我国钢渣资源化利用的研究进展

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
肖琪仲 [8]和徐光亮 [9]等人都 利用X RD 、 DTG等分析方法研究了不同类型的钢渣在各种 水 热 条件 下 的 水 化 产物 及 其 膨 胀 性 发现 M g O 等 R O相 对钢 渣的 膨胀 有作 用。
2. 钢渣应用的进展
钢渣产 生率约 为粗钢量 的(15- 20)%, 20 0 5年 我 国 的 钢 渣产 量 为 5 10 0万 吨 。 钢 渣 一 般 含 有 7%~ 1 0 %的 废 钢 ,加 工 磁 选 后 , 可 回 收 其 中9 0%的废 钢。 钢渣 二次 利用 最便 捷的 途 径是 作 为高炉、转炉原料,在钢铁厂自行循环使用。 此外,钢渣还可以用于道路工程、建材原料、 钢渣肥料及填坑造地等。
我 国 在 20 世 纪 6 0年 代 就 开 始 了 钢 渣 水 泥 的 研 制 与 生产 。 1 98 2 年 中 国推 出 了 钢 渣 矿 渣 水 泥 品种,生产使用至今已有20多年的历史。1999
年朱桂林[10]提出了高标号钢渣水泥和钢渣粉、 矿渣粉做水泥和混凝土掺合料的研究。目前的 钢 渣生 产 的水 泥 基本 上 都是 32 5号 水泥 , 已不 能 满足建筑业的需要,而且由于钢渣水泥还存在 着凝结时间长、早期强度低的缺陷,产品销售 不是很理想,使有些企业陷入了困境,这成为 钢渣用于水泥的主要障碍。
··
第4期 2007年8月
中国废钢铁 I RON&STEEL SCRAP OF CHI NA
NO. 4 August 2007
(F eO+ MnO)分为两种。K m>1的属于方镁石固 熔体,要引起膨胀; Km <1的属于方特矿 固熔 体, 这 种R O相 不会 引 起膨 胀。 近 藤连 一 [7]认 为 当R O中 固熔 体M n O达 到 一定 程度 后可 以抑 制 其 膨胀。
第4期 2007年8月
◎ 冶金渣利用 ◎
中国废钢铁 I RON&STEEL SCRAP OF CHI NA
NO. 4 August 2007
我国钢渣资源化利用的研究进展
武汉钢铁集团冶金渣公司 朱跃刚 陆明弟 程勇 李灿华
钢渣产生率约 为粗钢量的10%左右,钢 渣 作为废弃物遗弃,不仅占用良田,还污染了环 境。为了适应钢铁工业的发展,我国各大钢厂 对钢渣利用进行了广泛研究,已经取得了显著 成果,达到了消除渣害的目的。到目前为止, 钢渣综合利用所涉及的主要领域有:返回冶金 再用;作水泥;作筑路与回填工程材料;作农 肥和酸性土壤的改良剂;用于废水处理。
朱跃刚[16 ]将武钢磨细钢渣粉掺入水泥中可 以制备高强度的普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐 水泥和钢渣矿渣水泥。与纯硅酸盐水泥相比, 掺10%与15%钢渣粉制 成的普通硅酸盐 强度不 降低,有时还略有提高,水泥强度等级达到 52. 5R。固定矿渣粉掺量15%或30%,钢渣粉掺 量 为10 ~3 0%时, 复合 硅酸 盐水 泥强 度等 级可 以 分别达到52.5R、42. 5R和42. 5。同时掺加30% 钢 渣粉 和30 %矿渣 粉的 钢渣 矿渣 水泥 强度 标号 高 于425# ,相当于IS O标准的42.5强度等级。单 独 掺 加3 5%钢 渣 粉 的水 泥 可 以达 到 42 .5R 的 强 度 等级要求。
1. 钢渣的基本性质 1.1钢渣的物理性质
钢渣呈黑色,外观像结块的水泥熟 料,其中夹带部分铁粒,硬度大,密度为 1700- 2000k g/ c m3.钢渣组 成来源于铁水与 废 钢中所含铝硅锰等元素氧化后形成的氧化物; 金属料带入的泥砂;加入的造渣剂,如石灰、 萤石等;作氧化剂或冷却剂使用的铁矿石、烧 结矿、氧化铁皮等;被侵蚀的炉衬材料和炉材 料;脱氧用合金的脱氧产物和熔渣的脱硫产物 等。
2.1 钢渣返回冶金再用
钢渣返回冶金再用,包括返回烧结,返回 高炉和返回炼钢。由于钢渣作冶炼熔剂可以回 收钢渣中的Ca、Mg、Mn 的氧化物和稀有元 素等成分,能大量节约石灰石、萤石的等造渣 用量,降低焦化,提高利用系数,降低成本, 世界几个产钢大国一直坚持钢渣返回做熔剂, 而且占钢渣资源化利用的比重很大。烧结矿中 配加钢渣代替熔剂,不仅回收利用了钢渣中残 钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益 成分,而且成了烧结矿的增强剂,提高了烧结 矿的质量和产量。但是烧结中配加钢渣需要注 意富磷问题。宝钢钢渣返回烧结的应用开始于 1996年,目前使用量稳定在15万t / a的高水平。 钢渣代替石灰石做高炉或化铁炉的熔剂,既可 以利用渣中有益成分,节省熔剂等消耗,又可 改善高炉渣或化铁炉渣的流动性,增加铁的产 量 ; 转 炉 炼钢 时 , 每 吨 钢 可 使 用 高 碱度 钢 渣 2 5 公斤左右。 2.2 钢渣作水泥
钢渣有一个陈化过程,这一过程是钢渣处 理与应用的关键,它在后期主要表现为膨胀与 粉化。
1.3 钢渣膨胀的机理 1. 3. 1 游离氧化钙的水化
游离氧化钙的水化是钢渣膨胀的重要原
因,对此国内外一致公认。钢渣中含有相当量 的游离氧化钙。氧化钙水化生成氢氧化钙,体 积产生膨胀,从而引起浆体体积膨胀。但是冯 涛[1]等人认为钢渣膨胀的产生不仅与游离氧化 钙水化生成氢氧化钙有关,而且与氢氧化钙自 身变化有关,在游离氧化钙水化初期,生成的 多为无定型或者小晶体的氢氧化钙。无定型或 者小晶体的氢氧化钙再结晶并长大,其体积继 续增大,从而引起浆体体积的持续膨胀。
2. 3. 2 耐磨路面Leabharlann Baidu料 在车轮的反复磨耗作用下,混凝土路面防 滑性能逐渐失效,从而埋下安全隐患。为了使 路面具备一定的抗滑性能,可以用钢渣作为混 凝土路面的集料,使路面从建成起就具有高抗 滑性能;或者作为制备钢渣混凝土砂浆,用于 恢复路面使用性能。
2. 3. 3 沥青混凝土集料 国内外研究表明,一些钢渣的力学性能较 碎石好,不仅耐磨,颗粒形状和自然级配好, 而且与沥青有良好的粘附性,沥青包裹后能防 止钢渣膨胀,其比热值高,很适合作为沥青混 合料集料用于铺筑路面,但是对于同等用量的 钢渣和碎石,钢渣比碎石要吸附更多的沥青。 丁庆军等[17 ]对武钢钢渣(洛杉机磨耗值为 1 4.6%) 做沥 青 混凝 土 集料 的 应用 进行 了 研究 , 认为武钢钢渣是一种可用于高等级公路的优良 集料,各项性能指标均能达到规范要求,且具 有较好的体积稳定性和较高的力学性能,可以 应用于高等级公路的面层,其最佳用油量为 5.2 4%。 2.4 作农肥和酸性土壤改良剂 钢渣含Ca、Mg、Si、P 等元素,可根据不 同元素的含量作不同的应用,我国钢渣在农业 改 良 的 应 用 始于 2 0 世纪 5 0 年代 末 、 6 0年 代 初 。 1 95 8 年至 1 96 0 年 ,中 国 科 学 院 东 北林 业 土 壤 研 究所对全国各地主要炼钢厂的平炉炼钢渣进行 了分析研究,将加工式分化的粉化用于各种不 同 的 土 壤 中进 行 田 间 肥 度 试验 。 1 96 5 年至 1 97 3 年中科院南京土壤研究所对含磷较多的平炉钢 渣加工粉化用于水稻、黄豆作物试验。1984 年- 1985年中科院开展了钢渣的农用试验研究, 使钢渣农用试验在用量、用法、粒度、土种、 肥 度 及 作 物 品 种 、性 状 、 抗 性 和 肥 种 对 比 等1 0 个方面,取得了可喜进展。目前我国用钢渣生 产的磷肥品种有钢渣磷肥和钙镁磷肥。 2.5 钢渣用于废水处理 废水污染是一个极其严重的环境问题,废 水、废渣等通过水、土壤、空气,尤其是事物 链,对人类的生存和身心健康产生严重危害。近 年来,有人把钢渣用于治理废水,达到“以废治 废”的目的。李灿华[18]用钢渣和水渣制备了聚 硅硫酸铁的混凝剂,产品具有净水剂用量少、无 毒副作用、混凝效果好、去浊率高的优点,能广 泛用于净化钢铁企业生产废水和造纸、印染等重 污染行业的生产废水以及生活污水。 吸附法作为一种重要的化学物理方法在废 水处理中已有应用,利用钢渣废水处理吸附
1. 3. 2 杂质的影响 对于转炉钢渣含较多的f- CaO,碱度低, R O相主要是以F e O为基体的F e2O3固熔体(方 解石),MgO主要存在于钙镁橄榄石和镁蔷薇 辉石中;碱度较高的钢渣,MgO主要与F eO、 MnO固熔体形成以MgO为基体的RO相;电炉 还原渣中以F eO为基体的方解石几乎不存在, 但碱度比较高,渣中MgO为纯方镁石晶体[2]。 钢渣中含有大量的F eO,F eO会被氧化、水 化而引起膨胀,F .M.Lea [3]曾提到粗玄岩混凝 土由于低铁的氧化而破坏甚至破坏矾土水泥中 F eO也会氧化。甚至文献[4]认为对氧化钙的水 化活性影响最大的杂质离子是F e 2+。但唐明述 [5]研 究认 为R O相 不会 膨 胀, 在 高温 高压 下 也不 能促其水化,但是这一问题引起人们的广泛争 论,叶贡欣[6]认为RO相 可以根据K m = MgO/
2.3 钢渣在道路工程中的应用
··
第4期 2007年8月
中国废钢铁 I RON&STEEL SCRAP OF CHI NA
NO. 4 August 2007
钢渣碎石具有比重大,强度高(一般大 于180MP a ) ,磨损率 小(均小 于25%), 耐 腐蚀、与沥青结合率高等特点,因而广泛用 于铁路、公路、工程回填。近年来出现了钢 渣、粉煤灰和石灰配制料在道路基层中的应 用,钢渣、矿粉细集料在混凝土面层的应用, 钢渣、微粉和水泥掺和料在城市道路混凝土中 的应用,钢渣沥青混凝土路面在高速公路上的 应用,整体情况比较理想,强度、回弹模量等 指标都能达到道路工程的有关标准。钢渣用于 建筑用地桩也是最近出现的新的用途,值得关 注。
钢渣作水泥基材料掺合料,一般加入石膏 或其他碱性激发剂。据研究,利用烧石膏作为 激发剂,提高钢渣水泥早期强度明显[1 1]。水化 2 8d 时, 钢 渣水 泥 中有 害粗 大 孔数 量减 少 ,使 微 细孔分布更趋合理,孔结构性能改善,使其抗 渗性、抗侵蚀性提高。利用机械方法提高钢渣 的细度,增大钢渣中矿物与水的接触面积,提 高矿物与水的作用力,使其钢渣结构结晶度下 降而减少晶体的结合键,从而使水分子容易进 入矿物内部,加速水化反应。当钢渣比表面积 达到400m2/ kg时,具有非常高的活性,可作为 一 种高 活 性掺 合料 来 使用 [12 ]。武 钢磨 细 钢渣 粉 的比表面积为(450±50)m2/ kg。对钢渣作水 泥掺合料进行研究得出:掺较细钢渣的水泥抗 压强度较大,因而较大的比表面积增加了水化 速度。在混凝土中掺加磨细钢渣粉具有良好的 后期安定性[13 ]。磨细钢渣粉由于粉磨到了一定 细度,游离的Ca O和MgO被活化,在水泥水化 早期就参与反应,不会造成混凝土的破坏。通 过机械粉磨,并在一定激发剂作用下,能充分 发挥钢渣的活性 。 [14,15]
1.2 钢渣的化学性质
钢 渣的 主 要化 学 成 分有 : Ca O 、S iO 2、 F e O、A l 2O3、MgO 等,成分组 成基本稳定 。 钢渣的主要矿物组成为橄榄石(F eO·S iO2), 硅 酸 二 钙 ( 2 C a O · S iO 2) , 硅 酸 三 钙 (3Ca O·SiO2), 铁酸二钙(2C aO·F e2O3) 和f- CaO等。
冯涛[1]等人则从游离氧化钙微观结构与水 化活性中发现,钢渣中的游离氧化钙生成温度 高,在高温环境中的停留时间长,在高温下离 子的扩散速度加大,则制离子含量较高,且其 中的杂质离子大多数为二价铁离子。钢渣中的 游离氧化钙晶粒大,晶格畸变程度大,水化活 性差。在宏观上稳定期长,水泥浆体中游离氧 化钙水化完全所需的时间长。
2. 3. 1 钢渣用于地基回填 和软土地基 加固
钢渣做地基回填料主要控制钢渣在地基的 膨胀性能。钢渣的膨胀性能是长期的,主要与 钢渣的物理化学性质有关。堆放一年以上的钢 渣大部分已经完成膨胀过程,块度在2 00mm 以下,可以作为回填材料,回填经过8个月后 基本稳定。在回填工程中地基下沉量一般是很 大的,采用钢渣作为地基回填材料,减少了地 基的下沉值,对工程是有利的。近年来国内钢 渣作为回填材料已经大规模应用。钢渣桩加固 软地基是在软地基中用机械成孔后填入钢渣形 成单独的桩柱。当钢渣挤入软土时,压密了桩 间土;然后钢渣又与软土发生棵物理和化学反 应,钢渣进行吸水、发热、体积膨胀,钢渣周 围的水分被吸附到桩体中来,直到毛细吸力达 到平衡为止;与此同时,桩周围的软土受到脱 水和挤密作用。这个过程一般需要3- 4周才能结 束。钢渣入土水化后经过凝结、硬化,产生强 度,提高了地基加固的复合效果,加固了软土 地基。上述技术曾用于宝钢三期工程和上海浦 东国际机场的建设。
相关文档
最新文档