攀鋼含釩鋼渣制備鋼渣復(fù)合微粉及在混凝土中的應(yīng)用

何 奇

(攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司 四川省攀枝花市 617000)

攀鋼含釩鋼渣制備鋼渣復(fù)合微粉及在混凝土中的應(yīng)用

何 奇

(攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司 四川省攀枝花市 617000)

攀鋼含釩鋼渣游離鈣含量高、活性低，處理難度大，利用率低，為減少含釩鋼渣對(duì)環(huán)境的污染，提高鋼渣綜合利用率，本文利用含釩鋼渣制備鋼渣復(fù)合微粉，并進(jìn)行混凝土配制試驗(yàn)。結(jié)果表明，制備的鋼渣復(fù)合微粉28天活性指數(shù)達(dá)到90%以上，配制的混凝土工作性較好，抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

含釩鋼渣；復(fù)合微粉；混凝土

0 前言

攀枝花－西昌地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，攀鋼采用“半鋼冶煉工藝”，成功解決了釩鈦磁鐵礦的冶煉問(wèn)題。但釩鈦磁鐵礦冶煉過(guò)程中，形成的含釩鋼渣不同于普通鋼渣。與普通鋼渣相比，含釩鋼渣具有含釩1～3wt%、高堿度、高RO相、高過(guò)熱度、渣鐵難分離等特點(diǎn)[1]。目前，攀鋼攀枝花地區(qū)每年產(chǎn)生含釩鋼渣50萬(wàn)噸左右，鋼渣資源化利用率僅約15%。

大量的含釩鋼渣對(duì)周邊環(huán)境、地下水系帶來(lái)較大影響，鋼渣的堆存和處理將會(huì)成為制約攀鋼可持續(xù)性生產(chǎn)的重要因素。利用鋼渣的潛在活性制備鋼渣微粉用于水泥、混凝土是鋼渣利用的有效途徑之一[2～4]。本研究以攀鋼含釩鋼渣為原料，采用多種方法提高鋼渣水化活性，并將其用作混凝土摻合料。對(duì)實(shí)現(xiàn)含釩鋼渣綜合利用具有重要意義。

1 含釩鋼渣的基本性質(zhì)

表1 含釩鋼渣的化學(xué)成分

1.1 含釩鋼渣的化學(xué)成分和礦物組成

攀鋼以釩鈦磁鐵礦為主要原料，采用特殊的“半鋼冶煉工藝”使得攀鋼鋼渣中CaO含量較高，SiO2含量較低，鋼渣堿度系數(shù)達(dá)到3.0以上。其中，鋼渣中V2O5的含量約為 0.5～2.0%，因此被稱為含釩鋼渣，釩主要與鈣形成釩酸鈣，存在于玻璃相中。通過(guò)XRD分析，含釩鋼渣中的主要物相為硅酸二鈣、FeO、鐵酸二鈣、CaTiO3。含釩鋼渣的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，礦物組成見(jiàn)圖1。

1.2 含釩鋼渣的基本物理性質(zhì)

攀鋼含釩鋼渣目前采用熱潑打水，露天堆放的處理方式。由于含釩鋼渣自身游離鈣含量較高，該處理工藝又無(wú)法充分消解，因此渣中的游離鈣含量達(dá)到9%以上，用于建材行業(yè)易產(chǎn)生安定性不良等嚴(yán)重后果，需進(jìn)行陳化處理，陳化處理后鋼渣的游離鈣含量可降至3%以下。

將含釩鋼渣用SM-500水泥試驗(yàn)小磨磨制成鋼渣微粉，按GB/T20941《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》技術(shù)要求測(cè)試其基本性能，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 含釩鋼渣微粉性能

從表2可以看出，磨制的含釩鋼渣微粉安定性表現(xiàn)合格。除活性指數(shù)外，其指標(biāo)基本滿足一級(jí)鋼渣粉的技術(shù)要求?；钚灾笖?shù)是用于水泥或混凝土中的微粉的重要指標(biāo)，活性指數(shù)較低時(shí)在應(yīng)用中會(huì)受到較大限制，因此制備鋼渣微粉的關(guān)鍵在于充分激發(fā)鋼渣的活性。

2 含釩鋼渣微粉活性激發(fā)方法

2.1 試驗(yàn)原材料

含釩鋼渣微粉：攀鋼含釩鋼渣磨制而成，金屬鐵含量小于1%，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

水泥：水泥為三鼎牌42.5R硅酸鹽水泥。主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)用水泥性能

激發(fā)劑：A、B、C、D四種常見(jiàn)激發(fā)劑；

礦物摻合料：攀枝花本地產(chǎn)O、P、Q三種固體廢棄物。

2.2 化學(xué)激發(fā)劑對(duì)鋼渣微粉活性的影響

試驗(yàn)選取了A、B、C、D四種激發(fā)劑，分別測(cè)試其能使鋼渣微粉達(dá)到最高強(qiáng)度的最佳摻量，并進(jìn)行綜合比較，測(cè)試四種激發(fā)劑的最佳摻量分別為0.2%、1.5%、1%、3%。將含釩鋼渣微粉與激發(fā)劑混合，在小型振動(dòng)磨上磨制5分鐘，測(cè)試其比表面積為430～440m2/kg，按照GB/T20941《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》附錄A的方法對(duì)鋼渣粉的活性進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同激發(fā)劑對(duì)含釩鋼渣微粉活性的影響

表4 鋼渣及其它固體廢棄物的活性指數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明：四種激發(fā)劑對(duì)鋼渣微粉的早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)均有一定的促進(jìn)作用；激發(fā)劑B、D對(duì)鋼渣微粉的前期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，其中在激發(fā)劑D的作用下，鋼渣7d活性指數(shù)為70%，28d活性指數(shù)為82%，達(dá)到一級(jí)鋼渣粉水平。

2.3 含釩鋼渣與其它固體廢棄物復(fù)合對(duì)鋼渣微粉活性的影響

試驗(yàn)選取了O、P、Q三種攀枝花常見(jiàn)的具有一定水化活性的固體廢棄物，采用水泥小磨分別磨制成比表面積為430～440m2/kg的微粉，測(cè)試它們的活性指數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，幾種材料的活性指數(shù)由大到小的順序?yàn)椋篞＞P＞O＞鋼渣，其中固體廢棄物Q的28天活性指數(shù)達(dá)到90%。

表5 鋼渣復(fù)合微粉的活性指數(shù)

將含釩鋼渣微粉與其它固體廢棄物按比例混合，測(cè)試混合制成的含釩鋼渣復(fù)合微粉（簡(jiǎn)稱鋼渣復(fù)合微粉）的活性指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可以看出，O和P的活性與鋼渣相差不大，因此與鋼渣復(fù)摻對(duì)于微粉的強(qiáng)度沒(méi)有明顯影響。鋼渣粉和Q按1:1或3:7的比例得到的鋼渣復(fù)合微粉，28d的活性指數(shù)達(dá)到最大值，且超過(guò)了單摻Q的最大值，說(shuō)明鋼渣與Q之間能夠相互激發(fā)、相互促進(jìn)水化，產(chǎn)生類似于鋼渣和水淬礦渣間的“復(fù)合超疊加效應(yīng)”[5]，其中鋼渣與Q的較優(yōu)比值為1:1。

3 鋼渣復(fù)合微粉配制混凝土的工作性能和強(qiáng)度

3.1 試驗(yàn)原材料

鋼渣復(fù)合微粉：按鋼渣與Q為1:1配制的鋼渣復(fù)合微粉，性能指標(biāo)見(jiàn)表6。

水泥：水泥為三鼎牌42.5R硅酸鹽水泥。主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

礦渣碎石：攀鋼高鈦型高爐渣經(jīng)熱潑處理得到的石質(zhì)材料破碎而成，粒度5～31.5mm，堆積密度1280kg/m3。

礦渣砂：攀鋼高鈦型高爐渣經(jīng)熱潑處理得到的石質(zhì)材料破碎而成，細(xì)度模數(shù)2.8，堆積密度1650kg/m3。

表6 鋼渣復(fù)合微粉基本指標(biāo)

減水劑：騰豐公司產(chǎn)FDN-300系減水劑。

3.2 試驗(yàn)方法

以鋼渣復(fù)合微粉做摻合料配制強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土，基準(zhǔn)配比為：水泥：礦渣碎石 ：礦渣砂=385：1192：726。鋼渣復(fù)合微粉取代水泥量分別為 10%、20%、30%、40%，外加劑摻量為膠凝材料總量的1.5%，水灰比取0.38。

表7 鋼渣復(fù)合微粉摻量對(duì)混凝土性能的影響

按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》拌制混凝土，測(cè)定混凝土的工作性能和力學(xué)性能。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

鋼渣復(fù)合微粉摻量對(duì)混凝土性能的影響見(jiàn)表7。

從表7可知，由于鋼渣復(fù)合微粉需水性小及微集料效應(yīng)，混凝土坍落度隨著鋼渣摻量的增加而增加，說(shuō)明鋼渣復(fù)合微粉在一定范圍內(nèi)可以改善混凝土的工作性。從表7可知，摻入鋼渣復(fù)合微粉后，混凝土7天抗壓強(qiáng)度有一定下降，28天抗壓強(qiáng)度逐漸接近基準(zhǔn)混凝土。說(shuō)明，鋼渣復(fù)合粉在混凝土強(qiáng)度前期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，主要是鋼渣復(fù)合微粉中的活性物質(zhì)前期反應(yīng)速度較慢，對(duì)混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，在水泥不斷水化形成大量Ca(OH)2的激發(fā)下，活性物質(zhì)中的SiO2、Al2O3等物質(zhì)逐漸形成硅酸鈣及鋁酸鈣，填充于混凝土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使混凝土結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)，后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)然隨著鋼渣復(fù)合粉摻量的增加到 30%以上后，混凝土強(qiáng)度下降趨勢(shì)較為明顯，可見(jiàn)隨著水泥總量的減少，鋼渣復(fù)合粉活性無(wú)法獲得足夠的Ca(OH)2而不能最大限度的激發(fā)，混凝土強(qiáng)度則大幅下降。因此，鋼渣復(fù)合粉的摻量控制在20～30%既可以保證混凝土強(qiáng)度，也可最大限度降低水泥用量。

4 結(jié)論

1）攀鋼含釩鋼渣經(jīng)陳化、粉磨后，安定性合格，基本性能滿足制備鋼渣微粉需要；

2）采用化學(xué)激發(fā)劑可提高鋼渣微粉的活性，使鋼渣微粉 28天活性指數(shù)達(dá)到82%左右，達(dá)到一級(jí)鋼渣粉技術(shù)要求；

3）將鋼渣與礦物摻合料Q復(fù)配獲得的鋼渣復(fù)合微粉活性較優(yōu)，鋼渣復(fù)合微粉的28天活性指數(shù)可以達(dá)到93%，其中鋼渣與礦物摻合料Q的最優(yōu)配比為1:1；

4）采用鋼渣配制的鋼渣復(fù)合微粉用于混凝土中，能改善混凝土的工作性能，在滿足混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的情況下，可減少約30%的水泥用量。

[1]甘勤.攀鋼鋼渣利用現(xiàn)狀與發(fā)展方向.資源開(kāi)發(fā)利用，2000，04

[2]黃永剛，狄煥芬，祝春水.鋼渣綜合利用途徑[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2005，01

[3]舒型武.鋼渣特性及其綜合利用技術(shù).鋼鐵技術(shù)，2007，06

[4]朱桂林.鋼鐵渣研究開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向.廢鋼鐵，2001，03

[5]唐衛(wèi)軍，張作順，張海濱等.鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的應(yīng)用研究.2010年全國(guó)能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議論文集，2010.03

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