中鈦型粒化高爐渣微粉活性激發(fā)試驗(yàn)研究

蔣屹，歐陽(yáng)壽林

（成渝釩鈦科技有限公司，四川內(nèi)江 642469）

含鈦高爐渣因渣中含TiO2，致使其活性降低，應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC 418－91 中明確規(guī)定，TiO2＞10%的粒化高爐渣只能作為水泥生產(chǎn)中的非活性混合材[1]。

為了充分有效、高附加值利用中鈦型高爐粒化渣[2]，成渝釩鈦科技有限公司聯(lián)合西南科技大學(xué)，對(duì)TiO2含量16%～18%的自產(chǎn)粒化高爐渣進(jìn)行改性研究。擬通過(guò)活化劑改性的方法，激發(fā)粒化高爐渣的活性，為低成本制備含鈦礦渣微粉奠定基礎(chǔ)。

1 粒化高爐渣基本性能

1.1 原料成分

成渝釩鈦科技有限公司所使用的釩鈦磁鐵礦來(lái)源攀西地區(qū)，以釩、鈦、鐵元素為主，與錳、鋁、鉻、鈣等多元素共生，經(jīng)高爐冶煉后形成的高爐渣再經(jīng)水淬工藝制備成粒狀高爐水淬渣。通過(guò)XRF 分析，樣品渣中TiO2含量分別為18.5%和19.76%。與低鈣二級(jí)粉煤灰比較，其成分存在一定相似性。化學(xué)成分XRF 分析見(jiàn)表1。

表1 粒化高爐渣化學(xué)成分%

由于粒化高爐渣的活性取決于它的組成成分和成粒質(zhì)量，質(zhì)量系數(shù)K=（CaO+Al2O3+MgO）/（SiO2+MnO+TiO2）必須大于1.2，且系數(shù)越大活性越高[3]。根據(jù)表1 分析可知，粒化高爐渣原樣質(zhì)量系數(shù)分別為1.17和1.13，屬低活性礦渣。

1.2 基本性能

中鈦型粒化高爐渣原樣經(jīng)過(guò)?500 試驗(yàn)球磨機(jī)分別粉磨30 min、60 min、90 min、120 min 后，測(cè)試的細(xì)度和活性指數(shù)見(jiàn)表2。結(jié)果表明：原渣易磨性較差，粉磨120 min 時(shí)，比表面積僅486 m2/kg，28 d 活性指數(shù)僅50.9%。

表2 中鈦型粒化高爐渣原樣粉磨特性及活性指數(shù)

結(jié)合含鈦礦渣XRD（圖1）和SEM（圖2）分析，試驗(yàn)用含鈦粒化高爐渣的主要結(jié)晶相為鈣鈦礦和尖晶石結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為其他化學(xué)組分急冷形成的玻璃相。宏觀形貌看，含鈦礦渣表面結(jié)構(gòu)雖看似疏松，呈四角星狀、雪花狀，但相互交織、形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此原渣雖表面硬度較低，但粉磨能耗很高。

圖1 含鈦礦渣物相分析（XRD）

圖2 含鈦礦渣形貌分析（SEM）

2 中鈦型高爐渣活性提升方案

2.1 基于自制A 改性激發(fā)惰性中鈦型高爐渣玻璃體的活化劑設(shè)計(jì)

自制A：是以如高嶺土、粉煤灰等低鈣鋁硅質(zhì)材料和堿性物質(zhì)為主要原料，采用適當(dāng)工藝，在低于150 ℃條件下養(yǎng)護(hù)，通過(guò)溶解—單體重構(gòu)—聚縮反應(yīng)得到的，以無(wú)機(jī)SiO4、AlO4四面體為主要組成，結(jié)構(gòu)上具有三維架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅質(zhì)膠凝材料。

2.2 基于自制A 改性激發(fā)的惰性中鈦型高爐渣化劑設(shè)計(jì)

根據(jù)自制A 的形成機(jī)理和組成結(jié)構(gòu)特征，以3 個(gè)關(guān)鍵摩爾比：

為主要參數(shù)，結(jié)合表1 中原料的化學(xué)組成進(jìn)行自制A配合比的設(shè)計(jì)，得到的含鈦礦渣活化劑配比見(jiàn)表3。

表3 含鈦礦渣活化劑配比

2.3 基于自制A 的普通礦渣補(bǔ)償含鈦礦渣微粉制備方案

以5%摻量的自配A 活化劑，通過(guò)系列試驗(yàn)獲得的S75 級(jí)鈦礦渣微粉配比與性能見(jiàn)表4，粒度分析見(jiàn)圖4，其制備工藝流程見(jiàn)圖3。

圖4 S75 級(jí)含鈦礦渣微粉的粒度分析

表4 S75 級(jí)含鈦礦渣微粉配比與性能

圖3 含鈦礦渣微粉制備工藝路線

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 粒度分析

上述S75 級(jí)中鈦型高爐渣微粉經(jīng)?500 試驗(yàn)球磨機(jī)粉磨至比表面積450 m2/kg 所需時(shí)間為60 min，較原樣達(dá)到相同細(xì)度所需要的粉磨時(shí)間90 min（表2），節(jié)省時(shí)間1/3。這表明在混合粉磨過(guò)程中，自制A 活化劑、普通礦渣的摻入，有助于中鈦型高爐渣易磨性的改善，顯著縮短了粉磨時(shí)間，有助于降低生產(chǎn)制造成本。激光粒度分析結(jié)果表明，所制備的S75 級(jí)礦渣微粉具有良好的粒度分布特征，d50為12.91 um。

3.2 ESEM 微觀形貌分析

利用帶有EDXA 的環(huán)境掃描電鏡（ESEM）對(duì)與自制A 反應(yīng)的礦渣微粉顆粒形貌及化學(xué)組成進(jìn)行原位追蹤，結(jié)果表明（圖5、圖6）：設(shè)計(jì)合成的自制A 膠凝材料形成了大量的海綿狀Si、Al 質(zhì)膠體，積淀在中鈦型高爐水淬渣微小顆粒的玻璃體表層，并向外擴(kuò)充，空隙逐漸被填滿，結(jié)構(gòu)非常致密，實(shí)現(xiàn)了含鈦礦渣的包覆改性，并與普通礦渣協(xié)同作用，達(dá)到含鈦礦渣微粉7 d活性指數(shù)58.8%，28 d 活性指數(shù)76.7%。

圖5 自制A 的ESEM 原位形成圖

圖6 活化劑與鈦礦渣玻璃體的結(jié)合界面

4 結(jié)論

4.1 基于自制A 的改性激發(fā)原理，設(shè)計(jì)制備了惰性中鈦型高爐渣玻璃體活化劑，對(duì)中鈦型高爐渣活性激發(fā)具有顯著效果。

4.2 在中鈦型高爐水淬渣用量不低于750 kg/t 的前提下，輔以200 kg/t 普通礦渣聯(lián)合補(bǔ)償后，摻入5%自制A 活化劑，所制備的礦渣微粉滿足《GB/T 18046—2017用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標(biāo)準(zhǔn)中S75 級(jí)產(chǎn)品的要求。