冶金渣的利用.docVIP

冶金渣的利用及其发展趋势 材料与冶金学院 冶金09.1 王龙飞 摘要：我国冶炼过程中产生的冶金渣利用率约为72％。利用的途径主要为水泥掺合料、道路材料、回填材料、砖和砌块等建筑制品，少量用于冶金原料。其利用的经济效益不显著。 关键词：冶金渣；利用；现状；趋势 大部分冶金渣中含有硅酸二钙(C2s)、硅酸三钙(C3S)。不含C3s的酸性渣急冷后生成具有潜在活性的玻璃体，这些成份均具有水硬胶凝性。但与硅酸盐水泥熟料相比，活性仍较低。20世纪90年代以来，冶金部建筑研究总院工业渣处理利用研究室对冶金渣的活性激发进行了系统的研究和实践。研究结果指出，冶金渣的颗粒粒径在O～30μm，颗粒形态呈圆形时，其活性才充分发挥出来。为高价值的利用创造了条件。2l世纪，随着建筑技术的发展和建筑工程的需要，强度等级在C60以上的高性能混凝土将迅速发展。该种混凝土不用掺合料将难以配制，而冶金渣粉正是配制高性能混凝土的优质材料。因此用冶金渣生产掺合料是本世纪冶金渣高价值利用的重要途径。 冶金渣的资源化利用对减少渣占地和环境污染、节能降耗、减少CO2排放及对企业可持续发展都具有现实意义，同时也具有显著的经济效益和社会效益。 1 冶金渣利用的现状 我国冶金企业每年排出固体废弃物1.53亿t，利用率为43％。就冶金渣而言，每年产生量为6700万t，利用率为83％；钢渣为1600万t，利用率为79％；铁合金渣和有色渣为1 000万t，利用率为20％，每年约有1 800万t冶金渣继续排放。 1.1 高炉矿渣的利用现状 我国除17％的钒钛高炉渣、含放射性稀土元素的高炉矿渣没有利用外，普通高炉矿渣基本上全部利用。 1.1.1高炉矿渣的化学成分 高炉矿渣的主要化学成分是CaO、SiO2、A1203、MgO、Fe203、MnO等。部分企业高炉矿渣成分见表l。 1.1.2 高炉矿渣的活性 粒化高炉矿渣的活性以质量系数来衡量。系数大则活性高。粒化高炉矿渣的活性不仅取决于化学成分，更重要的是取决于冷却条件。慢冷的矿渣具有相对均衡的结晶结构，主要矿物为钙铝黄长石(C2As)、镁黄长石(C2MS2)、钙长石(CaS2)、硅酸二钙(C2s)和硫化钙(CaS)等。除C2S具有缓慢的水硬性外，其它矿物在常温下水硬活性很差。只有急冷阻止了矿物结晶形成大量的无定形活性玻璃体结构，才具有潜在的活性，在激发剂作用下。活性被激发出来，能起水化硬化作用而产生强度。 1.1.3 高炉矿渣的利用 我国的粒化高炉矿渣主要用于生产矿渣硅酸盐水泥。少量作建筑工程、道路工程的骨料。从20世纪90年代开始，冶金部建筑研究总院等科研单位利用粒化高炉矿渣生产高性能混凝土掺合料取得成功，国内一些钢铁企业已建成或正在建设矿渣粉生产厂。国家已发布实施了“用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉”国家标准(GB／T18046—2000)。 1.2 钢渣、铁合金渣及有色冶金渣 1.2.1 钢渣、铁合金渣、有色冶金渣的化学成分 钢渣、铁合金渣、有色冶金渣的化学成分见表2。 1.2.2 钢渣、铁合金渣、有色冶金渣的矿物成分 钢渣、铁合金渣及有色冶金渣的矿物成分决定了它们的水硬胶凝性。矿物成分取决于化学成分、渣生成的温度及冷却条件等因素。钢渣、金属镁渣、部分铁合金渣由于碱度(CaO/Si02)较高，不论急冷或慢冷均生成晶体矿物。钢渣中主要矿物为硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)、橄揽石(CRS)、蔷微辉石(C3MS2)、RO相等。金属镁渣中主要矿物为硅酸二钙(C2S)、方镁石(MgO)、蔷微辉石(C3MS2)和f-CaO。金属锰渣主要矿物为长石(CaS2)，水淬以后形成玻璃体结构。铁合金渣中铬渣主要矿物为硅酸二钙(C2S)、镁黄长石(C2MS2)、铝黄长石(C2AS)。硅锰渣主要矿物为铝黄长石(C2AS)和橄榄石(CRS)，但水淬后形成玻璃体结构。 1.2.3 钢渣、铁合金渣、有色冶金渣的利用现状 目前我国钢渣主要用于生产钢渣水泥，钢渣代替部分铁粉、石灰石、粘土配烧硅酸盐水泥熟料，钢渣作道路基层材料和沥青混凝土面层材料，用作炼铁烧结矿原料，用于生产道面砖和砌块砖，用于地基回填材料等。金属锰渣水淬后可作水泥和混凝土掺合料。金属镁渣可作水泥和混凝土掺合料。硅锰渣水淬后可作水泥和混凝土掺合料。铬铁渣可作混凝土掺合料。铜渣经水淬后可作砌筑水泥，代替黄砂作砂浆和混凝土骨料。 2. 冶金渣利用的发展趋势 如前述所知，冶金渣中主要化学成分为二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铁(Fe2O3、FeO)。主要矿物成分为硅酸二钙(C2S)、钙长石(CaS：)、蔷微辉石(C3MS2)。众所周知，C3S和C2S是一种具有水硬胶凝性矿物，而含有C2AS、CaS2等矿物的冶金渣急冷后又可形成具有潜在活性的玻璃体，