钢渣的资源综合利用

钢渣的资源综合利用
学院：矿业工程学院班级：矿加10
姓名：于兴邦
学号：120103707001
钢渣的资源综合利用
摘要：钢渣是炼钢工业的副产品。

分析了钢渣的基本物理特性、化学成份、矿物组成等理化性能。

介绍钢渣在筑路、烧结矿、水泥、建材、环境工程和农业等领域的综合利用。

关键词：钢渣；理化性能；环境工程；综合利用
1 前言
炼钢要排出炉渣, 排放量约为产钢量的15%～20%。

我国每年排出钢渣约1600万吨,目前较多的钢厂渣满为患。

扩建渣场不但要占用宝贵的耕地, 同时污染环境, 所以最佳的方法是开发钢渣的综合利用, 变废为宝。

近二十年来, 国内外钢铁企业在这方面做了大量工作, 积累了经验。

钢渣综合利用不但能降低炼钢成本, 带来直接经济效益, 而且也保护了环境, 有很大的社会效益。

2 钢渣的产生和来源
在炼钢过程中,从炉料熔化起 ,钢渣就开始形成 ,一直到出钢为止。

钢渣主要来源于：金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物及硫化物；被浸蚀的炉衬及炉衬材料；金属炉料带入的杂质,如泥沙等；为调整钢渣性质所加人的造渣材料,如石灰石、铁矿石、萤石等。

按炼钢工艺钢渣可分为平炉渣、转炉渣和电炉渣。

由于转炉比平炉产量高、能耗低,大多数钢铁厂已改为转炉,但由于钢渣综合利用问题没有很好地解决 ,钢渣堆场上仍然有大量的平炉渣及平炉与转炉的混合渣。

3 钢渣的基本理化特性
3.1 钢渣的物理特性
由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。

碱度较低的钢渣呈黑灰色,碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。

渣块松散不粘结,质地坚硬密实,孔隙较少。

渣坨和渣壳结晶细密,界线分明,尤其是渣壳,断口整齐。

自然冷却的渣块堆放一段时间后,发生膨胀风化,变成土块状和粉状。

钢渣含水与焖渣方式和冷却条件关系较大。

钢渣通常含水在3%～8%,容重在1.32～2.26t∕m3，抗压强度在1150㎏∕cm3左右。

平炉渣比重略小,孔隙稍多，稳定性要好一些。

3.2 钢渣的化学成分
钢渣由钙、铁、镁、硅、铝、锰、磷等氧化物组成。

其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。

各种成分的含量依炉型、钢种不同而异,有时相差悬殊。

钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、 RO( R 代表镁、铁、锰的氧化物,即FeO、 MgO、 MnO 形成的固熔体)、游离石灰( fCaO) 等。

钢渣的矿物组成主要决定于其化学成分,特别与其碱度有关。

炼钢过程中需要不断加入石灰, 随着石灰加入量增加, 渣的矿物组成随之变化。

炼钢初期,渣的主要成分为钙镁橄榄石,其中的镁可被铁和锰所取代。

当碱度提高时,钙镁橄榄石吸收氧化钙变成钙镁蔷薇辉石, 同时放出 RO 相。

再进一步增加石灰含量,则生成硅酸二钙和硅酸三钙。

4 国内外研究利用情况
4.1 国外综合利用情况
为了适应钢铁工业发展和可持续发展的需要,工业发达国家20世纪初期就开始关注钢渣的利用价值,注重于研究钢渣的综合利用技术,寻求多种途径利用钢渣。

通过钢渣的综合利用,越来越多的国家意识到,钢渣不再是废物 ,而是可再生的宝贵资源。

70年代以来,工业发达国家面临严重的资源不足和缺乏能源的处境 ,可是钢渣的处理和利用技术却得到进一步发展 ,钢渣的综合利用率得到迅速提高,一直处于世界领先行列。

主要产钢国钢渣利用情况如下表
表1 国外主要产钢国综合利用情况
国名利用情况利用率
>98%
美国配入烧结和高炉等再利用1000万t(>56%)，筑路694万t(38%),其他
77万t
77%
德国配入烧结和高炉等再利用160万t(24%),筑路157万t(23%),农肥125
万t(18%),建材80万t。

36%
日本配入烧结和高炉等再利用280万t（19%），筑路139万t（9%），水泥
原料92万t（6%），农肥32万t（2%）。

前苏联配入烧结和高炉等再利用110万t（5%），筑路850万t（35%）。

40% 4.2 国内综合利用情况
尽管我国对钢渣的综合利用研究的意识和积极性已大有提高,1986年就开始对老渣山进行技术开发和对新老钢渣多层综合利用,但与工业发达国家存在明显的差距。

20世纪 80年代以来我国首钢、太钢、唐钢、武钢等众多钢厂都在对钢渣进行处理和综合利用。

主要集中于工程回填、水泥烧结等方面的综合利用。

5 钢渣主要资源综合利用
5.1 铺筑道路
1937年, 英国已把钢渣作为沥青骨料来铺筑路面。

经处理后的钢渣具有较好的稳定性, 可用于道路的基层、垫层及面层。

国内宝钢、武钢等多家企业已用钢渣铺筑了很多道路。

钢渣与沥青有很好的亲合性, 与部分天然石料相混可铺筑高质量柔性道路。

磨光石试验表明钢渣沥青路面防滑性好, 不易开裂、拉裂; 轮碾试验表明, 承重层变形小,道路工作寿命长。

钢渣有很好的抗冻解冻性, 适应寒冷气候开放道路的使用。

5.2 烧结矿生产
钢渣返回烧结矿生产不仅回收了渣中粒铁、有效金属氧化物, 而且充分利用了渣中的CaO, 作为烧结熔剂, 有利于混合造球。

钢渣熔点低, 烧结中易生成液相, 有助于加速粘结成块。

含钢渣烧结具体优越性表现为:
（1）结块率提高, 缩短烧结时间; 可改
变烧结矿的透气性。

（2）高炉使用配有钢渣的烧结矿, 炉渣中Al2 O3降低, MgO 高, 渣铁流动性好,提高脱硫系数；回收了Mn 金属, 生铁成分中Mn 含量提高。

（3）烧结矿配入钢渣, 可减少石灰石用量。

燃料粉焦耗量少。

（4）提高了烧结矿强度, 成品率增加,降低了低温还原粉化率, 从而提高烧结矿的产量和质量。

钢渣返回烧结的关键是满足烧结要求,化学成分要稳定, 粒度应适宜。

一般采用老渣, CaO 取高值为佳, 粒度取 0～8mm（≦5㎜为适宜值）。

钢渣烧结矿有较好的脱碳能力, 但不能脱磷。

5.3 生产水泥
钢渣用作水泥的原料是其综合利用的一个重要途径。

钢渣水泥的主要原料是钢渣、矿渣 (高炉水渣) 及适量激发剂。

按地方水泥标准, 水泥中钢渣掺入量不少于 30%,钢渣和矿渣的总掺入量不少于 60%, 矿渣可解决钢渣安定性问题, 加入激发剂则可激发钢渣和矿渣的活性。

钢渣矿渣水泥的性能如早
期强度、凝结时间, 28d 强度等都接近一般通用水泥, 有些甚至能达到 625#的性能。

钢渣矿渣水泥具有后期强度高、耐磨、抗蚀等多种优良性能。

该水泥适用于一般道路、农田水利工程等。

5.4 地基材料
钢渣膨胀粉化后, 可与石料、土夹石等常规地基回填料等同使用。

1991 年武钢采用钢渣大规模平整低硅地, 面积约 110 万㎡, 特别是不清挖淤泥, 直接钢渣回填压实挤淤, 改造水塘面积 30 万㎡, 国内首创。

压实施工数周后, 发现钢渣已挤入淤泥中, 起骨架作用, 淤泥密实成粉质粘土。

相对于天然材料, 钢渣的透气性、及物理性能不差, 经常规压实, 地基承载可达300kPa。

钢渣后期遇水板结, 抗压强度、抗剪强度还会增加。

可以认为, 钢渣回填压实挤淤改良软淤土是个好办法。

5.5 建材生产
钢渣含FeO、CaO、SiO2等化合物, 可作为生产砖、砌块等建材。

钢渣砖及粉状钢渣为主要原料, 掺入部分粒状矿渣 ( 高炉渣, 粉煤灰等) 和激发剂 (石灰, 石膏粉等) 加水搅拌后, 经轮碾, 压成型蒸养制成。

钢渣微晶玻璃成型为板材可作为建筑装饰贴面；成型管可作为输送硬质物料的管道。

钢渣微晶玻璃性能优于一般工业微晶玻璃, 耐磨性比一般铸石高 3～5 倍。

钢渣与矿渣的混合配料, 在池窑内熔化成熔融体, 经高速离心或喷吹法制成棉絮状钢渣纤维材料, 具有质轻、保温、隔声、隔热, 防震等性能, 可制成各种规格的板、毡、管、壳等建材。

5.6 环境工程
由于钢渣具有一定的碱性和较大的比表面积,因此可考虑用于吸附处理废水。

郑礼胜等进行了用钢渣处理含铬废水的研究, 认为钢渣具有化学沉淀和吸附作用。

对质量浓度在 300 mg/ L 以内的含铬废水,按铬/ 钢渣重量比为1/ 30 投加钢渣进行处理, 铬去除率达到 99%。

王士龙等进行了用钢渣处理含锌废水的研究, 发现对质量浓度在 200 mg/ L以内的含锌废水, 按锌/ 钢渣重量比为 1/ 30 投加渣进行处理,锌去除率达 98%以上, 处理后的废水可达 GB-8978-88污水综合排放标准。

钢渣还可用于处理含磷废水及含其他重金属废水。

此外, 王献科等以钢渣、废硫酸为原料, 经过配料、酸溶、过滤、氧化、中和、水解和聚合等步骤, 生产出了优质聚合硫酸铁。

5.7 农业生产
钢渣中含有 P、Ca、Si等元素, 是农作物生长所需成分。

发达国家如日本已将钢渣, 矿渣的硅酸质确定为普通肥料。

我国南方地区至少有3000 万亩水稻田土壤缺硅。

钢渣粒度< 4mm, 并含有一定数量<150μm的极细颗粒, 是农业上理想的土壤改良剂。

渣中的CaO 能在很长的时期内,缓慢中和改良土壤, 对有些农作物特别有利。

国内至少有 3.7 亿亩酸性红土壤需改良, 据测, 每年若将10 万t 钢渣在百万亩农田施用, 可取得巨大效益。

5.8 其它方面
钢渣质硬, 可用作喷丸清理的清洁剂。

钢渣可以作水体滤池的有效滤料；也是工业、医用发热剂、干燥剂的合适材料。

钢渣还可与合成树脂表面层复合制造人造花岗石, 生产免烧砖、铸造砂, 作流态砂硬化剂、钢渣纤维材料、水泥膨胀剂等。

6 结束语
钢渣是一种“放错了地方的资源”。

钢渣的综合利用无论对于钢铁厂本身, 还是对国家、对社会都具有十分重要的意义。

钢渣在研究利用方面还有更多的地方值得研究探索。

钢渣的利用不仅会给钢铁企业带来经济效益环境效益和社会效益而且在企业经济和利润增长的同时还会得到社会各界的称赞和支持。

为了提高我国钢渣的利用率, 减少环境污染,有关部门应大力鼓励研究各种不排渣或少排渣的实用技术,开发钢渣新型资源综合利用技术。

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