鋼渣資源化利用制備復(fù)合微粉

朱運(yùn)鋒 楊茂鑫 陸金海

【摘 要】鋼渣作為鋼鐵工業(yè)的副產(chǎn)物，利用率一直很低，嚴(yán)重影響了我國(guó)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，文章簡(jiǎn)要概述鋼渣的來(lái)源和性質(zhì)，重點(diǎn)介紹了鋼渣資源在水泥廠的綜合利用情況，提出一種鋼渣資源化利用技術(shù)，對(duì)鋼渣資源綜合利用意義重大，能保護(hù)環(huán)境和合理利用資源。

【關(guān)鍵詞】鋼渣;物化性質(zhì);復(fù)合粉

【中圖分類號(hào)】TU528.04 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）01-0055-03

0 引言

鋼渣是在冶金生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一種很重要且含量占比較大的固體廢棄產(chǎn)物，在以前的鋼鐵生產(chǎn)中都將它作為廢物直接丟棄，這種處理方式不僅占用土地，污染環(huán)境，而且鋼渣中的重金屬元素經(jīng)過(guò)雨水浸出會(huì)對(duì)土壤和地下水造成嚴(yán)重的污染，給人民的生活和生存環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的威脅[1]。因此，鋼渣資源綜合利用意義重大而深遠(yuǎn)。

1 鋼渣成分及相關(guān)性能

本文使用的鋼渣為廣西柳州鋼鐵公司產(chǎn)生的廢渣，其年產(chǎn)鋼渣量約150萬(wàn)t，經(jīng)粗破選鐵后，剩余尾渣約120萬(wàn)t，尾渣按其粒徑分為3種規(guī)格，具體見(jiàn)表1。廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司利用鋼渣生產(chǎn)復(fù)合微粉使用的工藝是礦立磨粉體粉磨工藝技術(shù)，該立磨系統(tǒng)于2010年建成并投入使用，主體設(shè)備型號(hào)為TRMS43.4礦渣輥式磨，年產(chǎn)量為60萬(wàn)t。

1.1 鋼渣的主要化學(xué)成分

廣西柳州鋼鐵公司生產(chǎn)的不同粒徑的鋼渣的主要化學(xué)成分基本一致。

1.2 鋼渣的物理性能

廣西柳州鋼鐵公司生產(chǎn)的鋼渣呈黑色，其中夾帶有部分鐵粒，外觀像結(jié)塊的熟料，密度為3.3 kg/cm3，堆積密度約2.0 kg/cm3，含水為1.2%，熔點(diǎn)為1 350 ℃左右。由于鋼渣具有密度大、硬度大、表面粗糙的特點(diǎn)，因此鋼渣的耐磨性和耐腐蝕性較好，并且大塊難以破碎。

1.3 鋼渣的體積安定性

鋼渣中含有的f-CaO，使其存在安定性不良和穩(wěn)定性差的情況。鋼渣產(chǎn)品的安定性不良主要是f-CaO造成的，一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)爐渣中的f-CaO含量在3%以上將會(huì)產(chǎn)生風(fēng)化膨脹碎裂。f-CaO在消解過(guò)程中生成Ca（OH）2，其組織結(jié)果發(fā)生體積膨脹，造成試體安定性不合格[2]。

1.4 鋼渣的易磨性

鋼渣不僅顯微硬度高，而且韌性也大，導(dǎo)致鋼渣的磨蝕性大，易磨性差。同時(shí)，鋼渣中含有部分鐵粒，增大了其磨蝕性。

實(shí)驗(yàn)研究表明，97%以上的鋼渣粉磨篩余物是金屬鐵。鋼渣易磨性差的原因在于鋼渣中含有幾乎不能被磨細(xì)的金屬鐵，而不是鋼渣礦物本身的原因。將鋼渣進(jìn)行磁選除鐵后，鋼渣的易磨性得到顯著改善[2]。

1.5 鋼渣的活性

由于鋼渣礦物結(jié)晶致密、晶粒較大，因此水化速度緩慢。而鋼渣的組成顯示它具有潛在活性，需要采取相應(yīng)的措施將其活性激發(fā)出來(lái)。廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司主要采取將鋼渣磨細(xì)的物理方法激發(fā)鋼渣的活性，不同細(xì)度的鋼渣粉的活性情況見(jiàn)表2。

鋼渣粉的活性隨著細(xì)度的降低而不斷提高，但是隨著鋼渣粉的細(xì)度不斷降低，鋼渣粉的活性增進(jìn)率不斷下降，考慮實(shí)際生產(chǎn)情況，鋼渣粉的細(xì)度控制在45μm，細(xì)度控制指標(biāo)≤2.0%。

2 鋼渣搭配其他廢渣生產(chǎn)復(fù)合粉試驗(yàn)

2.1 進(jìn)廠鋼渣質(zhì)量控制

為了解決鋼渣的易磨性及鋼渣f-CaO含量偏高影響安定性等不良因素，廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司使用的鋼渣主要是經(jīng)破碎除鐵后20 mm渣中篩出的粒徑≤5 mm的鋼渣（化學(xué)成分與20 mm渣一致），通過(guò)有效除鐵和降低鋼渣粒徑提高鋼渣的易磨性，同時(shí)對(duì)進(jìn)廠的鋼渣的f-CaO含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，目前進(jìn)廠的鋼渣的f-CaO含量在1.0%～1.5%。

2.2 不同廢渣搭配生產(chǎn)復(fù)合粉

為進(jìn)一步降低鋼渣的易磨性和安定性，廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司綜合考慮混凝土市場(chǎng)用戶需求及周邊廢渣資源，決定試生產(chǎn)活性較高的復(fù)合粉。復(fù)合粉生產(chǎn)的主要搭配廢渣為部分粒化高爐礦渣（簡(jiǎn)稱水渣）及燃煤爐渣，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3可知：在細(xì)度控制指標(biāo)一致的情況下，隨著鋼渣的摻量增加，復(fù)合粉的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和活性不斷下降;綜合臺(tái)時(shí)產(chǎn)量與復(fù)合粉活性考慮，采取方案5生產(chǎn)復(fù)合粉的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量及活性相對(duì)較好。

3 鋼渣復(fù)合粉在攪拌站混凝土中試驗(yàn)情況

3.1 試驗(yàn)方案

（1）使用鋼渣復(fù)合粉100%替代粉煤灰，進(jìn)行各標(biāo)號(hào)混凝土的生產(chǎn)。

（2）使用鋼渣復(fù)合粉替代部分粒化高爐礦渣粉和部分粉煤灰，用于C15—C60各標(biāo)號(hào)普通混凝土的生產(chǎn)。

（3）使用鋼渣復(fù)合粉100%替代礦粉和100%粉煤灰，用于C30及C30以下混凝土的生產(chǎn)。

3.2 試驗(yàn)配合比

鋼渣復(fù)合粉部分替代礦粉和粉煤灰配比見(jiàn)表4。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

鋼渣復(fù)合粉部分替代礦粉和粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

（1）鋼渣復(fù)合粉可完全替代粉煤灰，并且混合體的使用性能和強(qiáng)度要優(yōu)于使用粉煤灰。

（2）從表4的試配結(jié)果來(lái)看，隨著替代礦粉比例的增加，其工作性能變差，強(qiáng)度逐漸降低。可知，鋼渣復(fù)合粉的需水比比礦粉高，活性比礦粉偏低。

（3）綜合考慮原材料成本，復(fù)合粉替代礦粉比例達(dá)到40%時(shí)，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度仍能滿足要求，28 d強(qiáng)度比基準(zhǔn)配合比略低，但是工作性能比較差，則需要通過(guò)調(diào)整外加劑和砂率實(shí)現(xiàn)。

（4）鋼渣復(fù)合粉完全替代礦粉時(shí)，混凝土28 d強(qiáng)度較低，工作性能較差。7 d強(qiáng)度較基準(zhǔn)配合比低4.7 MPa;28 d強(qiáng)度較基準(zhǔn)配合比低4.1 MPa;但是強(qiáng)度仍然達(dá)到38.5 MPa。

綜上所述，鋼渣復(fù)合粉的使用性能及活性介于粉煤灰與礦粉。

4 結(jié)論

鋼渣通過(guò)搭配水渣和燃煤爐渣可用于立磨生產(chǎn)鋼渣復(fù)合粉，通過(guò)搭配生產(chǎn)可降低鋼渣易磨性差對(duì)立磨生產(chǎn)的影響，同時(shí)可提高鋼渣粉的活性，從生產(chǎn)過(guò)程跟蹤反饋信息來(lái)看，鋼渣復(fù)合粉部分搭配用于混凝土，不會(huì)影響混凝土的工作性能，并且生產(chǎn)中外加劑和用水量基本不變。從應(yīng)用鋼渣復(fù)合粉的實(shí)體效果反饋來(lái)看，對(duì)混凝土實(shí)體表觀影響不大，未發(fā)生混凝土強(qiáng)度不夠、體積膨脹及開(kāi)裂等情況。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳文海，李雪.一種鋼渣尾礦在空心微珠領(lǐng)域應(yīng)用的新探索[C].第八屆（2011）中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集，2011.

[2]韓長(zhǎng)菊，楊曉杰，周惠群，等.鋼渣及其在水泥行業(yè)的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2010（Z2）：440-443.