国内矿渣综合利用现状

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济南大学陈绍龙(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。

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: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。

二、什么是矿渣

“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。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助熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化,生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物,浮在铁水表面,定期从排渣口排出,经空气或水急冷处理,形成粒状颗粒物,这就是粒化高炉矿渣,简称: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 /

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

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。

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)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。

(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。

(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。

(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。

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。

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