鋼鐵中的固廢在水泥行業(yè)中的應(yīng)用及研究

馮 璐鐘春貴孫 曉梁 波張煜衫劉世鋒

（1.西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院，陜西西安710043；2.西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院，陜西西安710055）

隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，為了有效提升鋼鐵企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的資源化最大化利用、鋼鐵行業(yè)的工藝以及產(chǎn)品升級(jí)發(fā)展的同時(shí)，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的固體廢棄物的資源化利用，已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。針對(duì)鋼鐵行業(yè)固體廢棄物的資源化利用，需要加大理論化研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)需要攻克的問(wèn)題。針對(duì)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物，一部分通過(guò)鋼鐵工藝進(jìn)行循環(huán)利用，但是鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的脫硫石膏、高爐渣和鋼渣等很難通過(guò)鋼鐵企業(yè)內(nèi)部消化，需要其他行業(yè)協(xié)同處理，從而達(dá)到鋼鐵行業(yè)固體廢棄物的資源化利用。

鋼鐵工業(yè)不僅消耗大量的資源和能源，還要排放大量的廢棄物。鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的大量固體廢棄物可作為原料有效地用于水泥行業(yè)，主要原因是鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物的化學(xué)成分和物相與水泥原料相似，并且水泥生產(chǎn)工藝有利于處理鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物內(nèi)危險(xiǎn)固體廢棄物的處理和利用。

1 水泥原料的要求

水泥原料的成分和性能直接影響配料、粉磨、鍛燒和熟料的質(zhì)量，終而也影響水泥的品質(zhì)。生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料（主要提供氧化鈣）和粘土質(zhì)原料（主要提供氧化硅和氧化鋁，也提供部分氧化鐵）。我國(guó)粘土原料及煤炭灰粉中一般含氧化鋁較高，而含氧化鐵不足，因此，需要加入鐵質(zhì)校正原料。當(dāng)粘土中氧化硅或氧化鋁含量偏低時(shí)，可加入硅質(zhì)或鋁質(zhì)校正原料。

因而作為制造水泥原料的鋼鐵固體廢棄物，應(yīng)滿足化學(xué)成分必須滿足配料的要求，以能制得成分合適的熟料；有害雜質(zhì)的含量應(yīng)盡量少，以利于工藝操作和水泥的質(zhì)量。并且應(yīng)具有良好的工藝性能，如易磨性、易燒性、熱穩(wěn)定性、易混合性、濕法生產(chǎn)時(shí)料漿的可泵性、半干法生產(chǎn)的成球性等。

2 鋼鐵廠固廢在水泥行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 脫硫石膏

脫硫石膏是鋼鐵行業(yè)處理排放的S-O氣體所產(chǎn)生的固體廢棄物。脫硫石膏的主要成分是五水硫酸鈣，脫硫石膏與鋁酸鈣可進(jìn)行有效反應(yīng)，形成鈣礬石晶體，該晶體可以覆蓋在水泥原料的表面，從而阻礙水泥與水的隔離和延緩水化反應(yīng)的進(jìn)行，脫硫石膏作為水泥的緩凝劑，減緩水泥凝固的快速成型。一般脫硫石膏作為水泥的原料加入量不超過(guò)5%，脫硫石膏作為水泥原料可以促進(jìn)硅酸鈣鹽的水化，提升水泥的早期強(qiáng)度以及平衡各齡期強(qiáng)度。脫硫石膏內(nèi)除了含有的五水硫酸鈣以外，還含有少量碳酸鈣和鉀、鈉等鹽類。這些成分可以作為水泥的原料，碳酸鈣和鉀、鈉等鹽類混入水泥原料中，可以提升混凝土的活性和作為水泥的激發(fā)劑。

2.2 高爐渣

高爐渣是鋼鐵行業(yè)在生產(chǎn)鐵水過(guò)程中所產(chǎn)生的固體廢棄物。高爐渣在冷卻過(guò)程主要是通過(guò)水淬法進(jìn)行冷卻降溫，高爐渣主要是鐵礦石內(nèi)的脈石和加入的石灰形成的硅酸鈣鹽復(fù)合物。高爐渣通過(guò)研磨達(dá)到微粉級(jí)別，可以直接作為水泥的原料和提升水泥的強(qiáng)度。一般高爐渣作為水泥原料加入量在20%～30%之間，目前，高爐渣作為原料形成的礦渣水泥的工藝技術(shù)已經(jīng)很成熟。

高爐渣可作為礦渣水泥原料，主要是高爐渣內(nèi)所含有的硅酸鈣系成分是可作為水泥的激發(fā)劑，可顯示水硬膠凝性能，對(duì)水泥的強(qiáng)度有一定影響。

2.3 鋼渣

鋼渣主要是鋼鐵行業(yè)煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，鋼渣主要是煉鋼過(guò)程為了去除鋼液內(nèi)的夾雜物所配置的堿性渣，主要成分是硅酸鈣鹽、磷酸鈣鹽和鋁酸鹽等。一般鋼鐵行業(yè)針對(duì)于鋼渣會(huì)進(jìn)行磁選，將鋼渣內(nèi)含有的鐵和鐵氧化物選擇出來(lái)，最終需要處理的是含有少量鐵的鋼化尾渣。由于鋼化尾渣內(nèi)含有少量的鐵，因此，鋼化尾渣的硬度比較高，很難研磨，并且鋼化尾渣內(nèi)含有游離氧化鈣成分，導(dǎo)致鋼化尾渣的穩(wěn)定性差，造成鋼化尾渣不能廣泛應(yīng)用。鋼渣與水泥原料成分相似，因此，鋼渣用于水泥原料中的礦化劑。由于鋼化尾渣內(nèi)游離氧化鈣的存在，致使鋼渣作為水泥原料的利用率不能超過(guò)5%。鋼渣含有硅酸鈣鹽的成分，因此，具有高硬度。目前，有部分企業(yè)將鋼渣作為路基材料，但是，大面積循環(huán)利用鋼渣并將其作為水泥原料，還需要理論和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

3 總結(jié)

鋼鐵行業(yè)中生產(chǎn)的固體廢棄物的確是有待開發(fā)和高效利用的另一種新型“資源”。但它們具有的劣勢(shì)和缺點(diǎn)也是不可忽視的。但是，脫硫石膏內(nèi)含有一定水分，脫硫石膏作為水泥原料在運(yùn)輸過(guò)程易于結(jié)塊和堵塞設(shè)備，因此，脫硫石膏內(nèi)含有的過(guò)多水分會(huì)影響水泥的生產(chǎn)，脫硫石膏含有適量的水分可以防止揚(yáng)塵和促進(jìn)其他原料的混合。鋼渣內(nèi)含有的游離氧化鈣導(dǎo)致不能提升作為水泥原料的配比，并且由于冶煉鋼種的不同，造成不同工藝形成的鋼渣的成分也有區(qū)別。水泥原料的顆粒度要求很高，而鋼渣的硬度很高，導(dǎo)致鋼渣研磨過(guò)程的設(shè)備要求高和設(shè)備損壞嚴(yán)重。有部分企業(yè)將高爐瓦斯灰或高爐瓦斯泥作為水泥原料，由于高爐瓦斯灰內(nèi)含有少量易揮發(fā)的金屬，造成水泥在回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)過(guò)程易于結(jié)圈，損壞設(shè)備和無(wú)法有效回收揮發(fā)金屬。綜上所述，能夠合理利用不同的鋼鐵行業(yè)固廢，有效處理并利用是仍需思考的問(wèn)題。