国内矿渣综合利用现状

矿渣。
每生产一吨生铁，要排出0.3～1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SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO CaO MgO S
AG 38.28 8.40 1.57 0.48 42.66 7.40 /
矿渣在水泥工业中的综合利用主要经过了三个阶段。
1.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混合材使用。以混合粉磨为主。矿渣由于难磨，在水泥中的掺量有限，一般不超过30%。
2.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高掺合料，在建筑工程中推广使用。但要求矿渣微粉比表面积要达到600m2/kg以上，国内仅有几家粉磨站生产。主要原因是：
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（250022）
一、国内矿渣综合利用现状
矿渣是黑色冶金工业的主要固体废弃物，2005年我国产钢3.49亿吨，冶炼废渣产生14619万吨,(其中钢渣约为5000万吨,高炉矿渣约9000万吨),综合利用12848万吨，加上历年累积,总贮存量为2亿吨,占地3万亩,这些露天储存的冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。据估算以每吨冶炼废渣堆存的经济损失14.25元计，每年造成经济损失28.5亿元。所以，冶炼废渣的无害化、资源化处理是我国乃至世界各国十分重视的焦点，也是我们推进循环经济的中心内容之一。
（二）矿渣品质要求
国家标准（GB/T203-94）对粒化高炉矿渣质量要求规定如下：
1.粒化高炉矿渣的质量系数K应不小于1.2。
2.粒化高炉矿渣中锰化合物的含量，以MnO计不得超过4%；锰铁合金粒化高炉矿渣的MnO允许放宽到15%；硫化物含量（以硫计）不得超过3%；氟化物含量（以氟计）计不得大于2%。
2.外来分子（气体、表面活性剂等）在新生成的表面上自发地进行物理吸附和化学吸附。
3.被粉碎物料的化学组成变化及颗粒之间的相互作用和化学反应。
4.被粉碎物料物理性能变化。
用于水泥工业的工业固体废弃物，一般细粉的水化速度比水泥慢得多，经测试表明：
颗粒大小在80μm（比表面积300m2/kg）左右时，高炉矿渣水化90天左右才能产生与硅酸盐水泥熟料水化28天时相应的强度；粉煤灰则需150天左右才能达到相应的强度。
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；
Mo=1表示碱性氧化物等于酸性氧化物，该矿渣称之为：
中性矿渣；
Mo＜1表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为：
酸性矿渣。
2.激发强度试验法
目前有氢氧化钠激发强度法、消石灰激发强度法、矿渣水泥强度比值R法等。但这些方法都存在一定的不足和局限性。
进口设备价格昂贵、生产线投资相当大。以年产30万吨矿渣微粉生产线为例，一次性投资至少在5000万元左右。
3.第三阶段是在2000年之后，粉磨设备节能技术和矿渣微粉应用经济技术研究的深入，使广大水泥企业认识到，矿渣微粉最经济的粉磨细度应控制在400m2/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、石膏粉合成高掺量矿渣水泥。随着循环经济的大力发展，矿渣微粉的产量年年翻番，目前已接近1000万吨/年，建材行业内一个新兴产业正逐步在形成。
A28=R28÷R028×100（%）
表2某厂矿渣微粉的细度与活性指数
比表面积
（m2/kg）活性指数（%）
3d 7d 28d 91d
400 60 64 98 119
600 72 83 114 129
800 99 110 128 137
由表中可见，矿渣微粉的早期强度较低，而后其强度增进率较快。随着比表面积的提高，其活性指数（强度比）相应明显提高。当矿渣粉比表面积达到400m2/kg时，28天活性指数达98%，与水泥基本相当；而当矿渣粉比表面积达到或超过600～800m2/kg时，其28天活性指数达114～127%，高于一般比表面积（350m2/kg）水泥熟料的活性。
105、S95和S75，他们对应的活性指数7天不小于95%、75%和55%，28天不小于105%、95%和75%。流动度比小于85%、90%和95%。
4.矿渣粉含水量不大于1.0%；
5.三氧化硫不大于4.0%；
6.氯离子不大于0.02%；
7.烧失量不大于3.0%。
五、怎样激发矿渣的活性
矿渣是一种具有“潜在水硬性”的材料，即：
对上述工业废渣进行粉磨到产品颗粒大小大部分在45μm（比表面积450m2/kg）左右时，扩大了水化反应时的表面积，相应地可以较大幅度地提高它们的水化速度，使它们能在较短时间内产生较高的强度。
（二）化学激发
粒化高炉矿渣单独与水拌合时，反应极慢，得不到足够的强度；但在氢氧化钙溶液的中就能够发生水化，而在饱和的氢氧化钙溶液中反映更快，并产生一定的强度。这说明矿渣潜在能力的发挥，必须以含有氢氧化钙的液相为前提。这种能造成氢氧化钙液相以激发矿渣活性的物质称之为碱性激发剂。
AG 32.27 9.90 2.25 11.95 39.23 2.47 0.72
BG 40.10 8.31 0.96 1.13 43.65 5.75 0.23
BG 41.47 6.41 2.08 0.99 43.30 5.20 /
SG 38.13 12.22 0.73 1.08 35.92 10.33 1.10
四、怎样评价矿渣质量的好坏
（一）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/T203-94）规定粒化高炉矿渣质量系数如下：
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。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：
（四）氧化镁
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份。
（五）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。
1.粒化高炉矿渣粉（简称矿渣粉）定义：
符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。矿渣粉粉磨时允许加入助磨剂，加入量不得大于矿渣粉质量的1%。
2.矿渣粉密度不小于2.8g/cm3；比表面积不小于350m2/kg。
3.矿渣粉共分为三级。S
（二）氧化铝
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，有熔融状态经水淬后形成玻璃体。氧化铝含量一般为5%～15%，也有的高达30%；其含量越高，活性越大，越适合水泥使用。
Hale Waihona Puke （三）氧化硅氧化硅微酸性氧化物，在矿渣中含量较高，一般为30%～40%。与氧化钙和氧化铝比较起来，它的含量是过多了，致使形成低活性的低钙矿物，甚至还有游离二氧化硅存在，使矿渣活性降低。
三、矿渣化学成分对水泥质量有什么影响
不同钢铁厂的矿渣的化学成分差异很大，同一钢铁厂不同时期排放的矿渣有时也不一样。所以，水泥厂在应用矿渣时，要按进厂批次检测其化学成分的变化。
（一）氧化钙
氧化钙属碱性氧化物，是矿渣的主要化学成分，一般占40%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，其含量越高，矿渣活性越大。
二是化学激发：
采用对混凝土耐久性无害的化学物质，激发矿渣水泥的活性。
化学激发方式，可分为：
碱激发、硫酸盐激发等多种激发形式。
（一）物理激发
机械粉碎是采用机械能使物料由大颗粒变成小颗粒的工艺过程。在粒径减小的同时，自身的晶体结构、化学组成、物理化学性质发生机械化学变化。主要方面包括：
1.被激活物料原子结构的重排和重结晶；表面层自发地重组，形成非晶质结构。
（六）硫
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。
（七）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%。
（八）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。
试验方法按GB/T17671进行。分别测定试验样品的7天、28天的抗压强度R7（MPa）、R28（MPa）和对比样品7天和28天的抗压强度R07（MPa）、R028（MPa）。
然后，按下式计算矿渣粉的7天活性指数A7（%）和28天活性指数A28（%），计算结果取整数。
A7=R7÷R07×100（%）
WG 38.83 12.92 1.46 1.95 38.70 4.63 0.05
JG 27.02 15.13 2.08 17.74 33.15 2.31 /
未经淬水的矿渣，其矿物形态呈稳定形的结晶体，这些结晶体除少部分C2S尚有一些活性外，其它矿物基本上不具有活性。如经淬水急冷，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，就使矿渣处于不稳定的状态。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。
它生成碱性溶液能破坏矿渣玻璃体表面结构，使水分易于渗入并进行水化反应，造成矿渣颗粒的分散和解体，产生由胶凝性的水化硅酸钙与水化铝酸钙。常用的激发剂有石灰和硅酸盐熟料。