紫江矿渣微粉第一章总论(1)

紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告5第一章总论1.1前言隨着我国经济发展，资源与环境日益成为国民不和谐环境的矛盾，提高废弃物再循环的利用，减少对环境的污染，减少天然资源的消耗，减少再生能源的排弃、最大限度减少三废的排放，实现生态与环境和谐发展的社会，已成为当前世界各国建材工业发展基本方向。利废为宝节能减排是我们当代人的必然共鸣的事业、让我们共建创新，不懈的努力携手造就美好和谐的环境与社会，实现中国梦的早日到来。高炉矿渣是高炉炼铁生产过程中排放出的工业废渣，是以硅酸钙为主的熔融物，经水淬强冷却后晶相为粒状物。其化学成份主要是Si02、CaO、A1203、Fe203等，与水泥熟料一样，具有潜在的水化活性，而活性的程度与化学成份及水淬产生的玻璃体含量有关。但其必须在理化激发下才呈现具有的活性。长期以来，矿渣主要被水泥生产行业，尤其是立窑水泥生产企业作为加速水泥熟料中的游离钙消融，降低水泥直接成本、增加水泥产量等为目的，作为水泥混合材使用。目前，我国虽然在水泥生产总量上已跃居世界第一位，但是大小水泥、立窑、回转窑水泥比例严重失调，水泥结构极不合理，水泥质量的总体水平大大低于世界平均水平。因此，为了迅速改变这种状况，国家有关部门决定对水泥工业结构进行大幅度的调整，大力实施“上大压小”的政策，自2000年始，立窑水泥产量己减少了1亿多吨，说明混合材掺量减少3000多万吨，而其中大部分为矿渣则紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告6是不争的事实，因为矿渣本身就近似水泥熟料、如果再与水泥生料进行二次焙烧这就是一种能源的再次浪费，如果要矿渣得到正确的合理再生利用，必须采用特殊的加工方法激活其活性，直接与水泥混合替代水泥作为直接成材(矿渣超细微粉)，才是高炉矿渣正确成才的路径，并是节能减排再生资源再利用的唯一正确途径，目前世界各国都是采用这种方法进行矿渣处理。借鉴国外的方式，更加科学地处理矿渣才是响应强国的思想。粒化矿渣微粉是以高炉水渣为基本原料，通过先进的粉碎装备加工成微细粉体、破体释放活性，作为高性能混凝土掺和料的一种新型建筑材料，在混凝土生产中可等量替代20-50%标号水泥。矿渣微粉在合理配比混凝土中具有高强度、高抗渗性、抗蚀性、抗裂纹和耐久性等特点。矿渣微粉并广泛用于各类民用、国防、公路、桥梁建筑，海洋工程等，是一种安全绿色的环保型建筑材料。由于矿渣与水泥熟料相比具有玻璃体含量高，易碎难磨的物理特性，和水泥熟料一起粉磨时难以磨细，影响了其潜在活性的发挥。因此，目前世界上许多发达国家，兴起了矿渣单独粉磨的生产工艺，并取得了良好的应用效果。大量实验和实践证明只有将矿渣粉磨至比表面积420m2／kg左右时，活性得到充分激发，且比表面积越高，活性相对越好。另外，矿渣微粉掺入混凝土后，可以降低混凝土集料(沙、石等)热化反应引起的混凝土体积膨胀裂纹，矿渣微粉内较多的钙钒石结晶，能降低混凝土的孔隙率，降低氯离子的渗透，形成对钢筋的防腐保护层，矿渣微粉降低水泥中的铝酸三钙及可溶性氢氧化钙的含量，减小由于硫酸盐等被侵蚀引起的混凝土膨胀，能使混凝土的和易性，泵送流动度、坍落度、操作性能得到改善。同时可提高混凝土的后期强度，具有良好的耐久性、耐蚀性和紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告7耐磨性。尤其适合配置高标号、高性能的混凝土。矿渣微粉是高炉水渣经烘干后、传送到磨机内经粉磨至适当细度的粉体，凭借其优良性能，成为优质的混凝土掺合料和水泥混合材。近年来世界上美、英、日、加等国已得到广泛良好的应用，并都有各自的产品标准。我国的北京、上海、广州、三峡水电站、以及国防工程等地在一些重大工程中采用了矿渣微粉，取得了很好的效果。我国早在2000年12月颁布实施了《用于水泥和混凝土中的粒化高炉渣微粉》国家标准（GB/T18046-2008）。由于矿渣微粉有诸多优良的性能，已为越来越多的混凝土制造商和建筑商所赏识。我国建材工业“十五”规划明确指出，大力发展混凝土搅拌站，推广矿渣和粉煤灰超细粉，根据市场的需求配制水泥和高性能混凝土。而高性能的混凝土中除了有水泥、集料、高效添加剂外，必须掺入足够数量的矿物细掺料。至今，国际上通行的矿物细掺料就是矿渣微粉，矿渣微粉的使用提高了混凝土的性能，大大降低了混凝土的生产成本，减小了建筑物的造价，产生良好的社会与经济效益，得到了社会、建材行业的公认与建筑商的捧偿。我国在开发利用工业废渣己有几十年，取得了显著成绩，但比起美国等发达国家来说，废渣利用率仍就不高，有待于我们进一步扩大对废渣利用，深入地研究与发展，不断拓展市场的开发，让再生资源在国民经济建设中回升到自然资源的基点上，确确实实让矿渣成为建筑行业中的将材。1.2.国内矿渣综合利用现状紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告8矿渣在水泥工业中综合利用主要经过了三个阶段；A、第一阶段主要是在1995年以前，粒化高炉矿渣主要是作为水泥一般混合材使用，与熟料混合粉磨为主，矿渣由于难磨，在水泥中的掺量有限，一般不超过10－15%左右，局限于发展。B、第二阶段是1995～2000年，学习国外技术，矿渣微粉作为高性能混凝土的掺合料，在建筑工程中推广使用得到了很好的效果。但要求矿渣微粉比表面积要达到420m2/kg以上，国内仅有两家粉磨站生产。主要原因是：进口设备价格昂贵、生产线投资额度大。以年产30万吨矿渣微粉生产线为例，一次性投资至少在1.3－1.5亿元人民币左右，成本回收期长，因此发展遇到了一定的难度。C、第三阶段是在2000年之后，粉磨装备与节能技术以及矿渣微粉应用技术深入研究与发展，在十五计划期间提出节能减排、再生资源循环利用、采取一系列政策性倾斜扶持企业，使广大水泥企业与商砼企业认识到经济价值潜力很大，全国水泥行业与商砼行业以及行业之外的一些商家对矿渣进行了一次大的革命，使矿渣微粉推向了一个新的阶段，至今为止矿渣85%左右用于混凝土。商家知道矿渣微粉比表面积控制在420m2/kg左右，这样的矿渣微粉，既能直接供给混凝土搅拌站作掺合料，又能与熟料、石膏粉合成矿渣水泥。随着循环经济大力发展，矿渣微粉的产量年年翻番，目前已接近4000万吨/年，在建材行业内又产生了一个新型产业链正逐步稳定、徤强的壮大与发展。1.3.矿渣的品质与化学成分“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”。它是钢铁厂冶炼生铁时所产生的废渣，在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告9化镁、铁矿石中的渣和石、以及焦炭中的灰粉相熔化，生成了以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定时从排渣口排出，经空气或水急冷处理形成颗粒物，这就是高炉水渣，简称：“矿渣”。每生产一吨生铁，要排出0.32～0.4吨矿渣。我国部分钢铁厂的高炉矿渣化学成分列入表1，从表中可以看出，矿渣的化学成分与水泥熟料相似，只是氧化钙含量略低。表1我国部分钢铁厂的高炉矿渣化学成分厂名SiO2Al2O3Fe2O3MnOCaO2MgO2S宝钢40.108.310.961.1343.655.750.23宝钢41.476.412.080.9943.305.20/鞍钢38.288.401.570.4842.667.40/鞍钢32.279.902.2511.9539.232.470.72武钢38.8312.921.461.9538.704.630.05马钢38.1312.220.731.0835.9210.331.10湘钢37.0213.132.088.7433.152.310.45未经水淬的矿渣，其矿物形态呈稳定形的结晶体，这些结晶体除少部分C2S(水化进程)尚有一些活性外，其它矿物基本上不具有活性。矿渣经水淬急冷时由于液相粘度在很短的时间内很快增大，阻滞了晶体成长，形成了玻璃态结构，使矿渣处于稳定的状态。因而具有较大的潜在化学能。出渣温度愈高，冷却速度紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告10愈快，则矿渣玻璃化程度愈高，矿渣的潜在化学能愈大，活性也愈高。因此，经水淬急冷的高炉矿渣的活性比未经水淬的矿渣活性要高一些。1.3.1.矿渣化学成分对水泥质量有什么影响我们先分析一下不同钢铁厂的矿渣的化学成分差异，同一钢铁厂不同时期排放的矿渣化学成分有时也有差异。所以，水泥厂在应用矿渣时，要按进厂批次检测其化学成分后进行相应配比粉磨，在此简单地将矿渣中的化学成份进行分辨以便大家对它们的认识与了解。A、氧化钙氧化钙，俗称生石灰或石灰，化学式CaO，是常见的无机化合物。氧化钙通常从石灰石或贝壳获取，将含有碳酸钙的物料加热至500–600℃，使它分解成氧化钙和二氧化碳，这是大家所知的化学反应。氧化钙属碱性氧化物，是矿渣的主要化学成分，一般占40%以上左右，他在矿渣中化合成具有活性的矿物，如：硅酸二钙等，氧化钙是决定矿渣活性的主要因素，因此；矿渣活性的发挥与氧化钙含量有相应的匹配和比例关系。B、氧化铝难溶于水的白色固体，为中性氧化物、无臭、无味、质极硬、易吸潮而不潮解（灼烧过的不吸湿）、两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水及非极性有机溶剂，相对密度(d204）4.0，熔点约2000℃以上。说明氧化铝属酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，他在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，在熔融状态时经水淬后形成玻璃体，氧化铝含量一般为紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告118%～20%，也有的高达25%，其含量越高，活性越大，越适合水泥用料。C、氧化硅化学性质比较稳定。不溶于水也不跟水反应，是酸性氧化物，不跟一般酸反应，跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐，跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐，除此之外氟化氢也可以使二氧化硅溶解于酸，生成易溶于水的氟硅酸：SiO₂+4HF=SiF4↑+2H₂O氧化硅微酸性氧化物，在矿渣中含量较高，一般为30%～45%。与氧化钙和氧化铝比较起来，它的含量是较多，它可致使形成慢活性的钙矿物，甚至还有游离二氧化硅存在，使矿渣活性后期效应好，强度高。D、氧化镁氧化镁是一种碱性氧化物，可跟水反应，生成难溶于水的氢氧化镁，跟酸反应生成镁盐，氧化镁比氧化钙的活性要低，其含量一般波动在1%～18%，在矿渣中呈稳定的化合物或玻璃体，不会产生安定性不良的现象。氧化镁可以增加熔融矿物的流动性，有助于提高矿渣粒化质量和提高矿渣活性。因此，一般将氧化镁看成是矿渣的活性组成。E、氧化亚锰氧化亚锰对水泥的安定性无害，但对矿渣的活性有一定的影响。其含量一般应限制在1%～3%，如果超过4%～5%，矿渣活性明显下降。在锰铁粒化高炉矿渣中可以放宽到15%，这是因为锰铁矿渣中氧化铝的含量较高，而氧化硅含量较低。F、硫紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告12矿渣中硫较多时，可使水泥强度损失较大，但硫化钙与水作用，生成氢氧化钙起碱性激发作用，氧化亚锰的存在不仅使硫化物形成有害的硫化锰，而且使硫化钙相应减少。G、氧化钛矿渣中的钛以钛钙石存在，使矿渣活性下降。国家标准中规定矿渣中的二氧化钛含量不得超过10%。H、氧化铁和氧化亚铁在正常冶炼时，矿渣中的氧化铁和氧化亚铁含量很少，一般为1%～3%，对矿渣的活性影响不大。1.4.怎样评价矿渣的质量1.4.1质量评定方法1.化学分析法；用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法,我国国家标准（GB/T203-2008）规定粒化高炉矿渣质量系数如下：2232TiOMnOSiOOAlMgOCaOK式中：各氧化物表示其质量百分数含量。质量系数K反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份之间的比例关系，质量系数K值越大，矿渣活性越高。322OAlSiOMgOCaOMo矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值Mo，称之为：碱性系数。如果：Mo＞1表示碱性氧化物多于酸性氧化物，该矿渣称之为：碱性矿渣。紫江控股集团龙阳矿产品公司矿渣.矸石微粉项目可行性报告13Mo