鋼鐵行業(yè)高爐煉鐵水渣的綜合利用

摘要：煉鐵產(chǎn)生的大量高爐水渣制成礦渣微粉替代水泥使用，是我國(guó)鋼鐵工業(yè)廢渣治理的重要途徑。本文首先對(duì)高爐水渣的生成及特性進(jìn)行闡述，并分析礦渣微粉生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制與環(huán)境保護(hù)因素，最后對(duì)礦渣微粉的綜合利用展開探究，為高爐水渣制礦渣微粉技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用提供資料參考。

關(guān)鍵詞：高爐水渣；礦渣微粉；環(huán)境保護(hù)；綜合利用

建筑材料的生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，同時(shí)也要消耗大量的自然資源，而在混凝土中摻入由鋼鐵行業(yè)高爐煉鐵水渣（工業(yè)廢渣）制成的礦渣微粉作為一種新型建材，在國(guó)內(nèi)外已開始得到廣泛應(yīng)用。

一、 鋼鐵行業(yè)高爐煉鐵水渣的生成及特性

高爐煉鐵是鋼鐵行業(yè)最重要的基礎(chǔ)工序，其產(chǎn)生的工業(yè)廢渣約占整個(gè)鋼鐵行業(yè)總渣量的70%以上，按2014年全國(guó)生鐵年產(chǎn)71200萬噸計(jì)，高爐煉鐵水渣產(chǎn)生量約為26344萬噸。如此大量的廢渣得不到及時(shí)處理將占用國(guó)家大量土地資源，因此，高爐水渣綜合利用一直是鋼鐵行業(yè)的重要任務(wù)。

煉鐵是以燒結(jié)礦為原料，另加焦炭（燃料和還原劑）、塊礦和輔料（熔劑和石灰石）等，按一定比例稱量、配料后送往高爐爐頂布料入爐，由熱風(fēng)爐從高爐下部風(fēng)口向高爐爐缸鼓入熱風(fēng)助焦炭燃燒，并向高爐爐缸噴吹入煤粉燃燒。爐內(nèi)原、燃料在高溫下熔化而逐漸下降，在爐料下降、煤氣上升過程中，先后發(fā)生傳熱、分解、還原、熔化、滲炭、脫炭、脫硫和造渣等反應(yīng)，使燒結(jié)礦中的氧化鐵被還原成金屬鐵水，雜質(zhì)與加入的石灰石等結(jié)合生成爐渣，鐵水從高爐爐底出鐵口間斷排出，裝入鐵水罐送往煉鋼廠，渣液從出渣口排出，水淬后生成高爐水渣，高爐煤氣從爐頂引出，經(jīng)除塵凈化后作燃料使用。

高爐水渣化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、MnO2等，其形態(tài)是含有95%以上的玻璃體和硅酸二鈣、鈣黃長(zhǎng)石、硅灰石等礦物，與水泥成份接近。

二、 礦渣微粉生產(chǎn)的工藝流程與環(huán)境保護(hù)

1、礦渣微粉生產(chǎn)的工藝流程

礦渣微粉是高爐水渣經(jīng)過研磨得到的一種超細(xì)粉末，屬建材高新科技產(chǎn)品。

由原料系統(tǒng)送來的高爐水渣經(jīng)氣動(dòng)兩路閥喂入立磨內(nèi)，被磨輥在旋轉(zhuǎn)的磨盤上擠壓粉碎成粒徑大小不一的礦渣微粉顆粒，在熱風(fēng)爐中通過燃燒煤氣產(chǎn)生的干燥氣體從立磨進(jìn)氣口自下而上進(jìn)入磨機(jī)，烘干并攜帶磨機(jī)內(nèi)被磨碎到一定粒徑的礦渣微粉顆粒上升進(jìn)入立磨上部的高效選粉機(jī)?？梢陨仙竭x粉機(jī)高度的礦渣微粉粒徑大小與干燥氣體流速成正比，流速越大進(jìn)入高效選粉機(jī)的礦渣微粉顆粒粒徑越大（重量越大），根據(jù)該原理可以通過控制干燥氣體流速生產(chǎn)不同粒徑礦渣微粉產(chǎn)品來滿足客戶的質(zhì)量要求。細(xì)度合格的細(xì)粉（成品） 隨出磨干燥廢氣由覆膜濾料高效布袋收塵器收下，經(jīng)空氣輸送斜槽、提升機(jī)等輸送設(shè)備分別送入礦渣粉儲(chǔ)存庫內(nèi)儲(chǔ)存，粗粉顆粒由于粒徑較大，在重力作用下未上升到選粉機(jī)高度返回磨盤重磨。

2、 環(huán)境保護(hù)與產(chǎn)業(yè)政策

出磨含粉塵的干燥廢氣，經(jīng)覆膜濾料高效布袋收塵器收塵及凈化處理，濃度達(dá)到《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078-1996）表2、表4中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后，大部分干燥廢氣作為循環(huán)風(fēng)返回立磨系統(tǒng)回收能量，小部分干燥廢氣經(jīng)煙囪排入大氣。

礦渣微粉在一定范圍內(nèi)可以替代等量水泥使用，對(duì)比年產(chǎn)50萬噸水泥生產(chǎn)裝置，一個(gè)等量礦渣微粉項(xiàng)目每年可為國(guó)家節(jié)約80萬噸不可再生的寶貴資源、8.0萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤和3000萬度電力，少向環(huán)境排放SO2140.5t/a，粉塵120.38t/a，煙塵802.58t/a。

袋式收塵器是立磨工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，它既是產(chǎn)品收集設(shè)備，更是環(huán)保除塵設(shè)備，工廠生產(chǎn)的所有產(chǎn)品都由該設(shè)備收下。為了使磨碎的礦渣微粉全部轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品進(jìn)入礦渣微粉倉，并同時(shí)滿足環(huán)保要求，該濾料與普通過濾材料不同之處在于其基材上覆蓋了一層經(jīng)過高科技特殊加工的薄膜，從而使其具有更細(xì)微而均勻的結(jié)構(gòu)，空孔率更高，過濾阻力更小，壽命更長(zhǎng)，過濾效率達(dá)到99.99%以上。使用該濾料可以增加產(chǎn)品得率，減少粉塵排放量，廢氣中粉塵排放濃度可以小于50mg/Nm3，符合清潔生產(chǎn)要求。

涉及礦渣微粉的生產(chǎn)項(xiàng)目在2015年財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局聯(lián)合發(fā)布的《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》中退稅比例為0.7%，并符合《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》（國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，2006.10.17）中"鼓勵(lì)推廣礦渣微粉細(xì)磨技術(shù)"內(nèi)容。

3、 礦渣微粉生產(chǎn)的質(zhì)量控制

礦渣微粉生產(chǎn)過程可以全部采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)從原料進(jìn)廠到配料、粉磨、微粉顆粒粒徑、成品倉及成品發(fā)運(yùn)的整個(gè)生產(chǎn)全過程進(jìn)行集中控制和管理。監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)具有動(dòng)態(tài)流程圖顯示、報(bào)警、報(bào)表和打印輸出，對(duì)過程回路、馬達(dá)狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和報(bào)警狀態(tài)等，用語言文字、色彩和音響等方式進(jìn)行顯示，使企業(yè)的管理在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平。

三、 礦渣微粉的綜合利用

1、 礦渣微粉的特性

礦渣微粉具有潛在水化活性。當(dāng)與水泥混凝土混合時(shí)，活性SiO2、Al2O3與水泥中C3S和C2S水化產(chǎn)生的Ca（OH）2反應(yīng)，進(jìn)一步形成水化硅酸鈣產(chǎn)物，填充于水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，同時(shí)將強(qiáng)度較低的Ca（OH）2晶體轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度較高的水化硅酸鈣凝膠，顯著改善了水泥和混凝土的一系列性能。

礦渣微粉具有潛在水硬性。礦渣中含有硅酸鹽、鋁酸鹽及大量含鈣的玻璃質(zhì)（如C2S、CAS2、C2AS、C3A、C2F和CaSO4等），具有獨(dú)立的水硬性，在CaO與CaSO4的激發(fā)作用下，遇到水就能硬化，通過細(xì)磨后，硬化過程大大加快。

2、 礦渣微粉的優(yōu)點(diǎn)

① 可有效提高水泥混凝土的抗海水侵蝕性能，特別適合于抗海水工程。

② 可顯著降低水泥混凝土的水化熱，適于配制大體積混凝土。

③ 可有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，提高混凝土的耐久性。

④ 可顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善溺水混凝土的和易性。

⑤ 可大幅度提高水泥混凝土的強(qiáng)度，輕而易舉地配制超高強(qiáng)度水泥混凝土。

⑥ 可顯著增加水泥混凝土的致密度，改善水泥混凝土的抗?jié)B性。

⑦ 用于普通水泥混凝土可節(jié)省水泥用量，降低混凝土成本。

3、 礦渣微粉的用途

與硅酸鹽水泥按比例混合，生產(chǎn)高性能礦渣水泥。細(xì)度為400～450m2/kg的礦粉，可配制425，425R礦渣硅酸鹽水泥；細(xì)度為450～500m2/kg的礦粉，可配制525，525R 礦渣硅酸鹽水泥。

作為混凝土摻和料，等量取代部分水泥（30%～70%），配制高強(qiáng)度、耐久性、高性能混凝土。

綜上所述，鋼鐵行業(yè)高爐煉鐵水渣年產(chǎn)生量巨大，用高爐水渣生產(chǎn)的礦渣微粉作為混凝土摻入料可等量取代水泥，降低混凝土成本，減少自然資源消耗和工業(yè)廢渣占地，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合國(guó)家大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。由于摻有礦渣微粉的混凝土具有水化熱低、耐腐蝕、與鋼筋粘接力強(qiáng)、抗?jié)B性強(qiáng)、抗微縮、后期強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在大型建筑、水壩、城市道路、水下、海防、油田、化學(xué)防腐工程等，產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 戴逢勝.某公司1號(hào)、3號(hào)高爐易地大修改造工程環(huán)境影響報(bào)告書（2006.12.）。