钢铁渣粉特点

本项目采用钢铁炼铁过程产生的废渣为原料，采用当前国际上最先进的设备，生产用途广泛的新型绿色建材产品矿渣粉、钢渣粉、钢铁渣双掺粉等，具有清洁环保、高效节能、节约资源和减排温室气体的作用，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。对于工业废渣，国务院要求各部门加以综合利用，变废为宝，提倡“谁排放谁利用，谁投资谁收益”的原则。对于建材工业，提出利用工业矿渣生产水泥。水泥是国民经济建设的重要基础原材料，“十一五”期间，我国水泥工业取得了长足发展，水泥工业年消纳工业废渣已超过2.5亿吨，占工业废渣总利用量一半以上。粒化高炉矿渣（简称矿渣）是炼铁时排出的以硅酸钙、铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬而急冷处理后形成的粒状活性材料。一般含有80～90%的玻璃相，其主要矿物为硅酸二钙（C2S）、钙铝黄长石（C2AS）、镁黄长石（C2MS2）、钙长石（CAS2）等。矿渣的化学成分一般为CaO35～45%、SiO225～40%、Al2O36～15%、FeO0.5～1%。矿渣的质量系数（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2）越大，矿渣的活性越高，即CaO、Al2O3含量高、SiO2含量低的矿渣活性高。国家标准GB/T203规定用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣的质量系数应大于1.2、MnO含量不大于2.0%。试验研究表明，矿渣粉只有达到一定细度时才能充分水化。大于60微米的颗粒属于惰性粒子，对强度无积极作用。对强度起主导作用的是30微米以下的粒子，小于10微米的粒子含量多时对早期强度有利。鉴于矿渣与水泥熟料易磨性的差异，将熟料、矿渣分开粉磨，然后按一定配比混合与均化而制备矿渣硅酸盐水泥的工艺路线是合理的。研究表明：控制矿渣粉细度400～450m2/kg、水泥熟料粉细度320m2/kg、矿渣掺量40～60%，可配制425、425R矿渣硅酸盐水泥；矿渣细度450～500m2/kg、掺量40～50%，可配制525、525R矿渣硅酸盐水泥。矿渣粉作为混合材掺入水泥中，对水泥的7天后龄期强度有明显的增强作用。这主要是由于矿渣粉吸收水泥水化形成的Ca(OH)2，Si-O、Al-O、Si-Si、Al-Al等键断裂，结构解体，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，在SO42-的激发作用下，反应形成钙矾石，从而增加水泥的强度。但掺加矿渣粉对水泥的早期强度没有明显的增强作用并有所下降。因此，在矿渣粉掺量大的情况下，为了获得较高的水泥早期强度，水泥熟料宜选用强度较高、质量好的回转窑熟料。随着高层建筑、大跨度桥梁、高速公路等工程建设的快速发展，高性能混凝土的需求量迅速增大。高性能是指强度高、耐久性好，且施工性能优良。强度高是指强度等级在C60以上。耐久性能是指耐磨性、水化热、胀缩性、脆性、韧性、疲劳强度、抗冻性、抗腐蚀性、抗碳化性、抗碱骨料反应及抗钢筋锈蚀性能良好。良好的工作性能是指混凝土拌和物应有良好的施工性能,如可泵性、不泌水性、粘聚性等。以前配制高强混凝土主要依赖于使用高标号水泥和外加剂，但是用高标号水泥配制的混凝土水化热高，易产生裂缝，导致混凝土破坏。采用降低混凝土的水灰比，减少混凝土的空隙率，增加密实度的方法，其后果是不能保证施工时的大流动度的要求，同时水灰比降至0.2～0.3时，大量的水泥颗粒得不到充分水化，影响混凝土的后期耐久性能。目前超高强混凝土主要采用掺硅灰和高效减水剂来配制。但硅灰原料缺乏，高效减水剂价格昂贵，这类混凝土成本较高。目前日本、台湾、韩国、马来西亚、英国等国家及地区采用磨细的矿渣粉来生产高性能混凝土，以降低混凝土的成本。矿渣粉用于混凝土施工时，具有微珠润滑效应，有明显的减水作用。随着矿渣粉掺量的增加，混凝土水灰比W/C减少。当掺量达45%时，减水率高达20%。混凝土中随着矿渣粉掺量的增加，混凝土塌落度损失小，混凝土的流动性好，易于施工。随着超细矿渣粉掺量的增加，混凝土各龄期的抗压强度都有增长。但当掺到60%以后，强度有缓慢的下降趋势；当掺到70%时，混凝土7天和28天抗压强度有比较明显的下降。所以，掺矿渣粉虽然可生产高强混凝土，但需要控制好掺加比例，比较合适的矿渣粉掺加比例为50%。利用掺矿渣粉部分替代波特兰水泥制备的高性能混凝土与波特兰水泥混凝土相比，前者在搅拌后最初2h内流变性易于控制，尤其能明显地减少其坍落度的损失，有利于施工。浇注初期掺矿渣混凝土的水化热较低，且显著减少塑化剂的需用量，经济效益好。它的后期强度高，抗盐类侵蚀性强，耐久性好。随着高层建筑业的发展，高性能混凝土取代普通混凝土是大势所趋。掺有矿渣粉的混凝土具有水化热低、耐腐蚀、与钢筋粘结力强、后期强度高、防微缩等特点，可广泛用于大坝工程、水下工程、道路工程、防腐蚀工程、大型建筑工程等。掺有矿渣的水泥混凝土愈来愈受到建筑行业、交通行业的青睐。本工程在生产矿渣粉的同时，在生产中也大量利用了钢渣、脱硫石膏等废弃资源生产钢渣粉以及双掺粉。钢渣粉以及双掺粉的使用同样可以减少普通水泥的用量，减少石灰石等天然资源的用量，节省烧制水泥所消耗的能量，降低CO2的排放量。钢渣主要由废钢和纯渣组成；主要矿物组成一般为：Ca2SiO3和CaSiO2，体积比占50%；[Ca（VTiO7）]体积比占30%；RO相体积比占30%；金属铁相体积比占5%；钢渣作为水泥混合材早已列入国家标准。钢渣微粉的国标也已经颁布实施。在2000年6月中国建材院与首钢综合利用厂进行了钢渣微粉在水泥和混凝土中应用的技术鉴定，在大量对比试验的基础上证明，钢渣微粉在比表面积为450m2/kg时，其活性与高炉矿渣相类同，预示着钢渣微粉产品具有良好的市场前景。我国已经建有多家钢渣水泥厂以及钢渣粉磨工厂，不少水泥企业在钢渣的应用方面也有很好的使用经验和良好的效果。钢渣中残留有相当数量的金属铁，钢渣处理的首要目标就是最大限度将金属铁从钢渣中提取出来，返回炼钢或炼铁，节约资源，然后就是如何对选铁后的钢渣进行综合利用，实现炼钢固体废弃物的绿色循环，这是各钢铁企业目前面临的重要课题。近二十年来，世界上许多钢铁产业发达国家都十分重视钢渣的处理及开发利用，现已达到产用平衡。我国在钢渣处理和开发利用方面起步较晚，对钢渣处理和利用的深度不够，因此如何加大对钢渣的处理及综合利用，变废为宝，减少污染，使其转化为技术含量高、附加值高的产品，成为急待解决的问题。钢渣的利用途径可分为内循环和外循环，内循环指钢渣在钢铁企业内部利用，作为烧结矿的原料和炼钢的返回料。钢渣的外循环主要是指用于建筑建材行业。随着新型钢渣处理技术的不断完善，钢渣已不再被认为是严重污染环境的固体废物，而被视为炼钢的副产品。新型的钢渣处理技术不断体现了其特有的经济、环保及社会效益。目前，湿法钢渣处理技术主要有露天倒渣水淬、浅盘热泼水淬、渣箱热泼法、罐式热焖渣水淬法。其中罐式热焖法（简称热焖法）是近几年发展起来的较有效的钢渣处理技术，其在安全生产，加工成本，粒化效果，环境保护等综合技术指标上有较大的优势，这大大改善了我国钢渣大量推积的现状。由于热焖钢渣处理的粒化效果好（≤20mm的钢渣可达到60%～80％），大大降低了钢渣处理时的设备磨损率，降低了生产成本；经过热焖的钢渣含有8%～11%的水分，解决了钢渣磁选线处理时粉尘污染，改善了劳动条件，保护了环境。本项目的技术特点之一是借鉴各钢铁企业的经验首先对高温钢渣进行热焖处理，把金属铁最大限度地选出；消解f-CaO，改善其安定性；通过热焖改善其易磨性，提高磨机产量，降低粉磨电耗。目前，由于钢渣粉加工比较困难，因此应用数量较少，但是这也使得钢渣的应用成为一个新兴市场。由于目前水泥活性混合材资源严重不足，钢渣产品将能满足这一需求。脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫过程中产生的废弃物，随着燃煤电厂项目的快速发展，脱硫石膏废渣排放量会越来越大，将成为继粉煤灰之后的第二大固体废弃物，不仅占用大量土地资源，而且对环境影响非常严重，极易造成二次污染，如不采取积极有效措施进行综合利用，将会造成严重后果。由于脱硫石膏的主要成分为二水硫酸钙，用其代替天然石膏作水泥缓凝剂将对保护环境、发展循环经济、建设节约型社会具有重要的意义。电厂脱硫石膏主要成分为二水硫酸钙，其化学成分中不含有害物质。做水泥缓凝剂时，对水泥的安定性、凝结时间、强度等物理性能没有消极影响。随着脱硫石膏掺入量的增加，在一定范围内，水泥的早、后期强度也随之增加。当石膏掺量相同时，脱硫石膏比天然石膏能明显提高水泥的抗折、抗压强度。但脱硫石膏中含有约10%的吸附水，水泥企业使用时，应适当晾晒。脱硫石膏是工业废渣，水泥企业使用后，可有效增加水泥产品中废渣的掺入量，同时能节约资源，变废为宝。