钢铁冶金渣的资源化

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1、6 钢铁冶金渣的资源化 钢铁冶金渣：钢铁冶金工业所产生的固体废物。主要包括：高炉渣钢渣铁合金渣尘泥等。 6.1高炉渣的资源化 采用贫铁矿炼铁时，每吨生铁产出1.01.2t高炉矿渣；用富铁矿炼铁时，每吨生铁只产出0.25t高炉矿渣。炼铁高炉铁矿石+焦碳+石灰石铁水生铁熔融炉渣高炉烟气冷却高炉渣6.1.1高炉渣的组成和性质一、高炉渣的分类 按冷却方式的不同水渣：高炉熔渣在大量冷却水作用下形成的海 绵状浮石类物质。膨珠：高炉熔渣在半急冷作用并通过成珠设备击 碎、抛甩到空气中，再受空气冷却形成的矿渣。重矿渣：高炉熔渣经慢冷作用形成的类石料矿渣 。渣罐接渣槽高压水管流渣槽滚筒膨珠14001600高温的熔

2、融体我国高炉渣大部分接近中性矿渣（Mo=0.991.08），高碱性及酸性高炉 渣数量较少。按高炉渣的碱性率 （以Mo表示）碱性矿渣：碱性率Mo1的矿渣中性矿渣，碱性率Mo=1的矿渣；酸性矿渣，碱性率Mo1.9为高活性矿渣k=1.61.9是中活性矿渣k 0.25为活性矿渣Mc重矿渣本身的结合力时，重矿渣开裂、酥碎，甚至粉化。硫化物分解：重矿渣中当含有FeS与MnS等硫化物时，便会 在水解作用下生成相应氢氧化物，体积相应增大38%和24% ，导致块渣开裂和粉化的现象。石灰分解：若重矿渣中夹有石灰颗粒，遇水消解，也能 产生体胀，导致重矿渣碎裂。 因此，作混凝土骨料使用时，必须认真分析检验重矿渣分解的

3、可能性 。 6.1.2高炉渣的资源化途径高炉渣80%冲成水淬矿渣，大部分用作水泥混合材料和无熟料水泥的原料，少部分用来生产矿渣砖、瓦等。其余用作道路路渣、铁路道渣及混凝土骨料，少量用于生产矿渣棉、膨胀矿渣珠等。一、水渣水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下可显示出水硬胶凝性能，是优良的水泥原料。因此，它主要用来生产水泥和矿渣砖、瓦等。 水渣烘干机粉磨机渣粉粉碎机含硅原料 含铁原料 粘 土 石 灰 石煅烧窑熟料粉磨机石膏硅酸盐水泥混合磨矿渣硅酸盐水泥（1）生产水泥：我国约有3/4的水泥中掺有粒状高炉渣。目前我国利用高炉渣生产的水泥矿渣硅酸盐水泥：水泥熟料+ 20%70%

4、高炉水渣+ 3%5% 石膏普通硅酸盐水泥：水泥熟料+ 不超过15%高炉水渣+ 3%5% 石膏石膏矿渣水泥：少量水泥熟料+ 80%高炉水渣+ 15% 石膏钢渣矿渣水泥：45%左右的钢渣+40%的高炉水渣+适量的石膏（2）生产矿渣砖水渣、石灰搅拌矿渣砖轮碾成型蒸养一般要求石灰中氧化 钙含量在60%以上， 氧化镁应少于10%。 矿渣砖具有良好的物理力学性能，但容重较大，一般为2120 2160kg/ m3。适用于上下水或水中建筑，不适用于高于250的环境中 使用。 二、膨胀矿渣的利用膨胀矿渣主要是用作混凝土轻骨料，也可作防火隔热材料，用膨胀矿渣制成的轻质混凝土，不仅可以用于建筑物的围护结构，而且可以

5、用于承重结构。膨珠可以用于轻混凝土制品及结构，如用于制作砌块、楼板、预制墙板及其它轻质混凝土制品。由于膨珠内孔隙封闭，吸水少，混凝土干燥时产生的收缩就很小，这是膨胀页岩或天然浮石等轻骨料所不及的。直径小于3mm的膨珠与水渣的用途相同，可供水泥厂作矿渣水泥的掺合料用，也可以作为公路路基材料和混凝土细骨料使用。生产膨胀矿渣和膨珠与生产粘土陶粒、粉煤灰陶粒等相比较，具有工艺简单，不用燃料，成本低廉等优点。三、矿渣碎石的利用矿渣碎石的用途很广，用量也很大，主要用于公路、机场、地基工程、铁路道碴、混凝土骨料和沥青路面等代替天然碎石。（1）配制矿渣碎石混凝土矿渣碎石配制的混凝土具有与普通混凝土相近的物理力

6、学性能，而且还有良好的保温、隔热、耐热、抗渗和耐久性能。矿渣碎石混凝土的应用范围较为广泛，可以作预制、现浇和泵送混凝土的骨料。配制矿渣混凝土的方法与普通混凝土相似，但用水量稍高，其增加的用水量，一般按重矿渣重量的1%2%计算。一般用矿渣碎石配制的混凝土与天然骨料配制的混凝土强度相同时，其混凝土容重减轻20%。矿渣碎石混凝土的抗压强度随矿渣容重的增加而增高。矿渣混凝土的使用在我国已有五十多年历史，在许多重大建筑工程中都采用了矿渣混凝土，实际效果良好。（2）重矿渣在地基工程中的应用重矿渣用于处理软弱地基。由于矿渣的块体强度一般都超过 50MPa，相当或超过一般质量的天然岩石，因此组成矿渣垫层的颗粒

7、 强度完全能够满足地基的要求。一些大型设备基础的混凝土，如高炉 基础、轧钢机基础、桩基础等，都可用矿渣碎石作骨料。（3）矿渣碎石在道路工程中的应用矿渣碎石具有缓慢的水硬性，这个特点在修筑公路时可以利用。 矿渣碎石含有许多小气孔，对光线的漫反射性能好，摩擦系数大，用 它作集料铺成的沥青路面既明亮，制动距离又短。矿渣碎石还比普通 碎石具有更高的耐热性能，更适用于喷气式飞机的跑道上。（4）矿渣碎石在铁路道碴上的应用用矿渣碎石作铁路道碴称为矿渣道碴。我国铁道线上采用矿渣道 碴的历史较久，目前矿渣道碴在我国钢铁企业专用铁路线上已广泛得 到应用。鞍山钢铁公司从1953年开始就在专用铁路线上大量使用矿渣 道

8、碴，现已广泛应用于木轨枕、预应力钢筋混凝土轨枕和钢轨枕等各 种线路，使用过程中没有发现任何弊病。在国家一级铁路干线上的试 用也已初见成效。 6.2钢渣的资源化钢渣是炼钢过程排出的废渣。钢渣是炼钢过程中的必然副产物，其 排出量约为粗钢产量的15%20%。一、钢渣的分类按炼钢所用炉型转炉渣：平炉渣：初期渣、精炼渣、出钢渣和浇钢余渣电炉渣：氧化渣和还原渣按熔渣性质碱性渣：酸性渣按碱度（R）低碱度钢渣（R2.5）按钢渣的形态水淬粒状钢渣块状钢渣粉状钢渣二、钢渣的组成不同的原料、不同的炼钢方法、不同的生产阶段、不同的钢种生产以及不同的炉次等，所排出的钢种的组成与产生量是不同的。（1）转炉钢渣转炉钢渣是钢

9、渣的主要部分，在我国，约占钢渣总量的65%。目前， 生产1吨转炉钢约产生130240kg钢渣。表6-5所示为我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分。表6-5 我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分，%炼钢厂CaOMgOSiO2A12O3FeOFe2O3MnOP2O5f-CaO宝钢 马钢 上钢 邯钢4049 4550 4551 425447 45 512 381317 1011 810 122013 14 0.61 261122 1018 520 418410 710 510 2.5 1356 0.5 2.5 1.5 2.5 1211.4 35 23 0.2 1.329.5 511 410 21

10、0转炉钢渣的矿物组成取决于它的化学成分。当钢渣的碱度R为0.781.8时，主要矿物为CMS（镁橄榄石）、C3MS2（镁蔷薇辉石）。碱度为1.82.5时，主要矿物为C2S（硅酸二钙）及RO相（二价金属氧化物固熔体）。碱度为2.5以上时，主要矿物为C3S（硅酸三钙）、C2S及RO相。不同碱度转炉钢渣的矿物组成如表6-6所示。表6-6 不同碱度转炉钢渣的矿物组成，%碱度C3SC2SCMSC3MS2C2ASCaCO3RO4.24 3.07 2.73 2.62 2.56 2.11 1.245060 3545 3035 2030 1525 少量15 510 2030 1020 2025 2030 5102

11、02520305105101520 1520 35 1520 4050 1520 715（2）平炉钢渣平炉炼钢周期比转炉长，分氧化期、精炼期与出钢期，并且每期终了都要出渣。氧化期排出的渣称初期渣，精炼期排出的渣称精炼渣，出钢后 排出的渣称出钢渣，精炼渣与出钢渣又合称为末期渣。表6-7所示为马鞍山钢铁公司平炉渣化学成分。表6-7 马鞍山钢铁公司平炉渣化学成分，%渣种CaOMgOSiO2FeOFe3O4MnOA12O3P2O5初期渣 精炼渣 出钢渣1830 4255 506058 612 47934 1020 10182731 1020 61045 511 4623 12 1212 25 2361

12、1 38 37目前，每生产1吨平炉钢约产生钢渣170210kg，其中初期渣约占 60%，精炼渣占10%，出钢渣占30%。 平炉钢渣矿物组成与转炉钢渣组成规律基本相似，CaO含量低、碱度 小的初期钢渣，矿物组成以橄榄石、蔷薇辉石为主；CaO含量高、碱度大 的末期渣，矿物组成主要是C3S、C2S及RO相。（3）电炉钢渣电炉炼钢是以废钢为原料，主要生产特殊钢。电炉生产周期也长，分氧化期和还原期，并分期出渣，所出渣分别称氧化渣和还原渣。 表6-8所示为成都钢铁厂和上钢电炉渣的化学成分，其特征是氧化渣中氧化钙含量低，氧化亚铁含量高，而还原渣则相反。电炉钢渣矿物组 成规律与平炉渣相似。目前，每生产1吨电炉

13、钢约产生150200kg的钢渣，其中氧化渣约占55%。表6-8 电炉钢渣化学成分，%单位渣种CaOMgOSiO2FeOA12O3MnOP成钢 上钢氧化渣 还原渣2933 44551214 8131517 11201922 0.51.534 1018450.20.4三、钢渣的性质钢渣是一种由多种矿物组成的固熔体，其性质与其化学成分有密切的关系 。（1）密度 由于钢渣含铁较高，因此比高炉渣密度高，一般在3.1 3.6g/cm3。（2）容重 钢渣容重不仅受其密度影响，还与粒度有关。通过80目标准筛 的渣粉，平炉渣为2.172.20g/cm3，电炉渣为1.62 g/cm3左右，转炉渣为1.74 g/c

14、m3左右。（3）易磨性 由于钢渣致密，因此较耐磨。易磨指数：标准砂为1，钢渣 为0.96，而高炉渣仅为0.7，钢渣比高炉渣要耐磨。（4）活性 C3S、C2S等为活性矿物，具有水硬胶凝性。当钢渣中成分比 值（碱度）R大于1.8时，便含有60%80%的C3S和C2S，并且碱度值的提 高，C3S含量也增加，当碱度达到2.5以上时，钢渣的主要矿物为C3S。用碱 度高于2.5的钢渣加10%的石膏研磨制成的水泥，强度可达325号。因此， C3S和C2S含量高的高碱度钢渣，可作水泥生产原料和制造建材制品。（5）稳定性 钢渣含游离氧化钙(f-CaO)、MgO、C3S、C2S等，这些 组分在一定条件下都具有不稳

15、定性。碱度高的熔渣在缓冷时，C3S会 在1250到1100时缓慢分解为C2S和f-CaO；C2S在675时-C2S要 相变为-C2S，并且发生体积膨胀，膨胀率达10。 另外，钢渣吸水后，f-CaO要消解为Ca(OH)2，体积将膨胀100 300，MgO会变成氢氧化镁，体积也要膨胀77。因此，含f-CaO 、MgO的常温钢渣是不稳定的，只有f-CaO、MgO消解完或含量很少时，才会稳定。钢渣的不稳定性，使在处理和应用钢渣时必须注意以下几点：用作生产水泥的钢渣C3S含量要高，因此在处理时最好不采用缓冷技术；含f-CaO高的钢渣不宜用作水泥和建筑制品生产及工程回填材料； 利用f-CaO消解膨胀的特点

16、，可对含f-CaO高的钢渣采用余热自解的处理技术。 6.2.2钢渣的资源化途径钢渣的性质不同，利用途径不同。如含磷高的钢渣适宜作磷肥、含磷低的钢渣可作钢铁冶炼的熔剂、碱度高的钢渣适宜作水泥原料等。目前经济效果较好的是将钢渣作高炉、转炉炉料，在钢铁厂内循环使用。一、钢渣中选渣钢钢渣经破碎、磁选、筛分等分选技术可回收其中90%以上的废钢。磁选出的渣钢，一般含铁在55%以上。钢渣机械破碎回收渣钢 钢渣中选渣铁钢渣自磨分选回收渣钢100mm300mm钢渣格筛双层振动筛 磁选机破碎机磁选机双层振动筛 规格渣击碎机20mm磁选机破碎机100mm300mm落锤来料 ISC来料 喷溅炉下渣300mm孔筛100/30mm孔筛返回落锤磁选机2号破碎机磁