專利名稱：用于氧化處理煉鋼廠爐渣的方法及所得到的ld渣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及處理過的具有水硬性粘合劑材料性質(zhì)的LD渣(氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐渣)，及用于通過處理煉鋼廠爐渣得到這種LD渣的方法。
更具體地說，本發(fā)明涉及對煉鋼廠爐渣的處理，以得到處理過的LD渣，該LD渣的礦物組成使它們形成合成材料，這些合成材料當(dāng)用于施工(混凝土或道路的顆粒，水硬性粘合劑材料或具有水硬性潛力的粘合材料)時(shí)具有增強(qiáng)的性能。
在不排放CO2情況下，從原料生產(chǎn)水硬性產(chǎn)品或具有水硬性潛力的產(chǎn)品，遇到它們在生產(chǎn)一種粘合材料時(shí)不適宜的化學(xué)和礦物學(xué)方面固有的困難。
不適宜意思是指，由于它不顯示標(biāo)準(zhǔn)所要求的抗力，或者由于它將產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)膨脹或破壞有關(guān)的問題，所以得到的產(chǎn)品將不能獨(dú)自使用或者不能任意地與波特蘭(Portland)水泥混合使用。這是LD渣(從固化和破碎煉鋼廠爐渣得到的渣)的情況。
LD渣是通過氧氣吹入法精煉赤鐵礦生鐵(低磷熔煉)的副產(chǎn)品。這是一種富含鐵和石灰的材料，具有一個平均的礦物組成，該組成位于由硅酸二鈣、鐵酸鈣和金屬氧化物組成的這一組礦物中，并且其中主要化合物的平均化學(xué)組成如下表所示
以粒狀形式用于混凝土或用于道路鋪設(shè)的LD渣，用來產(chǎn)生含瀝青的上層和基礎(chǔ)層二者，受到存在游離石灰的限制，該游離石灰將造成路面或混凝土膨脹。
LD渣轉(zhuǎn)變成水硬性粘合劑也引起人們很大興趣。
專利FR-2.546.530介紹了一種煉鋼廠爐渣，目的在于它在水泥中的使用。
在這個專利中所介紹的處理包括將至少一種能形成氧化鋁的化合物加到液態(tài)爐渣中；供給在爐渣中溶解該化合物所必需的熱量；和使?fàn)t渣經(jīng)受與氧混合。
加到液態(tài)爐渣中能形成氧化鋁的一種或多種化合物的量是這樣的，以使處理過的爐渣中含氧化鋁的重量百分?jǐn)?shù)為5-25％。
盡管專利FR-2.546.530指出這種處理過的爐渣可以用作水硬性粘合材料，尤其是可用于制造水泥，但這種處理不能使它得到獨(dú)自的、能完全代替波特蘭水泥的水硬性粘合材料。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，能夠這樣處理煉鋼廠爐渣，以使該爐渣具有一種處在特定礦物學(xué)組成范圍內(nèi)的礦物學(xué)組成，因此這樣處理過的煉鋼廠爐渣構(gòu)成一種獨(dú)自的、能完全代替波特蘭水泥的水硬性粘合材料。
因此本發(fā)明的目的是提供一種方法，該方法用于處理煉鋼廠爐渣，使得處理過的煉鋼廠爐渣(LD渣)具有特定的礦物學(xué)組成，結(jié)果這些處理過的爐渣獨(dú)自構(gòu)成水硬性粘合材料。
另外本發(fā)明的目的是提供處理過的LD渣，該處理過的LD渣具有一種特定的礦物學(xué)組成，使它們適合獨(dú)自用作水硬性粘合材料。
按照本發(fā)明的用于處理煉鋼廠爐渣的方法包括—將氣態(tài)氧或含氧的氣體混合物噴入液態(tài)爐渣中；—將氧化鋁源和石灰源及任選的二氧化硅和/或鐵源加入液態(tài)爐渣并溶解于其中；—將爐渣冷卻，直到爐渣固化，其特征在于所加的氧化鋁和石灰源以及任選的二氧化硅和鐵源的量以及冷卻速率是這樣的，以使處理過和固化的煉鋼廠爐渣具有一種礦物學(xué)組成，該礦物學(xué)組成具有下列成分的其中之一—(a)一種無定形的玻璃態(tài)相；—(b)第一相組(1)，該相組(1)，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由10-40 CA、20-50 C2AS、30-50 C6AF2和10-30 C2S構(gòu)成；—(c)第二相組(2)，該相組(2)，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由20-40 C2F、10-30 C2AS、20-50 C6AF2和10-40 C2S構(gòu)成；和—(d)無定形玻璃態(tài)相與第一或第二相組的混合物。
—應(yīng)該提起，按照水泥制造廠的標(biāo)準(zhǔn)代號C＝CaOA＝Al2O3S＝SiO2F＝Fe2O3P＝PO4上述各相不是純化合物，而是可以在固體溶液中包含雜質(zhì)如鐵、氧化鎂(MgO)、磷(P2O5)、硫，等。
按照本發(fā)明所述處理過的LD渣，其特征在于它們具有一種如上所述的礦物學(xué)組成。
按照本發(fā)明的一個實(shí)施例，煉鋼廠爐渣澆注到一個槽或桶中，使鋼渣熔體達(dá)到或保持在1350℃-1550℃溫度下，優(yōu)選的是在1350℃-1500℃溫度下，而通常是在1450℃下，在槽中，利用例如，如專利FR-2.546.530中所述的吹管，通過噴射氣態(tài)氧或一種含氣態(tài)氧的氣體混合物，如空氣與氧的混合物，使?fàn)t渣熔體與氧混合。
正如已知的那樣，這種噴射氧不僅保證爐渣熔體的混合，而且還把爐渣中存在的鐵和氧化亞鐵(FeO)氧化成氧化鐵(Fe2O3)。噴射氧可以通過噴射純氧、空氣或氧和空氣的混合物進(jìn)行。噴射一般如此進(jìn)行，以便得到氧或氣體混合物的壓力與102-5.105Pa，而優(yōu)選的是105-5·105Pa的爐渣熔體平衡。
氧或含氣態(tài)氧的氣體混合物的這種噴射，一般持續(xù)約30分鐘。
隨著待處理的煉鋼廠爐渣化學(xué)組成及處理過的爐渣最終用途的變化，在混合期間，加一定量的氧化鋁源，例如純氧化鋁或鋁土礦，和一定量的石灰源，如石灰或石灰石(碳酸鈣)，并且如果需要的話，加一定量的二氧化硅源，例如二氧化硅，或一種鐵源，例如赤鐵礦，到液態(tài)爐渣中，并溶于該液態(tài)爐渣中。
添加料可以利用合適的料斗很容易進(jìn)行。
一般，將添加料溶于液態(tài)爐渣中不需要外部供熱。
事實(shí)上，熔化爐渣的溫度通常高于或等于1600℃，并且因?yàn)?，對處理來說，爐渣的溫度保持在1350-1500℃，所以能利用熱差來溶解至少一部分添加料。
而且，正如已知的那樣，金屬鐵或氧化亞鐵(FeO)氧化成氧化鐵(Fe2O3)是放熱反應(yīng)，在這個反應(yīng)過程中所釋放的熱量也可以用來溶解添加料。
優(yōu)選的是，添加料是在熔化的液態(tài)爐渣從轉(zhuǎn)爐中放出之前加到桶中，以便保證保護(hù)桶中的耐熱材料。
一般，加入的氧化鋁源的量是這樣的，以使所得到的處理過的LD渣中氧化鋁比例大于重量百分?jǐn)?shù)25％，優(yōu)選的是重量百分?jǐn)?shù)約30％或更多，而所加的石灰源的量是這樣的，以使在所得到的處理過LD渣中石灰的比例等于或高于重量百分?jǐn)?shù)40％。
所得到的處理過的LD渣含有重量百分?jǐn)?shù)1％或更少、優(yōu)選的是不含有可檢測出量的游離石灰。
鑒于煉鋼廠爐渣的組成，對1000kg處理過的爐渣，加入的氧化鋁和石灰量，通常是分別在700-1100kg和400-800kg范圍內(nèi)改變。
在添加料溶解之后，然后將爐渣熔體在一個慢速或快速的冷卻速率下冷卻至爐渣固化，亦即，通常冷卻到約1100-1200℃的溫度，該溫度適合于得到按照本發(fā)明所述的其中一種礦物學(xué)組成。
在慢速冷卻情況下，處理過的爐渣具有一種礦物學(xué)組成，該礦物學(xué)組<p>在第5個月時(shí)，與接受安慰劑或8mg/天加蘭他敏的患者相比，明顯有更多的接受16和24mg/天加蘭他敏的患者表現(xiàn)為無變化或改善的評分。表現(xiàn)出ADAS-cog/11相對于基準(zhǔn)值變化了7或更多點(diǎn)值的患者在16和24mg/天的組分別出現(xiàn)了15.9％和22.3％，而安慰劑組為7.6％。與安慰劑相比，用加蘭他敏治療的患者中具有任何數(shù)量的最小改善的患者的總累積百分比更高(圖3)。
表5基于在第5個月時(shí)相對于基準(zhǔn)的ADAS-cog/11評分改變的應(yīng)答分析
CMH試驗(yàn)的P值·比安慰劑明顯更高的應(yīng)答百分比*p≤0.05；**p≤0.01；***p≤0.001；·比8mg/天明顯更高的應(yīng)答百分比p≤0.05；p＜0.01；接近有意義◆0.05＜p值＜0.10；·16和24mg/天之間的差異接近有意義◆0.05＜p值＜0.10。
第二個指示包括了通過阿耳茨海默氏病合作研究日常生活的活動(ACDS/ADL)分級測定的日常生活活動(ADL)表現(xiàn)的總變化。如上所述，該分級包括了23個項(xiàng)目，已在有輕度和中度阿耳茨海默氏病的患者中進(jìn)行了測試和驗(yàn)證。
用16或24mg/天加蘭他敏治療5個月在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可以比用安慰劑或8mg/天加蘭他敏治療更有效地維持ADL總評分在基準(zhǔn)水平(表6)。在圖4中可以清楚地看到加蘭他敏治療的劑量相關(guān)作用，其顯示了總的ADL評分隨時(shí)間的變化。
冷卻可以用任何合適的手段進(jìn)行，如用空氣冷卻或用水冷卻，優(yōu)選的是用空氣冷卻。
冷卻持續(xù)至爐渣固化，傳統(tǒng)的是在1100-1200℃溫度下固化。
所得到的處理過的LD渣可以被破碎成顆粒。這些顆?？梢詥为?dú)用作水硬性粘合材料，或者還可與水泥混合，以便全部或部分地代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的砂子。
下面一些例子表明了本發(fā)明。
例1具有下列特點(diǎn)的煉鋼廠爐渣用本發(fā)明的方法處理。
(C2S/C3P)ss＝硅酸二鈣和磷酸三鈣的固體溶液。
將流入桶中的液態(tài)煉鋼廠爐渣研磨，并用一個噴管吹入氧氣在1350℃下氧化。調(diào)節(jié)氧氣流速，以便得到一個與5·105Pa爐渣熔體平衡的氧氣壓力。
在流出爐渣之前，將下列添加料加入桶中
在添加料溶解之后，停止吹入氧，并用空氣以5℃/秒的速率將爐渣冷卻直至溫度達(dá)到1100℃。
所得到的LD渣具有下列的礦物學(xué)組成
將所得到的處理過的渣破碎和篩分，以便顯示標(biāo)準(zhǔn)化砂子的粒度分布。粒度分布在下表中給出
在標(biāo)準(zhǔn)條件下，用波特蘭水泥(1份重量)和一種砂子(3份重量)制備一種砂漿，該砂子由一半標(biāo)準(zhǔn)化砂子和一半處理過的渣構(gòu)成。為了比較，也在標(biāo)準(zhǔn)條件下制備了一種由波特蘭水泥(1份重量)和標(biāo)準(zhǔn)化砂子(3份重量)構(gòu)成的砂漿。
對這些砂漿，通過以0.5的水/水泥比(W/C)攪拌形成若干棱柱形試件4cm×4cm×16cm。
在這些試件上測定抗變形能力(抗變形性)和抗壓縮能力(抗壓縮性)。所得的結(jié)果列于下表中
可以看出，通過用一種由重量百分?jǐn)?shù)為50％的標(biāo)準(zhǔn)化砂子和重量百分?jǐn)?shù)為50％的按照本發(fā)明所述的渣所構(gòu)成的砂子，在抗力上得到顯著增加。
沒有經(jīng)受力學(xué)試驗(yàn)的某些試件，用于膨脹試驗(yàn)ASTM C151和AASHTO T107。試驗(yàn)證明為陰性(沒有膨脹)。
用Fondu水泥(基于鋁酸鈣的水泥)代替波特蘭水泥重復(fù)上述試驗(yàn)。下面結(jié)果表明，當(dāng)用按照本發(fā)明所述的處理過的渣時(shí)，抗力顯著增加。
膨脹試驗(yàn)ASTMC 151和AASHTO T107也證明是陰性。
這個例子表明，由本發(fā)明的處理過的LD渣作原料所得到的顆粒比砂子，亦即，通常在砂漿配方中使用的顆粒更好。
例2用本發(fā)明的方法處理了具有下列特點(diǎn)的不同煉鋼廠爐渣
液態(tài)煉鋼廠爐渣，流出到一個桶中，在下面所指出的條件下，象例1中那樣進(jìn)行混合和氧化。
象例1中那樣，在流出爐渣之前將下列添加料加入桶中
在添加料溶解之后，停止吹入空氣和氧，并在下列條件下冷卻爐渣
所得到的處理過的LD渣由100％無定形玻璃態(tài)相構(gòu)成。
將通過處理得到的渣研磨成3500cm2/g。與水混合，放出下列熱量。
用上述處理過的渣作為標(biāo)準(zhǔn)化條件下的水泥(W/C＝0.5；棱柱試件4cm×4cm×16cm)，并測定了凝固時(shí)間和抗壓縮能力(Rc)。結(jié)果列于下表中
上述例子表明，本發(fā)明的處理方法可以得到一種本身具有水硬性粘合材料特性的處理過的LD渣。
將一種由一半標(biāo)準(zhǔn)化砂子和一半破碎后的2號渣構(gòu)成的砂子加到波特蘭水泥中。以這種混合物作原料，在標(biāo)準(zhǔn)化條件下(W/C＝0.5；試件4cm×4cm×16cm)形成棱柱形試件，并測定凝固時(shí)間和抗壓縮能力。結(jié)果列于下表中
例3用本發(fā)明的方法，處理具有下列特點(diǎn)的煉鋼廠爐渣
將液態(tài)煉鋼廠爐渣放出流入一個桶中，并在下面所示條件下混合和氧化
象例1中那樣，下列添加料在放出爐渣之前已加入到桶中
在添加料溶解之后，停止吹氣，并在下列條件下將爐渣冷卻
所得到的LD渣具有下列礦物學(xué)組成
將通過處理所得到的渣研磨成3500cm2/g。與水混合，放出下列熱量
上述處理過的渣在標(biāo)準(zhǔn)化條件(W/C＝0.5；棱柱形試件4cm×4cm×16cm)下用作水泥，并測定凝固時(shí)間和抗壓縮能力(Rc)。結(jié)果列于下表中
上述試驗(yàn)表明，按照本發(fā)明所述處理過的LD渣，具有作為礦物學(xué)組成的第一和第二相組，該處理過的LD渣獨(dú)自顯示出水硬性粘合材料的性質(zhì)。
在所有實(shí)驗(yàn)中，都按照標(biāo)準(zhǔn)NF EN 196-1測定抗變形能力(Rf)和抗壓縮能力(Rc)。
權(quán)利要求
1.用于處理煉鋼廠爐渣的方法，包括—將氧或一種含氣態(tài)氧的氣體混合物噴入液態(tài)爐渣中，以便混合和氧化爐渣；—將一種氧化鋁源和一種石灰源及任選地一種二氧化硅和/或鐵源加入混合的液態(tài)爐渣并溶于其中；和—冷卻爐渣直至它固化；加入的氧化鋁源和石灰源及任選的二氧化硅和/或鐵源的量與冷卻速率是這樣的，以使所得到的處理過的爐渣具有一種礦物學(xué)組成，該礦物學(xué)成分具有下列成分的其中之一—(a)一種無定形的玻璃態(tài)相；—(b)一個第一相組(1)，該第一相組(1)按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由10-40 CA、20-50 C2AS、30-50 C6AF2和10-30 C2S構(gòu)成；—(c)一個第二相組(2)，該第二相組(2)按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由20-40 C2F、10-30 C2AS、20-50 C6AF2和10-40 C2S構(gòu)成；和—(d)無定形玻璃態(tài)相與第一或第二相組的混合物。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于液態(tài)爐渣是在1350-1550℃、優(yōu)選的是在1350-1500℃溫度下。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)氧或含氣態(tài)氧的氣體混合物的噴射，以便得到一種與102-5·105Pa、優(yōu)選的是105-5·105Pa的液態(tài)爐渣平衡的氧或氣體混合物的氧壓力。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于冷卻速率是一種快速冷卻速率，并且所得到的處理過的爐渣完全由一種無定形的玻璃態(tài)相(a)構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于冷卻速率是一種慢速冷卻速率，并且所得到的爐渣由第一相組(1)(b)或第二相組(2)(c)或一種玻璃態(tài)相與第一或第二相組的混合物(d)構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在混合物(d)中，玻璃態(tài)相占處理過的滬渣重量的5-95％。
7.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的方法，其特征在于氧化鋁源是氧化鋁或鋁土礦，石灰源是石灰或石灰石，二氧化硅源是二氧化硅和鐵源是赤鐵礦。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于加入的氧化鋁量是這樣的，以使氧化鋁在處理過的爐渣中的比例，占處理過的爐渣重量的25％以上，優(yōu)選的是至少占30％。
9.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于加入的石灰量是這樣的，以使石灰在處理過的爐渣中的比例，占處理過的爐渣重量的至少40％。
10.處理過的LD渣，其特征在于它具有一種礦物學(xué)組成，該礦物學(xué)組成具有下列成分的其中之一—(a)一種無定形的玻璃態(tài)相；—(b)一個第一相組(1)，該第一相組(1)按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由10-40 CA、20-50 C2AS、30-50 C6AF2和10-30 C2S構(gòu)成；—(c)一個第二相組(2)，該第二相組(2)按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由20-40 C2F、10-30 C2AS、20-50 C6AF2和10-40 C2S構(gòu)成；和—(d)一種無定形玻璃態(tài)相與第一或第二相組的混合物。
11.按照權(quán)利要求10所述的LD渣，其特征在于它完全由一種無定形玻璃態(tài)相構(gòu)成。
12.按照權(quán)利要求10所述的LD渣，其特征在于它由第一相組(1)或由第二相組(2)構(gòu)成。
13.按照權(quán)利要求10所述的LD渣，其特征在于它是由玻璃態(tài)相和第二相組(2)的混合物構(gòu)成。
14.按照權(quán)利要求13所述的LD渣，其特征在于玻璃態(tài)相占處理過的LD渣重量的5-95％，優(yōu)選的是占5-15％。
15.按照權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的LD渣，其特征在于在處理過的渣中存在的氧化鋁的比例，占渣重量25％以上，優(yōu)選的是至少占30％。
16.按照權(quán)利要求10-15中任一項(xiàng)所述的LD渣，其特征在于在處理過的渣中存在的石灰的比例，占處理過的渣重量的至少40％。
17.按照權(quán)利要求10-16中任一項(xiàng)所述的LD渣，其特征在于該LD渣呈顆料形狀。
18.包括一種水泥和按照權(quán)利要求17所述的顆粒的混合物的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理方法，該方法包括將氧噴入液態(tài)煉鋼廠爐渣中，將一種氧化鋁和石灰源及任選地二氧化硅和鐵源加入并溶于爐渣中，并將爐渣冷卻至固化，各添加料以這種量進(jìn)行和冷卻以這種速度進(jìn)行，以使得到的爐渣具有一種礦物學(xué)組成，該礦物學(xué)組成具有下列組成元素的其中之一(a)一種無定形的玻璃態(tài)相；(b)一個第一相組(1)，該第一相組(1)按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由10－40 CA、20－50 C2AS、30－50 C6AF2和10－30C2S組成；(c)一個第二相組(2)，該第二相組(2)按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由20－40 C2F、10－30 C2AS、20－50 C6AF2和10－40 C2S組成，和(d)一種無定形玻璃態(tài)相與第一或第二相組的混合物。本發(fā)明可用于水硬性粘合劑。
文檔編號C04B18/14GK1430586SQ01810038
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月24日
發(fā)明者F·索倫蒂諾, G·沙普龍, J－P·巴尤 申請人:拉法爾熱公司