實現(xiàn)礦渣微粉生產(chǎn)探討

于明興 劉志斌 劉敬東 郭玉安

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

實現(xiàn)礦渣微粉生產(chǎn)探討

于明興 劉志斌 劉敬東 郭玉安

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

介紹了礦渣微粉技術(shù)的原理及國內(nèi)礦渣利用概況，從技術(shù)、市場等方面進行了分析。通過調(diào)查研究，提出了安鋼礦渣利用的方案。就安鋼實現(xiàn)礦渣微粉生產(chǎn)的可行性進行探討。

礦渣微粉 生產(chǎn) 可行性

0 前言

礦渣是煉鐵時排出的以硅酸鈣、鋁酸鈣為主要成分的熔融物，經(jīng)水淬而急冷處理后形成的粒狀活性材料。礦渣一般含有80% ～90%的玻璃相，其主要礦物為硅酸二鈣(C2S)、鈣鋁黃長石(C2AS)、鎂黃長石(C2MS2)、鈣長石(CAS2)等。礦渣的化學成分一般為CaO 35% ～45%、SiO225% ～40%、Al2O36% ～15%、FeO 0.5% ～1%。國家標準 GB/T203規(guī)定用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣的質(zhì)量系數(shù)應大于1.2、MnO含量不大于2.0%。

礦渣微粉只有達到一定的細度時才能充分水化。大于60 μm的顆粒屬于惰性粒子，對強度無積極作用。對強度起主導作用的是30 μm以下的粒子，小于10 μm的粒子含量多，對早期強度有利。礦渣與水泥熟料一起粉磨時，物料易磨性相差很大，使粒化高爐礦渣的粒徑大部分在60微米以上，水化時不能全部水化而起微集料作用，活性不能全部發(fā)揮出來。如果將熟料、礦渣分開粉磨，然后按一定配比混合與均化而制備礦渣硅酸鹽水泥的工藝路線。使礦渣微粉比表面積達到400～450 m2/kg、水泥熟料粉比表面積320 m2/kg、礦渣摻量可達40% ～60%，可配制425、425R礦渣硅酸鹽水泥;礦渣細度450～500 m2/kg、摻量 40 ～50%，可配制 525、525R礦渣硅酸鹽水泥。

以礦渣為原料生產(chǎn)的礦渣微粉作為活性摻和料的應用技術(shù)在我國水泥和建材行業(yè)普遍采用，極大地改善了混凝土的性能，廣泛應用于各種建設工程，取得顯著地經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。

安鋼集團目前已具備年產(chǎn)1000萬t鋼的生產(chǎn)能力，是鋼鐵行業(yè)極少數(shù)沒有建設礦渣微粉生產(chǎn)線的企業(yè)之一，目前每年產(chǎn)生250余萬t礦渣，被作為初級原料銷往水泥企業(yè)，產(chǎn)品附加值低，而且價格不穩(wěn)定，遠遠滯后同行業(yè)的發(fā)展。

1 礦渣利用概況

近幾年來，在技術(shù)標準和高性能粉磨設備的推動下，我國掀起了礦渣微粉生產(chǎn)線建設高潮。目前在寶鋼、武鋼、鞍鋼、唐鋼、漣鋼、韶鋼、首鋼、馬鋼、沙鋼、沙鋼永興、太鋼、湘鋼、萊鋼等國內(nèi)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)都紛紛建設了礦渣微粉項目。相繼建成100余條礦渣粉生產(chǎn)線，年產(chǎn)量約1億t以上，均取得良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益，為我國高爐礦渣的高價值利用開辟新途徑。特別是隨著邯鋼礦渣微粉項目的立項以及沙鋼永興90萬t礦渣微粉工程的投產(chǎn)，為安鋼建設礦渣微粉提供了有益的借鑒。

2 礦渣微粉

2.1 礦渣微粉的應用

礦渣微粉作為混合材摻入水泥中，對水泥強度有明顯的增強作用。這主要是由于礦渣微粉吸收水泥水化形成的 Ca(OH)2，Si－O、Al－O、Si－Si、Al－Al等鍵斷裂，結(jié)構(gòu)解體，形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，在SO2－4的激發(fā)作用下，反應形成鈣礬石，從而增加水泥的強度。

以前配制高強混凝土主要依賴于使用高標號水泥和外加劑，但是用高標號水泥配制的混凝土水化熱高，易產(chǎn)生裂縫，導致混凝土破壞。如采用降低混凝土的水灰比，不能保證施工時的大流動度的要求。因此超高強混凝土主要采用摻硅灰和高效減水劑來配制。但硅灰原料缺乏，高效減水劑價格昂貴，成本較高。

隨著高層建筑的發(fā)展，高性能混凝土取代普通混凝土是大勢所趨。摻有礦渣微粉的混凝土具有水化熱低、耐腐蝕、與鋼筋粘結(jié)力強、后期強度高、防微縮等優(yōu)點，可廣泛用于大壩工程、水下工程、道路工程、防腐蝕工程、大型建筑工程等。摻有礦渣水泥的混凝土愈來愈受到建筑行業(yè)、交通行業(yè)的青睞。

2.2 實現(xiàn)礦渣微粉生產(chǎn)可行性

根據(jù)國家發(fā)改委2005年第40號令《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄》(2005年本)，本項目屬第一類鼓勵類第二十六條環(huán)境保護與資源節(jié)約綜合利用中的第18項“三廢”綜合利用及治理工程和第41項尾渣、廢渣等資源綜合利用類項目，是國家重點支持和鼓勵發(fā)展的。

2000年12月，國家標準《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T18046－2000)頒布實施，為礦渣微粉的產(chǎn)業(yè)化應用提供了技術(shù)支持［1］。

3 礦渣微粉市場分析

3.1 產(chǎn)品

近幾年來，我國逐步重視礦渣微粉作為活性摻合料的應用技術(shù)。由于這項技術(shù)的巨大潛力，可觀的經(jīng)濟效益，以及對混凝土性能和耐久性的顯著提高，使其以驚人的速度推廣。1997年，上海市開始推廣磨細礦渣微粉在混凝土中的應用，通過幾年的研究及應用，把上海市的混凝土技術(shù)提高到了一個新水平。北京市這幾年也開始大面積推廣磨細礦渣微粉在混凝土中的應用技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2010年末，全國礦渣微粉的產(chǎn)能已經(jīng)突破1億t。

根據(jù)礦渣微粉的國家標準要求及產(chǎn)品性能特點，礦渣微粉主要應用于水泥廠作為混合材以及混凝土攪拌站作為摻和料。此外，礦渣微粉還可以直接出口。

3.2 水泥

水泥是國民經(jīng)濟的基礎原材料。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國水泥工業(yè)發(fā)展取得了很大成績，產(chǎn)量已多年位居世界第一，保障了國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。當前，我國水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾仍十分突出，按照科學發(fā)展觀和走新型工業(yè)化道路的要求，行業(yè)整體技術(shù)水平與世界先進水平還存在較大的差距，尚需付出艱苦的努力。

國家發(fā)展和改革委員會在2006年10月發(fā)布的《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》第七條中，明確提出鼓勵推廣礦渣微粉細磨技術(shù)，積極發(fā)展預拌混凝土。這是國家從產(chǎn)業(yè)政策角度，首次鼓勵推廣發(fā)展礦渣微粉。

3.3 混凝土攪拌站

研究和開發(fā)高性能混凝土是當今國際范圍的熱點。目前國際上通用的配制高性能混凝土的技術(shù)路線是:通用水泥+微粉摻合料+超塑化劑。其中微粉摻合料多采用硅灰、細磨粉煤灰，沸石粉等。由于我國硅灰資源有限，沸石粉和粉煤灰的活性較低，近幾年國內(nèi)將方向集中于礦渣微粉摻合料的開發(fā)和應用。

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，對混凝土的耐久性越來越重視，而配制耐久性混凝土的途徑之一就是摻加包括礦渣微粉在內(nèi)的礦物摻合料。此外，在保證混凝土質(zhì)量和耐久性的前提下，降低混凝土成本一直是混凝土供應商極力追求的目標。如今，礦渣微粉的出現(xiàn)，使這一目標離我們越來越近，實現(xiàn)這一目標的可能性也越來越大。

礦渣微粉取代混凝土中的部分水泥，能夠提高混凝土的強度，改善混凝土的工作性能，所以可用其作為替代產(chǎn)品來減少預拌混凝土中水泥的用量。近幾年來，礦渣微粉作為預拌混凝土中重要的摻合料已得到普遍應用。

礦渣微粉在混凝土中的應用之所以能如此迅速地推廣開來，主要是由摻礦渣微粉混凝土的優(yōu)良性能決定的。在混凝土中摻入礦渣微粉，因其化學活性不象水泥那么高，所以在攪拌后的最初兩小時內(nèi)混凝土的流變性易于控制，尤其能明顯地減少其坍落度損失，對施工非常有利。這樣，隨著混凝土中摻入礦渣微粉，困擾混凝土供應商的坍落度損失難題就迎刃而解了。

對混凝土的顯著增強作用也是摻礦渣微粉的混凝土的一大特性，由于礦渣微粉的超細化，填充了水泥粒子的空隙，使混凝土更加密實;再加上礦渣微粉中的活性 SiO2和 Al2O3與水泥水化生成的 Ca(OH)2發(fā)生二次水化，產(chǎn)生硅酸鹽凝膠，使硅酸鹽凝膠數(shù)量比普通水泥混凝土中多許多，所以摻礦渣微粉的混凝土的后期強度要比普通水泥混凝土高許多(抗壓強度比約為130%)。

在混凝土中摻入礦渣微粉，大大提高了混凝土耐久性，由于礦渣微粉顆粒呈球狀，表面光滑致密，主要化學成分為SiO2、Al2O3、CaO，具有超高活性，將其摻入水泥中，水化時活化SiO2、Al2O3與水泥中C3S、C2S水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應，進一步形成水化硅酸鈣產(chǎn)物。眾所周知，混凝土中石子的空隙是由砂來填充，而砂的空隙由水泥、粉煤灰來填充，由于礦渣微粉比水泥、粉煤灰還細，所以它又填充了水泥、粉煤灰的空隙，而且礦渣微粉中的活性SiO2、Al2O3與水泥中C3S、C2S水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應，增加了密實度，大小粒子堆積、填充降低了空隙尺寸，產(chǎn)生的微細結(jié)構(gòu)與孔結(jié)構(gòu)均比普通水泥石細得多，這樣就大大減小離子擴散率，獲得優(yōu)良的抗侵蝕性和耐久性。單摻磨細礦渣，不摻其它摻合料，抗?jié)B等級可達P12，凍融循環(huán)＞D100。

4 討論

礦渣微粉在混凝土中摻量可高達25% ～50%(具體摻量應根據(jù)所用的水泥、外加劑、以及施工部位情況，經(jīng)過試驗確定)，也就是說每立方混凝土中礦渣微粉可以等量取代100 kg以上的水泥，礦渣微粉出廠價為(160～185)元/t，水泥出廠價為360元/t，這樣每立方混凝土可以節(jié)省20元以上，高強度等級的混凝土節(jié)省更多。以一個年產(chǎn)量150000 m3～200000 m3的中型混凝土供應商為例，如果使用礦渣微粉，一年可以節(jié)省約300萬元。

綜上所述，礦渣微粉是混凝土的一個非常有效的高性能礦物摻合料，摻入礦渣微粉，可以大幅度降低混凝土成本，同時大幅度提高混凝土強度、施工性能，大大提高了混凝土耐久性，降低混凝土水化熱，抑制堿骨料反應。所以，在混凝土中摻入礦渣微粉可以配制成低成本、高性能的混凝土。對于混凝土供應商來說，誰先用，誰先受益，誰就會在激烈的市場競爭中占得先機。

從目前安鋼礦渣銷售情況看，距鄭州市較近。大城市對礦渣粉需求量較大，尤其在海港建筑及高層建筑上的應用更廣泛，投產(chǎn)后，將會更好的滿足河南省及周邊市場及國內(nèi)外市場的需求。礦渣微粉這一新興市場前景廣闊。

根據(jù)對國內(nèi)鋼鐵企業(yè)礦渣微粉利用情況的分析研究，公司可采用目前國際上技術(shù)先進的立式輥磨系統(tǒng)生產(chǎn)礦渣微粉。一方面在不影響水泥性能的前提下與普通硅酸鹽水泥以大摻入量混合，降低水泥生產(chǎn)成本。另一方面礦渣微粉可直接應用于混凝土攪拌站，配制多種高性能混凝土應用于高層建筑、道路、港口及大體積混凝土工程。

因此，建設礦渣微粉生產(chǎn)線，將礦渣粉磨成礦渣微粉是必要的，也是鋼鐵工業(yè)和水泥工業(yè)尋找礦渣新用途的方向，符合國家調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、環(huán)境綜合治理、節(jié)能、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟等方面的產(chǎn)業(yè)政策，環(huán)境效益對促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展有著重要意義，能收到較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

若建設年產(chǎn)280萬t的礦渣微粉生產(chǎn)線，年需含水15%的礦渣330萬余t，可年產(chǎn)礦渣微粉280萬t。安鋼每年產(chǎn)生350萬t左右的礦渣，完全可以滿足需要。

5 結(jié)語

1)可有效利用安鋼的高爐礦渣生產(chǎn)新型建材產(chǎn)品，對安陽市甚至河南省建材工業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)整具有重大意義。

2)安鋼可利用自身的原料優(yōu)勢，迅速占領(lǐng)豫北區(qū)域礦渣粉市場，取得顯著經(jīng)濟效益。

3)實現(xiàn)安鋼鋼鐵渣“零排放”，為鋼鐵企業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟和清潔生產(chǎn)奠定了基礎。

［1］ 馬忠民，翟國營，劉三軍.安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用方案探討，河南冶金，2010，18(5):26－29.

DISCUSSION ON SLAG PULVERIZING PRODUCTION

Yu Mingxing Liu Zhibing Liu Jingdong Guo Yuan

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The paper introduces the principle of slag pulverizing technology and analyzes slag utilization in the field of technology and market at home.The scheme of slag utilization is put forward through investigating and its feasibility discussed in Anyang Steel.

slag pulverizing production feasibility

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聯(lián)系人:劉敬東，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責任公司綜合利用開發(fā)公司;

2011—7—28