一种基于冶金固废的绿色低碳复合胶凝材料制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种基于冶金固废的绿色低碳复合胶凝材料制备方法。

背景技术：

1、随着工业化进程的加速，冶金行业产生了大量固体废弃物，其中钢渣、高炉矿渣等冶金固废的妥善处理与资源化利用已成为制约钢铁工业绿色发展的关键问题。复合胶凝材料作为水泥的有效替代品，在消纳冶金固废、降低碳排放方面展现出巨大潜力。然而，现有的复合胶凝材料制备技术在冶金固废利用效率、低碳性能及胶凝性能等方面仍存在诸多不足，亟需进一步改进。

2、经检索，公开号为cn102633461b的一种复合胶凝材料及其制备方法，公开日期为2013年10月9日。该专利涉及一种复合胶凝材料，各原料所占重量比为：高炉矿渣粉28～55％，钢渣粉0～18％，粉煤灰22～45％，脱硫石膏5～15％，复合固体激发剂6～10％。该技术方案虽然利用了高炉矿渣和钢渣等冶金固废，但存在以下不足：首先，钢渣的利用率较低，仅为0～18％，未能充分发挥冶金固废的大量消纳潜力；其次，该方案中粉煤灰占比高达22～45％，对粉煤灰的依赖程度较高，而粉煤灰并非冶金行业固废；第三，该方案采用复合固体激发剂进行活性激发，但未针对冶金固废的特性进行专门的激发剂配方设计，难以实现冶金固废潜在活性的充分激发；第四，该专利未明确提出低碳排放的技术手段，无法满足绿色低碳的发展需求。

3、经检索，公开号为cn116496011a的用于复合胶凝材料的活性激发剂、复合胶凝材料及其制备方法，公开日期为2023年7月28日。该专利涉及一种用于复合胶凝材料的活性激发剂，其制备方法包括将铝灰、磷石膏、调控矿物和水混合造粒、然后进行陈化和煅烧得到活性激发剂；复合胶凝材料包括活性激发剂20-30%、水泥熟料或钢渣60-70%和磷石膏8-12%。该技术方案虽然涉及钢渣的利用，但仍存在以下不足：首先，该方案中水泥熟料或钢渣占比60-70％，仍以水泥熟料为主要组分，未能实现对水泥熟料的大幅替代，碳排放依然较高；其次，该方案采用"或"的表述方式，即要么使用水泥熟料，要么使用钢渣，未能实现水泥熟料与冶金固废的高效协同利用；第三，活性激发剂的制备工艺相对复杂，需要经过造粒、陈化、煅烧等多道工序，增加了生产成本和能耗；第四，该方案虽然利用了铝灰、磷石膏等固废，但对冶金固废中最具代表性的钢渣、高炉矿渣等的利用方式较为单一，未能形成多元冶金固废协同利用的技术体系。

4、上述现有技术方案表明，现有的复合胶凝材料制备方法在冶金固废利用率、低碳性能、激发效率及工艺简化等方面仍存在一定的不足。因此，本发明提供一种基于冶金固废的绿色低碳复合胶凝材料制备方法，旨在提高冶金固废的综合利用率，降低水泥熟料用量，简化激发工艺，实现真正的绿色低碳胶凝材料制备，从而满足冶金固废资源化利用和水泥工业低碳发展的双重需求。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种基于冶金固废的绿色低碳复合胶凝材料制备方法，旨在克服现有技术中冶金固废利用率低、水泥熟料用量大、激发工艺复杂以及缺乏低碳性能等技术问题。

2、本申请实施例第一方面提供一种基于冶金固废的绿色低碳复合胶凝材料制备方法，包括以下步骤：

3、取钢渣、高炉矿渣、粉煤灰以及脱硫石膏作为原料组分，将所述钢渣和所述高炉矿渣进行协同粉磨处理，得到复合冶金固废粉体；取硅酸钠、铝酸钠以及氢氧化钙作为激发剂原料，将所述硅酸钠、所述铝酸钠和所述氢氧化钙混合均匀后进行低温烘干处理，得到复合固体激发剂；将所述复合冶金固废粉体、所述复合固体激发剂以及余量的所述脱硫石膏混合均匀，得到复合胶凝材料混合物；将所述复合胶凝材料混合物与水混合后进行水化反应，得到绿色低碳复合胶凝材料。

4、进一步地，所述协同粉磨处理具体为：将所述钢渣和所述高炉矿渣按照重量比1:2至1:4的比例混合后，送入球磨机中进行粉磨至比表面积为400至600m2/kg，得到所述复合冶金固废粉体。

5、进一步地，所述低温烘干处理具体为：将混合后的所述硅酸钠、所述铝酸钠和所述氢氧化钙置于温度为80至120℃的烘箱中烘干至含水率低于5%，然后冷却至室温并研磨成粉末，得到所述复合固体激发剂。

6、进一步地，所述复合固体激发剂中各组分的重量百分比为：硅酸钠30%至50%，铝酸钠20%至40%，氢氧化钙20%至30%。

7、进一步地，所述复合冶金固废粉体的重量百分比为：60%至80%；所述复合固体激发剂的重量百分比为：8%至15%；所述脱硫石膏的重量百分比为：10%至20%。

8、在一种可选的实施方式中，所述取钢渣、高炉矿渣、粉煤灰以及脱硫石膏作为原料组分之前还包括对各原料进行预处理的步骤：对所述钢渣进行磁选处理以去除铁磁性物质，然后进行自然陈化处理3至6个月；对所述高炉矿渣进行干燥处理至含水率低于2%；对所述粉煤灰进行筛分处理以去除粗颗粒；对所述脱硫石膏进行破碎处理至粒径小于5mm。

9、在一种可选的实施方式中，所述水化反应具体为：将所述复合胶凝材料混合物与水按照水胶比0.25至0.40混合后，在温度为20至30℃、相对湿度不低于90%的条件下养护至规定龄期。

10、在一种可选的实施方式中，所述钢渣的化学成分重量百分比为：cao 40%至50%，sio215%至25%，al2o32%至8%，fe2o35%至15%，mgo 3%至10%；所述高炉矿渣的化学成分重量百分比为：cao 30%至42%，sio225%至35%，al2o310%至18%，mgo 5%至12%。

11、在一种可选的实施方式中，所述硅酸钠的模数为2.8至3.2；所述铝酸钠的al2o3含量为40%至50%。

12、在一种可选的实施方式中还包括在所述水化反应过程中加入减水剂的步骤，所述减水剂的重量为所述复合胶凝材料混合物重量的0.5%至1.5%。

13、本发明的有益效果是：通过将钢渣和高炉矿渣进行协同粉磨处理，实现了两种主要冶金固废的协同利用，显著提高了冶金固废的综合利用率至60%以上，有效解决了现有技术中钢渣利用率低的技术问题；通过采用硅酸钠、铝酸钠和氢氧化钙组成的复合固体激发剂，并采用低温烘干工艺简化了激发剂的制备过程，避免了现有技术中需要经过造粒、陈化、煅烧等多道复杂工序的问题；通过将复合固体激发剂的重量百分比控制在8%至15%，同时将脱硫石膏作为辅助组分引入体系，实现了冶金固废潜在活性的充分激发，显著提升了复合胶凝材料的胶凝性能；通过大幅降低水泥熟料的用量甚至不使用水泥熟料，有效降低了复合胶凝材料的碳排放，满足了绿色低碳的发展需求；通过各组分之间的协同作用，使得复合胶凝材料在28天抗压强度可达40mpa以上，具有良好的力学性能和耐久性能，为冶金固废的大规模资源化利用提供了一种切实可行的技术方案。

1.一种基于冶金固废的绿色低碳复合胶凝材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取钢渣、高炉矿渣、粉煤灰以及脱硫石膏作为原料组分，将所述钢渣和所述高炉矿渣进行协同粉磨处理，得到复合冶金固废粉体；取硅酸钠、铝酸钠以及氢氧化钙作为激发剂原料，将所述硅酸钠、所述铝酸钠和所述氢氧化钙混合均匀后进行低温烘干处理，得到复合固体激发剂；将所述复合冶金固废粉体、所述复合固体激发剂以及余量的所述脱硫石膏混合均匀，得到复合胶凝材料混合物；将所述复合胶凝材料混合物与水混合后进行水化反应，得到绿色低碳复合胶凝材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述协同粉磨处理具体为：将所述钢渣和所述高炉矿渣按照重量比1:2至1:4的比例混合后，送入球磨机中进行粉磨至比表面积为400至600m2/kg，得到所述复合冶金固废粉体。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温烘干处理具体为：将混合后的所述硅酸钠、所述铝酸钠和所述氢氧化钙置于温度为80至120℃的烘箱中烘干至含水率低于5%，然后冷却至室温并研磨成粉末，得到所述复合固体激发剂。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合固体激发剂中各组分的重量百分比为：所述硅酸钠30%至50%，所述铝酸钠20%至40%，所述氢氧化钙20%至30%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合冶金固废粉体的重量百分比为60%至80%；所述复合固体激发剂的重量百分比为8%至15%；所述脱硫石膏的重量百分比为10%至20%。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在取钢渣、高炉矿渣、粉煤灰以及脱硫石膏作为原料组分之前，还包括对各原料进行预处理的步骤：对所述钢渣进行磁选处理以去除铁磁性物质，然后进行自然陈化处理3至6个月；对所述高炉矿渣进行干燥处理至含水率低于2%；对所述粉煤灰进行筛分处理以去除粗颗粒；对所述脱硫石膏进行破碎处理至粒径小于5mm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水化反应具体为：将所述复合胶凝材料混合物与水按照水胶比0.25至0.40混合后，在温度为20至30℃、相对湿度不低于90%的条件下养护至规定龄期。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣的化学成分重量百分比为：cao 40%至50%，sio2 15%至25%，al2o3 2%至8%，fe2o3 5%至15%，mgo 3%至10%；所述高炉矿渣的化学成分重量百分比为：cao 30%至42%，sio2 25%至35%，al2o3 10%至18%，mgo 5%至12%。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠的模数为2.8至3.2；所述铝酸钠的al2o3含量为40%至50%。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述水化反应过程中还包括加入减水剂的步骤，所述减水剂的重量为所述复合胶凝材料混合物重量的0.5%至1.5%。