步骤(2)中密闭容器内压强稳定，持续通入相同的工业废气碳化6h～9h。
9、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其维持步骤(2)中密闭容器内压强稳定持续通入工业废气碳化6h。
10、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其还包括三级碳化和/或四级碳化，其中三级碳化为按照预设喷洒量对二级碳化后的钢渣集料进行喷洒，维持密闭容器中压强为0.3～0.5mpa持续通入相同的工业废气碳化3～6h，获得三级碳化钢渣集料；
11、所述四级碳化为按照预设喷洒量对三级碳化钢渣集料进行喷洒，维持密闭容器中压强为0.3～0.5mpa持续通入相同的工业废气碳化1～2h。
12、优选地，所述快速制备优质钢渣集料的方法，其所述三级碳化和/或四级碳化采用ph为2～4的酸性溶液进行喷洒，所述预设喷洒量为钢渣集料质量的10％，维持密闭容器中压强为0.3mpa，三级碳化时持续通入工业废气碳化3h；四级碳化时持续通入工业废气碳化1h。
13、按照本专利技术的另一方面，还提供了一种优质钢渣集料，其按照如本专利技术所述方法制备获得，其游离氧化钙含量＜3.0％，表观相对密度为3.2～3.3。
14、优选地，所述优质钢渣集料，其所述钢渣集料中游离氧化钙含量为1.2％～1.7％，含铁量≤1.1％。
15、按照本专利技术的另一方面，还提供了一种如本专利技术所述钢渣集料在制备沥青混凝土中的应用。
16、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于以熔融态的钢渣为原料，采用分级碳化工艺，能够取得下列有益效果：
17、本专利技术提供的快速制备优质钢渣集料的方法，以1300℃-1500℃熔融态的钢渣为原料，采用co2体积占比20％-30％，co体积占比为30％～60％的工业废气进行分级碳化，在高温一级碳化的同时利用工业废气中co将钢渣中三氧化二铁还原为铁单质和四氧化三铁；再以一级碳化钢渣为集料，通入相同的工业废气进行二级碳化使钢渣中游离氧化钙含量低于3％，磁选获得低密度的优质钢渣集料。采用本方法能够结合常规钢渣的制备流程在24h内将未陈化钢渣中游离氧化钙含量降低至3％以下，实现快速直接制备优质钢渣集料，用于制备沥青混凝土。
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1.一种快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，采用分级碳化工艺，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，向步骤(1)中热闷罐内持续通入工业废气碳化10～12h，获得一级碳化钢渣。
3.如权利要求2所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，所述工业废气中CO2体积占比20％-25％，CO体积占比为35％～50％，向步骤(1)中热闷罐内持续通入所述工业废气碳化10h，获得一级碳化钢渣。
4.如权利要求3所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，步骤(2)所述预设喷洒量为钢渣集料质量的5％～15％，二级碳化时间为1h～12h。
5.如权利要求4所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，所述预设喷洒量为钢渣集料质量的10％～15％，维持步骤(2)中密闭容器内压强稳定，持续通入相同的工业废气碳化6h～9h。
6.如权利要求1至5任意一项项所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，还包括三级碳化和/或四级碳化，其中三级碳化为按照预设喷洒量对二级碳化后的钢渣集料进行喷洒，维持
7.如权利要求6所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，所述三级碳化和/或四级碳化采用pH为2～4的酸性溶液进行喷洒，所述预设喷洒量为钢渣集料质量的10％，维持密闭容器中压强为0.3Mpa，三级碳化时持续通入工业废气碳化3h；四级碳化时持续通入工业废气碳化1h。
8.一种优质钢渣集料，其特征在于，按照如权利要求1至7任意一项所述方法制备获得，其游离氧化钙含量＜3.0％，表观相对密度为3.2～3.3。
9.如权利要求8所述的优质钢渣集料，其特征在于，所述钢渣集料中游离氧化钙含量为1.2％～1.7％，含铁量≤1.1％。
10.一种如权利要求8或9所述钢渣集料在制备沥青混凝土中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，采用分级碳化工艺，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，向步骤(1)中热闷罐内持续通入工业废气碳化10～12h，获得一级碳化钢渣。
3.如权利要求2所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，所述工业废气中co2体积占比20％-25％，co体积占比为35％～50％，向步骤(1)中热闷罐内持续通入所述工业废气碳化10h，获得一级碳化钢渣。
4.如权利要求3所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，步骤(2)所述预设喷洒量为钢渣集料质量的5％～15％，二级碳化时间为1h～12h。
5.如权利要求4所述的快速制备优质钢渣集料的方法，其特征在于，所述预设喷洒量为钢渣集料质量的10％～15％，维持步骤(2)中密闭容器内压强稳定，持续通入相同的工业废气碳化6h～9h。
6.如权利要求1至5任意一项项所述的快速制...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴少鹏，朱耀阳，谢军，陈安琪，许实，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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