综合利用沙钢治金钢渣制砖技术研究20120214

综合利用沙钢冶金钢渣制砖技术研究

苏州市墙体材料改革与建筑节能办公室

张家港墙体改革办公室

陈晓龙李光球薛亮亮苏州市建筑科学研究院有限公司215129

摘要：处理和回收沙钢冶金产生的钢渣，制得混凝土多孔砖生产用细集料，并与水泥、矿粉、水渣、球磨污泥等进行复配试验，确定了钢渣多孔砖的配比，并制得性能合格的混凝土多孔砖。通过压蒸试验确定其长期的尺寸稳定性，为后期钢渣制砖生产提供了可行性依据，进而实现冶金钢渣的回收利用最大化。

Abstract: The use of disposal and recycling sand steel metallurgy slag, to produce fine aggregate, mixed cement, slag, milling sludge to produce the qualified concrete perforated brick, through the autoclave testdetermine its long-term dimensional stability, and a feasibility basis for post-slag brick production, and thus maximize the use of metallurgical slag recovery.

关键词：钢渣集料多孔砖性能安定性

Key words: steel slag aggregates, porous brick,performance,stability

1前言

钢铁工业是国民经济的基础产业，在国家经济快速发展的形势下，钢铁工业也呈现出跳跃式发展的态势，钢产量近几年不断提高，钢渣作为炼钢工艺流程的衍生物随着钢产量的提高年产量不断递增。据最新资料统计，2007年我国钢铁产量已突破4亿吨。钢渣的产生量为近6000万吨，2008年钢铁产量将达到5亿吨，钢渣产生量为7000万吨，据统计报道，我国的钢渣利用率仅为20%左右，部分企业钢渣处理技术滞后，大量磁选尾钢渣未经处理堆积至渣场或填埋等简单处理，不仅占用了大量场地，也造成了二次资源的极大浪费。随着钢铁企业固体废弃物“零”排放政策的推进，积极开发和应用先进有效的处理技术和资源化利用新技术，提高其利用率和附加值，是钢铁企业发展循环经济，实现可持续发展的重要课题之一。钢渣主要成分是CaO、SiO2、FeO，f-CaO含量比高炉渣多。矿物相以硅酸二钙为主，因固溶P2O5所以是稳定相，几乎无反应特性。钢渣遇水后，水溶液呈强碱性，可作为高炉水淬渣的碱性刺激剂来利用，也是水硬性材质。因钢渣内含有CaO和FeO，可作为部分原料返回高炉、烧结而循环使用，使用量要根据试验结果而定。大部分钢渣经过处理，消除因f-CaO引起膨胀崩坏因素后，可作填埋材料、道路材料、建筑材料等，钢渣的外循环主要是建筑建材行业，钢渣在建筑建材行业有以下几种利用途径[1]。

——做水泥生料

——做钢渣水泥原料和复合硅酸盐水泥的混合材

——钢渣微粉做混凝土掺和料

——钢渣砖、砌块等墙体材料

项目以江苏沙钢集团的炼钢生产中产生的钢渣为主要原料辅以水泥、高炉矿粉，污泥粉等进行复配试验，并试生产出适合建筑使用的空心砖产品，达到最大程度循环利用炼钢废渣的目的。

2钢渣制砖试验

2.1制砖材料

2.1.1钢渣：本项目使用经过闷蒸处理的沙钢钢渣集料，同时在进行多道破碎球磨磁选过筛后得到的粒径小于5mm的机制细集料，其性能指标如下表：

表1 钢渣检测结果

2.1.2水泥：张家港海螺水泥厂P·C 32.5水泥

2.1.3水渣和矿粉：高炉水渣是沙钢高炉炼铁的副产品，经水淬急冷处理后，呈浅灰色玻璃晶体颗粒状，属于工业废渣材料。矿渣微粉是将高炉水渣经过研磨得到的一种超细粉末，作为胶凝材料掺合料使用，可改善混凝土和其他水泥基材料的多项性能。

我们选取了沙钢高炉炼铁产生的水渣和S95等级矿渣粉进行配合比试验

2.1.4球磨污泥：球磨污泥是钢渣后期球磨清洗时随泥浆水流出后沉淀干燥后的产物，具有一定的胶凝活性，作为活性填料代替粉煤灰和矿粉掺加在钢渣砖中，起到降低成本、提高密实度、增加强度等等效果。

2.2制砖设备

我们选用了张家港市淳隆机械有限公司生产的QT8-15型全自动砌块生产线进行制砖的试生产，设备参数详见表2。

2.3钢渣砂浆试验

钢渣制砖中，钢渣主要作为中粗骨料填充在钢渣砂浆中，钢渣这种固体废弃物用作粗骨料取代河砂配制砂浆不但可以改善砂浆的某些性能，还可以一定程度上缓解天然砂的供需矛盾。但制约其应用最大的因素是钢渣集料所引起的体积稳定性问题，钢渣中含有质量分数为5%--10%的游离氧化钙，水化反应时钢渣粉化膨胀使体积增大1—2倍，不适合用作建筑材料[2]，即钢渣细集料砂浆会产生膨胀变形乃至开裂破坏。如何从材料组成的角度来改善钢渣细集料砂浆的稳定性是钢渣细集料应用于砂浆混凝土的最核心问题。本章所研究的内容就是以此为根本出发点来进行钢渣细集料砂浆的配合比设计，并探寻钢渣集料砂浆的体积变形规律及其与制渣细集料安定性指标间的相关性。

众所周知，钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁由于经过高温死烧，结构致密，晶粒尺寸大．晶格畸变小，以及固溶了杂质氧化物，其水化活性较差，必须采用加速实验预测长期稳定性，我们选择在实验室设计了以下的快速实验参数：

1)常温成型标准养护1d。

2)脱模后养护温度选定为100℃水养护。

3)脱模后测初长后立即置于水中养护至28d

控制砂浆流动度在135mm-145mm成型砂浆试样，以下列情况为指标对比研究了不同胶砂比的、不同矿物掺和料种类及掺量的、不同钢渣细集科种类的及不同河砂取代方式的和不同河砂取代量的砂浆的膨胀性能及力学性能，从而优选出砂浆的配合比最终再进行制砖的试验。我们首先在实验室以钢渣为骨料，试配钢渣砂浆进行试验，试验试件为160mm×40mm×40mm的胶砂试件，为充分利用沙钢生产中废弃物，我们在配比中掺入污泥进行试验，检测钢渣试件的强度影响及膨胀率变化。

表3 钢渣砂浆强度

图1为不同胶砂比的钢渣集料砂浆在

100℃养护条件下，不同龄期时的线性膨胀

率曲线。从图中可以看出，试样在1d标养，

6d100℃时，1#、2#、3#的膨胀率基本接近，

4#的膨胀率差异较大，随着养护龄期的增

长．不同胶砂比砂浆试件的膨胀率均逐渐增

大，且同龄期的膨胀率随胶砂比的减小而逐

渐增大，其差值随龄期的增长越来越大，这

是因为随着胶砂比的减小，单位体积内的钢

渣的用量增大，试样中的膨胀组分也相对越

多，而与此同时，水泥石粘结力减小，试样

自身抵抗膨胀变形的能力减弱，膨胀率会逐

渐变大。在几组配比中1#、2#、3#的钢渣砂浆其膨胀还保持在可控范围内，而4#钢渣砂浆在21d龄期时其膨胀率就达到了0.4%，并且还在不断增长，到28d时，3#、4#的钢渣砂浆表面已出现细微的不规则裂纹，结构已破坏。其稳定性存在很大隐患。

不同胶砂比钢渣砂浆试样的强度及膨胀特点。可以看出钢渣用量达到60%时，单位体积钢渣用量太高，其膨胀率发展最快，最易开裂，不宜配制钢渣砂浆；1#、2#钢渣砂浆的力学性能和膨胀性能均在可控范围内，未出现破坏性的结构裂缝。由上面的分析可知，采用50%以内的钢渣掺量并适当降低胶凝材料进行制砖试验，钢渣砖强度等级控制在10—15MPa较为合适，同时进一步复配矿粉进行钢渣砖性能试验。

2.4钢渣制砖配比试验

2.4.1钢渣用量对钢渣砖的性能影响

选用经过球磨磁选后的钢渣进行试验，在制砖的混合料中，以钢渣为主要原料，我们对比了钢渣掺量变化时成品钢渣砖的性能变化，找出规律并进行配比的调整：我们选用了15%水泥，钢渣最大量50%，15%球磨污泥，其余为中粗砂的配比进行试验。

随着钢渣的掺量增加，成品钢渣砖的强度明显增加，钢渣中含有的大量CaO和MgO提供良好的水凝效果，使得钢渣在砖体中不光提供了骨料的作用，更提供了大量的胶凝作用，提升了钢渣砖的强度等级。