1. 簡(jiǎn)介:
粒化高爐礦渣(GBFS)也稱為爐渣 俗稱 水渣
1) 水渣是把熱熔狀態(tài)的高爐渣置于水中急速冷卻的過(guò)程，主要有渣池水淬或爐前水淬兩種方式。水渣作建材用于生產(chǎn)水泥和混凝土，由于水渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料，可制成:礦渣硅酸鹽水泥、石膏礦渣水泥、石灰礦渣水泥、礦渣磚、礦渣混凝土等。
2) 高爐煉鐵熔融的礦渣在驟冷時(shí)，來(lái)不及結(jié)晶而形成的玻璃態(tài)物質(zhì)。呈細(xì)粒狀。熔融的礦渣直接流入水池中冷卻的又叫水淬礦渣，俗稱水渣。礦渣經(jīng)磨細(xì)后，是水泥的活性混合材料。含SiO2多的礦渣為酸性礦渣，含Al2O3和CaO多的為堿性礦渣。堿性礦渣的活性比酸性礦渣高。礦渣由于具有一定的自身水硬性，不宜長(zhǎng)期存放。
3)高爐礦渣是冶煉生鐵時(shí)從高爐中排出的一種廢渣。在高爐冶煉生鐵時(shí)，從高爐加入的原料，除了鐵 礦石和燃料(焦炭)外，還要加入助熔劑。當(dāng)爐溫達(dá)到1400一1600℃時(shí)，助熔劑與鐵礦石發(fā)生高溫反應(yīng)生成生鐵和礦渣。高爐礦渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進(jìn)入生鐵中的雜質(zhì)組成的，是一種易熔混合物。從化學(xué)成分來(lái)看，高爐礦渣是屬于硅酸鹽質(zhì)材料。每生產(chǎn)1t生鐵，高爐礦渣的排放量隨著礦石品位和冶煉方法不同而變化。例如采用貧鐵礦煉鐵時(shí)，每噸生鐵產(chǎn)出1.0一1.2t高爐渣;用富鐵礦煉鐵時(shí)，每t生鐵只產(chǎn)出0.25t高爐渣。由于近代選礦和煉鐵技術(shù)的提高，每噸生鐵產(chǎn)出的高爐礦渣量已經(jīng)大大下降。
由于煉鐵原料品種和成分的變化以及操作工藝因素的影響，礦渣的組成和性質(zhì)也不同。按照冶煉生鐵的品種，高爐礦渣可分為鑄造生鐵礦渣、煉鋼生鐵礦渣和特種生鐵礦渣。按照高爐礦渣化學(xué)成分中的堿性氧化物的多少.高爐礦渣又可分為堿性礦渣、中性礦渣和酸性礦渣
4)高爐礦渣是冶煉生鐵時(shí)從高爐中排出來(lái)的廢物。由于煉鐵原料品種和成分的變化以及操作工藝因素的差別。高爐礦渣的組成和性質(zhì)具有較大的變動(dòng)范圍.目前，對(duì)于高爐礦渣的分類主要有兩種方法。
1 .按照冶煉生鐵的品種分類
(1) 鑄造生鐵礦渣 冶煉鑄造生鐵時(shí)排出的礦渣。
(2) 煉鋼生鐵礦渣 冶煉供煉鋼用生鐵時(shí)排出的礦渣。
(3)特種生鐵礦渣 用含有其他金屬的鐵礦石熔煉時(shí)排出的礦渣。
2 .按照礦渣的堿度區(qū)分
高爐礦渣的化學(xué)成分中，堿性氧化物之各與酸性氧化物之和的比值，稱為高爐礦渣的堿度或堿性率，用 MO 表示，即
MO = (CAO+MGO)/(SIO2+AL2O3)
按照礦渣的堿度可把礦渣分為如下三類。 A 堿性礦渣 M0>1 ; B 中性礦渣 MO = 1 ; C 酸性礦渣 MO<1 。
2. 技術(shù)指標(biāo)
礦渣品質(zhì)要求 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/203-94)對(duì)粒化高爐礦渣的質(zhì)量要求規(guī)定如下: 1)、?；郀t礦渣的質(zhì)量系數(shù)K應(yīng)不小于1.2;(企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)不小于1.6) 2)、?；郀t礦渣中錳化合物的含量，以MnO計(jì)不得超過(guò)4%，錳鐵合金粒化高爐礦渣的MnO允許放寬到15%;硫化物含量(以硫計(jì))不得超過(guò)3%;氟化物含量(以氟計(jì))不得大于2%; 3)、粒化高爐礦渣的松散容量不大于1.2kg/L，最大直徑不得超過(guò)100mm，大于10mm顆粒含量(以重量計(jì))不大于8%; 4)、?；郀t礦渣不得混有外來(lái)夾雜物，如鐵尖泥，未經(jīng)淬冷的塊狀礦渣等; 5)、礦渣在未烘干前,其貯存期限從液冷成粒時(shí)算起，不宜3個(gè)月
6)①用化學(xué)成分分析來(lái)評(píng)定礦渣的質(zhì)量是評(píng)定礦渣的主要方法.我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T203-94)規(guī)定粒化高爐礦渣質(zhì)量系數(shù)如下:
式中:各氧化物表示其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。
質(zhì)量系數(shù)K反映了礦渣中活性組份與低活性、非活性組份之間的比例關(guān)系，質(zhì)量系數(shù)K值越大，礦渣活性越高。
礦渣化學(xué)成分中堿性氧化物與酸性氧化物之比值Mo，稱之為:堿性系數(shù)。
如果:Mo>1表示堿性氧化物多于酸性氧化物，該礦渣稱之為:堿性礦渣;
Mo=1表示堿性氧化物等于酸性氧化物，該礦渣稱之為:中性礦渣;
Mo<1表示堿性氧化物少于酸性氧化物，該礦渣稱之為:酸性礦渣。
②.激發(fā)強(qiáng)度試驗(yàn)法
目前有氫氧化鈉激發(fā)強(qiáng)度法、消石灰激發(fā)強(qiáng)度法、礦渣水泥強(qiáng)度比值R法等。但這些方法都存在一定的不足和局限性。
我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18046-2000)規(guī)定:對(duì)比樣品的對(duì)比水泥為符合GB/T175的PⅠ型42.5級(jí)(原525號(hào))硅酸鹽水泥;試驗(yàn)樣品由對(duì)比水泥和礦渣粉按質(zhì)量比1:1組成。試驗(yàn)砂漿配比如下表所示:
砂漿種類 | 水泥 (g) | 礦渣粉 (g) | 中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂(g) | 水(mL) |
對(duì)比砂漿 | 450 | / | 1350 | 225 |
試驗(yàn)砂漿 | 225 | 225 | | |
試驗(yàn)方法按GB/T17671進(jìn)行。分別測(cè)定試驗(yàn)樣品的7天、28天的抗壓強(qiáng)度R7(MPa)、R28(MPa)和對(duì)比樣品7天和28天的抗壓強(qiáng)度R07(MPa)、R028(MPa)。
然后，按下式計(jì)算礦渣粉的7天活性指數(shù)A7(%)和28天活性指數(shù)A28(%)，計(jì)算結(jié)果取整數(shù)。
A7=R7÷R07×100(%)
A28=R28÷R028×100(%)
3. 用途與性能
1)高爐礦渣可采用多種工藝加工成具有多種用途的寶貴材料。加工成礦渣碎石可代替天然砂石，作為混凝土、鋼筋混凝土以及500號(hào)以下預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土骨料，工作溫度700℃以下的耐熱混凝土骨料，要求耐磨、防滑的高速公路、賽車場(chǎng)、飛機(jī)跑道等的輔助材料，鐵路道渣、填坑道地和地基墊層填料，污水處理介質(zhì)等。高爐熔渣用大量水淬冷后，可制成含玻璃體為主的細(xì)粒水渣，有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，顯示出水硬膠凝性能，是優(yōu)質(zhì)水泥原料。我國(guó)生產(chǎn)的水泥有70%一80%摻用了不同數(shù)量的水渣。水渣還可作保溫材科，濕碾和濕磨礦渣，混凝土和道路工程的細(xì)骨料;土壤改良材料等。
熱熔礦渣可加工成多孔的膨脹礦渣，經(jīng)破碎、篩分后成為混凝土輕骨科，還可加工成內(nèi)含微孔、表面光滑、大小不等的顆粒--膨珠。膨珠是優(yōu)質(zhì)的混凝土輕骨料，比用膨脹礦渣可節(jié)省水泥20%;還可作水泥混合材料、道路材料、保溫材料等。
用壓縮空氣噴吹或高壓蒸汽噴吹熱熔礦渣流，可制取礦渣棉。作為保溫、吸音、防火材料等用途。
此外.高爐礦渣還可作為鑄石、微晶玻璃、肥料、搪瓷、陶瓷等的原料。
2) 生產(chǎn)礦渣水泥
水渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可顯示出水硬膠凝性能，是優(yōu)質(zhì)的水泥原料。水渣既可以作為水泥混合料使用，也可以制成無(wú)熟料水泥。
(1)礦渣硅酸鹽水泥，是用硅酸鹽水泥熟料與?；郀t礦渣再加入3%~5%的石膏混合磨細(xì)或者分別磨后再加以混合均勻而制成的。礦渣硅酸鹽水泥簡(jiǎn)稱為礦渣水泥。
在磨制礦渣水泥時(shí)，高爐礦渣的摻入量對(duì)水泥的抗壓強(qiáng)度影響不大，而對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響更小，所以，其摻入量可以占到水泥重量的20%~85%。這樣對(duì)于提高水泥質(zhì)量，降低水泥生產(chǎn)成本是十分有利的。
礦渣水泥與普通水泥相比有如下特點(diǎn):第一，具有較強(qiáng)的抗溶出性和抗硫酸鹽侵蝕性能，故能用于水上工程、海港及地下工程等，但在酸性水及含鎂鹽的水中，礦渣水泥的抗侵蝕性較普通水泥差。第二，水化熱較低，適合于澆筑大體積混凝土。第三，耐熱性較強(qiáng)，使用在高溫車間及高爐基礎(chǔ)等容易受熱的地方比普通水泥好。第四，早期強(qiáng)度低，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率高，所以在施工時(shí)應(yīng)注意早期養(yǎng)護(hù)。此外，在循環(huán)受干濕或凍融作用條件下，其抗凍性不如硅酸鹽水泥，所以不適宜用在水位時(shí)常變動(dòng)的水工混凝土建筑中。
(2)石膏礦渣水泥，是將干燥的水渣和石膏、硅酸鹽水泥熟料或石灰按照一定的比例混合磨細(xì)或者分別磨細(xì)后再混合均勻所得到的一種水硬性膠凝材料。
在配制石膏礦渣水泥時(shí)，高爐水渣是主要的原料，一般配入量可高達(dá)80%左右。
石膏在石膏礦渣水泥中是屬于硫酸鹽激發(fā)劑。它的作用在于提供水化時(shí)所需要的硫酸鈣成分，激發(fā)礦渣中的活性。一般石膏的加入量以15%為宜。
少量硅酸鹽水泥熟料或石灰，系屬于堿性激發(fā)劑，對(duì)礦渣起堿性活化作用，能促進(jìn)鋁酸鈣和硅酸鈣的水化。在一般情況下，如用石灰作堿性激發(fā)劑，其摻入量宜在3%以下，最高不得超過(guò)5%，如用普通水泥熟料代替石灰，摻入量在5%以下，最大不超過(guò)8%。
這種石膏礦渣水泥成本較低，具有較好的抗硫酸鹽侵蝕和抗?jié)B透性，適用于混凝土的水工建筑物和各種預(yù)制砌塊。
(3)石灰礦渣水泥，是將干燥的粒化高爐礦渣、生石灰以及5%以下的天然石膏，按適當(dāng)?shù)谋壤浜夏ゼ?xì)而成的一種水硬性膠凝材料。
石灰的摻加量一般為10%~30%。它的作用是激發(fā)礦渣中的活性成分，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。石灰摻量太少，礦渣中的活性成分難以充分激發(fā);摻入量太多，則會(huì)使水泥凝結(jié)不正常、強(qiáng)度下降和安定性不良。石灰的摻入量往往隨原料中氧化鋁含量的高低而增減，氧化鋁含量高或氧化鈣含量低時(shí)應(yīng)多摻石灰，通常先在12%~20%范圍內(nèi)配制。
石灰礦渣水泥可用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的各種混凝土的預(yù)制品，水中、地下、路面等的無(wú)筋混凝土和工業(yè)與民用建筑砂漿。
(4) 生產(chǎn)礦渣磚和濕碾礦渣混凝土制品
礦渣磚，用水渣加入一定量的水泥等膠凝材料，經(jīng)過(guò)攪拌、成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的磚叫做礦渣磚。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示
所用水渣粒度一般不超過(guò)8mm，入窯蒸汽溫度約80℃~100℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間12h，出窯后，即可使用。
用87%~92%?；郀t礦渣，5%~8%水泥，加入3%~5%的水混合，所生產(chǎn)的磚其強(qiáng)度可達(dá)到10MPa左右，能用于普通房屋建筑和地下建筑。
此外，將高爐礦渣磨成礦渣粉，按重量比加入40%礦渣粉和60%的?；郀t礦渣，再加水混合成型，然后再在1.0MPa~1.1MPa的蒸汽壓力下蒸壓6h，也可得到抗壓強(qiáng)度較高的磚。
濕碾礦渣混凝土，是以水渣為主要原料制成的一種混凝土。它的制造方法是將水渣和激發(fā)劑(水泥、石灰和石膏)放在輪碾機(jī)上加水碾磨制成砂漿后，與粗骨料拌和而成。濕碾礦渣混凝土配合比見(jiàn)表2。
表2 濕碾礦渣混凝土配合比
項(xiàng) 目 | 不同標(biāo)號(hào)混凝土的配合比 | | | |
C15 | C20 | C30 | C40 | |
水泥(以425號(hào)硅酸鹽水泥為準(zhǔn)) | - | - | 不大于15 | 不大于20 |
石灰 | 5~10 | 5~10 | 不大于15 | 不大于5 |
石膏 | 1~3 | 1~3 | 1~3 | 0.3 |
水 | 17~20 | 16~18 | 15~17 | 15~17 |
水灰比 | 0.5~0.6 | 0.45~0.55 | 0.35~0.45 | 0.35~0.4 |
漿:礦渣(重量比) | 1∶1~1∶1.2 | 1∶0.75~1∶1 | 1∶0.75~1∶1 | 1∶0.5~1∶1 |
(5)高爐礦渣的其他用途
高爐礦渣還可以用來(lái)生產(chǎn)一些用量不大而產(chǎn)品價(jià)值高，又有特殊性能的高爐渣產(chǎn)品。如礦渣棉及其制品、熱鑄礦渣、礦渣鑄石及微晶玻璃、硅鈣渣肥等?，F(xiàn)僅簡(jiǎn)介礦渣棉和微晶玻璃的生產(chǎn)方法。
生產(chǎn)礦渣棉
礦渣棉是以礦渣為主要原料，在熔化爐中熔化后獲得熔融物再加以精制而得到一種白色棉狀礦物纖維。它具有保溫、隔音、絕冷等性能。其化學(xué)成分和物理性能見(jiàn)表4，表5。
表4 礦渣棉的化學(xué)成分
成 分 | SiO2 | Al203 | CaO | MgO | S |
含量/% | 32~42 | 8~13 | 32~43 | 5~10 | 0.1~0.2 |
表5 礦渣棉的物理性能
熱導(dǎo)率/W·m-1·k-1 | 燒結(jié)溫度 /℃ | 密度 /g·cm-3 | 纖維密度 /μm | 使用溫度范圍 /℃ |
0.033~0.041 | 780~820 | 0.13~0.15 | 4~6 | -200~800 |
礦渣棉的主要原料是高爐礦渣，約占80%~90%，還有10%~20%的白云石、螢石或其他如紅磚頭、卵石等，生產(chǎn)礦渣棉的燃料是焦炭。生產(chǎn)分配料、熔化噴吹、包裝3個(gè)工序。
生產(chǎn)微晶玻璃
微晶玻璃是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種用途很廣的新型無(wú)機(jī)材料。微晶玻璃的原料極為豐富，除采用巖石外，還可采用高爐礦渣。
礦渣微晶玻璃的主要原料是高爐礦渣為62%~78%，硅石為38%~22%或其他非鐵冶金渣等。
一般礦渣微晶玻璃需要配成如下化學(xué)組成:SiO2 40%~70%;Al203 5%~15%;CaO 15%~35%;MgO 2%~12%;Na20 2%~12%;晶核劑5%~10%。
4. 原材料及生產(chǎn)設(shè)備
鋼廠在冶煉鋼鐵的過(guò)程中產(chǎn)生廢渣。
除了鐵礦石和燃料(焦炭)之外，為降低冶煉溫度，還要加入適當(dāng)數(shù)量的石灰石和白云石作為助熔劑。它們?cè)诟郀t內(nèi)分解所得到的氧化鈣、氧化鎂、和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水表面，定期從排渣口排出，經(jīng)空氣或水急冷處理，形成粒狀顆粒物，這就是?；郀t礦渣，簡(jiǎn)稱:礦渣。原材料為:鐵礦石，石灰石，白云石。
5. 發(fā)展前景及適用范圍
我國(guó)的高爐礦渣的粉末化發(fā)展前景是廣闊的礦渣微粉是一種具有可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保性的"環(huán)境協(xié)調(diào)型綠色建筑材料"，作為摻合料配制高性能混凝土是對(duì)傳統(tǒng)混凝土技術(shù)上的突破，礦渣微粉的開(kāi)發(fā)利用為處理廢渣開(kāi)創(chuàng)了一條新的道路，不僅適應(yīng)了水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，同時(shí)節(jié)約資源和能源，保護(hù)環(huán)境，具有很高的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用
廢渣生產(chǎn)環(huán)保礦渣磚概況分析
礦渣磚在末級(jí)渠道節(jié)水改造中的應(yīng)用
尾礦渣制磚機(jī)械工作時(shí)需要特別注意的兩件事情
