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1、钢渣处理技术 及钢渣微粉应用,主讲：马晓健,一、钢铁固体废弃物基本情况 二、固体废弃物的利用现状 三、钢渣的特性 四、钢渣的主要加工处理工艺 五、钢渣加工处理存在的问题 六、钢渣的深加工 七、钢渣在水泥中的应用 八、制约钢渣在水泥中利用的关键 九、钢渣微粉技术 十、 钢渣微粉应用技术,目 录,钢铁生产过程中产生的固体废弃物主要有：高炉渣、钢渣、含铁尘泥（含氧化铁皮、除尘灰、高炉瓦斯灰等）、粉煤灰、石膏、废耐火材料,一、钢铁固体废弃物的基本情况,固体副产品的利用现状,烧结除尘,水渣、干渣,瓦斯泥,转炉渣,OG,泥,电炉除尘,电炉渣,粉煤灰,氧化铁皮,LT压块,筑路、保温剂,水泥、陶瓷,矿渣棉、铺
2、路,烧结,返回烧结,返回转炉造渣,水泥,烧结、三脱、磁性材料,烧结、脱硅,粒铁回收、返回、建材,烧,结,高,炉,转,炉,电,炉,电,厂,冷,热,轧,废耐材,再利用,固废已从初期的存放处置、简易分选利用和出售逐步发展到现在的采用新技术处理、返回生产系统和高附加值利用，综合处置利用率已达到98%以上，返生产利用率达到22%以上。 下面我们主要讲一下与我们有关的高炉渣与钢渣的相关情况，以免在工作中对两者进行混淆！,二、固体废弃物的利用现状,高炉渣是高炉在炼铁过程中产生的固体废渣，也是企业最多的冶金渣资源。高炉平均产渣量吨铁产250-400kg，占工业固废总量的42.43%。高炉渣中，其中水渣占97%
3、，干渣占3%。,（一）高炉渣,高炉渣,高炉渣的利用途径,钢渣是转炉、电炉在炼钢过程中产生的固体废渣，产生量约为每吨钢100150kg，约占工业固体废弃物总量的24。,（二）钢渣,返烧结工序用作原料使用 返高炉作溶剂使用 返转炉作原料使用 返炼钢作冶金用渣罐格栅,（1）钢渣内部利用,转炉钢渣用于道路工程 转炉钢渣用于生产建材 钢渣用于地基回填和软土地基加固 钢渣用于生产钢渣肥料和土壤改良剂 钢渣在海洋工程的应用 钢渣在污水处理上的应用 钢渣在人工湿地水处理系统中的应用,（2）钢渣外部利用,渣的外观形态随着成分和冷却条件的不同而不同。碱性低的钢渣气孔多，重量呈黑色光泽；碱性高的钢渣呈灰黑色，结构较
4、密实，在高温熔融状态下，进行热焖后的钢渣成粉粒状，自然冷却的钢渣成块状或粒状。,三、钢渣的特性,主要有：硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙，接近普通硅酸盐水泥熟料，具有水硬性的基础条件。由于钢渣的生成温度过高，并溶入了较多的FeO、MgO等杂质结晶较完善，使得这些矿物与水泥中的相同矿物相比活性要低的多。钢渣中含有大量不稳定的游离MgO和f-Ca0、FeO，而且f-CaO形成温度较高、结晶较好，因而活性较低。此外，钢渣质地坚硬难破碎，化学成分波动大、富镁铁等特点限制了钢渣应用。,（一）钢渣主要矿物组成,TFe含量3034%；SiO2含量1416%；CaO含量4244%；MgO含量67%,（二）钢渣粉
5、的化学成份,钢渣粉的容重：1.6t/m3 钢渣粉硬度：f= 910 所供钢渣粉粒度：012mm,（三）钢渣粉的物理机械性质,钢渣中的活性组分是其所含的C3S、C2S、C3A及铁铝酸盐等矿物。作为一种具有潜在活性的胶结材料，高碱度钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙和硅酸三钙，两者含量在50以上，同样都具有发生如下水化反应的能力： 2(3CaOSi02)+6H2O3Ca(0H)2+3CaO2Si023H20(水化硅酸钙) (1) 2(2Ca0SiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(0H)2 (2) 3CaOA12O3+6H2O3CaOA12036H20(水化铝酸三钙) (3),
6、（四）钢渣的活性,钢渣的生成温度为1560 以上，而硅酸盐水泥熟料的生成温度在1460左右。由于这些矿物在过高温度下溶入较多的FeO、MgO等杂质结晶较完好，使得这些矿物与水泥中的相同矿物相比活性要低的多。钢渣中含有大量不稳定的游离MgO和f-CaO、FeO，而且由于f-CaO形成温度较高、结晶较好，因而活性较低。,四、钢渣的主要加工处理工艺,钢渣热焖是近年发展起来的一种新型的钢渣处理技术。热焖钢渣处理基本工艺：将炼钢炉前送出的红渣直接倒入渣罐，降温后（钢渣内部不夹液态渣）后倾入焖渣罐，盖上罐盖并配以用适当的喷水工艺。由于钢渣含有一定的余热，大块钢渣在热焖罐内就会龟裂粉化自解，钢和渣自动分离。
7、采用该技术，钢渣粒化效果可获得60%80的小于20mm粒状钢渣。由于采用循环水（配有冷却及沉降池）基本解决了钢渣厂污水外排的难题。热焖后的钢渣含有8%11%的水份，这根本解决了钢渣在磁选和筛分流水线粉尘污染问题。热焖后钢渣中的f-CaO不超过1%，具有较好的易磨性和稳定性，为钢渣后期综合利用打下基础。,（一）钢渣热焖,现在，国内各大炼钢厂基本采用了钢渣热焖生产工艺，解决了钢渣安定性不良的问题，并使钢渣运输、生产过程中的再扬尘问题得到解决，为建设一个环保型的钢渣加工基地，和磁选后大量废弃渣的综合利用提供了技术上的保障。,焖渣处理后的钢渣中含有大量废钢，而钢渣的渣-钢还不能完全分离，因此还需要对钢
8、渣进行进一步的破碎、筛分、磁选等处理，以便使渣-钢彻底分离，充分利用废钢，使钢渣变废为宝。 （二）钢渣湿式磁选 钢渣粉通过湿式粉磨方式，经冲击及研磨实现对钢渣粉中金属铁与渣的分离。分别产出渣精粉及尾渣浆。渣精粉及尾渣浆分别通过螺旋脱水装置，利用机械加重力的过程进行分级脱水，分别得到粗渣精粉和细渣精粉浆；粗尾渣和细尾渣浆。,湿式粉磨与磁选技术相结合，实现颗粒钢与渣的有效分离；浓密与沉降技术相结合，实现渣精粉与尾渣的有效分离；生产线用水可实现94%以上循环应用，符合节约资源产业化政策；尾矿实现有组织排放和资源化利用，达到环保要求。经过处理的渣钢及水选颗粒钢品位达95%以上，精粉含铁量大于65%，尾
9、矿含铁量小于16%。,大多数钢渣采用热焖工艺，但其中电炉精炼渣仍采用热泼工艺，又必须日产日清，受场地小的限制 ，在白天生产的钢渣无法打透水并适当分解，使部分钢渣在高温和干燥状态下装车拉运，出现装车困难和扬尘。,五、钢渣加工处理存在的问题,有些小钢厂仍没有采用密封设施，卸车和处理过程扬尘较重。,处理和运输过程扬尘。 由于钢渣粉碎不全，存在大块钢渣，造成拉运车辆无法盖上密封盖，运输过程出现扬尘和撒漏。热渣烘烤造成对车辆损坏。,尾渣处理混乱，污染也非常严重：由于钢渣的尾渣中仍有13%的金属铁，钢厂周边存在一个普遍现象：钢厂将尾渣外销给周边个体户进行二次选铁，选铁工艺粗放简陋，大量的钢渣，不仅侵占大量
10、土地，而且在堆放过程中易于风化成粉尘，遇水呈碱性，对周围环境造成严重污染。,原有的工艺钢渣中的f-CaO（游离氧化钙）含量在48.5%之间波动，而做建筑材料使用的钢渣要求f-CaO含量必须小于3%。热焖后钢渣中的f-CaO不超过1%，具有较好的易磨性和稳定性，为钢渣后期开发利用打下坚实的基础。,六、钢渣的深加工,（一）国外利用情况钢渣总体利用率相对较高，己接近100%。但在水泥及混凝土方面利用的效率还相当低。钢渣在水泥领域的应用现状：日本的钢渣在水泥生产中的利用率不到6%。德国的钢渣利用率虽高，但基本上全部用作了集料，很少用于水泥。美国在上世纪90年代以前仅1%的水泥生产利用了钢渣。,七、钢渣
11、在水泥中的应用,（二）国内利用情况我国钢渣回收利用率为50-60%。但是按资源性和有效性评定，我国钢渣实际利用率仅为40%左右,而且仅有10%用于建材领域。只有约3%用于水泥。,钢渣具有与硅酸盐水泥熟料相似的矿物组成，理论上分析应该具有较高的胶凝性，在水泥和混凝土方面具有很大的应用潜力。但钢渣在水泥领域的利用量尚不足总排放量的3。主要原因如下。,八、制约钢渣在水泥中利用的关键,钢渣中含有大量不稳定的游离MgO和f-CaO、FeO。游离MgO和f-CaO形成温度较高、结晶较好，因而活性较低，水化很慢，容易造成水泥硬化后期的膨胀。所以钢渣用于生产水泥，必须对其进行预处理，以解决安定性不良问题。,（
12、一）钢渣安定性不良,钢渣的矿物虽与硅酸盐水泥熟料相似，但钢渣经历了过高温度的作用，其矿物活性较水泥熟料中的矿物低的多。另外，钢渣在急冷过程中形成了大量的玻璃体，使钢渣在自然条件下无法与水反应。,（二）钢渣活性较低,钢渣中含有大量的金属铁，使其难以磨细。为使钢渣具有较好的水化活性，必须将钢渣粉磨至一定细度，使得钢渣的处理成本增加。,（三）钢渣易磨性差,水泥中铁含量限制了它的加入量,同时钢渣中氧化镁的含量太高，也限制了钢渣的加入量,氧化镁含量立窑5.0%，悬窑3.5%，为引入钢渣做铁质校正料,水泥厂已对石灰石中氧化镁的控制指标进行了调整,由原来的2.5%下降到了1.8%（世纪创新石灰石的进厂价格是
13、10元/吨，氧化钙48%）。,（四）水泥中成分限制了钢渣的加入量,多数厂家应用的是非磁性渣粉，水选尾矿及污泥因太湿，水分在20%左右，且有粘性，不易晾干，流动性不好，导致下料难，曾用过的厂家现在已拒绝使用。,（五）水分含量高限制了其使用,我们通过近三年调研和分析，结合对终端市场的调查，认为要大量和高效地利用钢渣，用于生产钢渣微粉是解决钢渣终端利用一条有效的途径。,九、钢渣微粉技术,钢渣的矿物组成和硅酸盐水泥熟料矿物组成相似,这是钢渣可用于水泥中做掺和料的可行性的根本原因，也是用以大量、高附加值的用作建筑材料的依据。将钢渣粉磨成微粉，粉磨不仅仅是颗粒减小的过程，同时伴随着晶体结构及表面物理化学性
14、质的变化。,（一）钢渣微粉生产原理,由于物料比表面积增大，粉磨能量中的一部分转化为新生颗粒的内能和表面能，同时晶体的键能也将发生变化，晶格能迅速减小，在晶格能损失的位置产生晶格错位、缺陷、重结晶等，在表面形成易溶于水的非晶态结构，使钢渣与水接触面积的增大；晶格应变提高了钢渣与水作用的活性；钢渣结构发生畸变，结晶度下降使钢渣晶体的结合键能减小，水分子容易进入钢渣内部，加速水化反应。,优化钢渣粉磨加工技术研究，选铁是关键。 钢渣中残留有相当数量的金属铁，钢渣处理的首要目标就是最大限度将金属铁从钢渣中提取出来，返回炼钢或炼铁，节约资源，然后就是如何对选铁后的钢渣进行综合利用，实现炼钢固体废弃物的绿色
15、循环。,（二）钢渣微粉生产工艺技术关键,研究优质化钢渣材料的颗粒组成特性，进行颗粒形貌、粒度分布对性能的影响研究，开展与研究对象及所需性能相适应的粉磨工艺技术研究，选择合适的粉磨设备是关键。,钢渣中小颗粒含铁量高：因钢渣是在炼钢过程中产生的,矿物组成主要为C3S和C2S,纯铁颗粒全部融在矿物中,含铁量高的钢渣进磨前已大部分被除去,含铁量低的大粒径钢渣在被磨机粉磨后分裂成数个粒径不等的小颗粒,由于其它氧化物的颗粒相对好粉磨,小颗粒含铁量高。,（三）钢渣对粉磨系统的影响,磨辊粉磨力不能全部做功：当磨辊的粉磨力作用于磨盘上的物料时,被粉磨的原料实际是通过相互间挤压破碎再相互间填充再挤压的过程达到破碎
16、。当原料颗粒较脆时,挤压力就先将大颗粒挤碎填充到小颗粒中,同时将挤压力传递到小颗粒上,小颗粒受力作用被挤碎。当原料中有部分硬而且韧性大的颗粒,粉磨力在研压这部分颗粒时,颗粒产生塑性变形,大颗粒大部分仅被剪切,而挤压力不能全部有效传递到其它小颗粒上。由于金属铁颗粒的特点是硬而有延展性,并有良好的韧性,当磨辊粉磨力作用于铁颗粒上时,大部分是直接传递到磨盘而不能有效传递到其它脆性物料上,属无效载荷,做的是无用功。无用功增加,粉磨能力就下降。,铁富集的原因 纯铁为一种金属材料,它具有很好的韧性和延展性,按破碎机理有剪切破碎、敲击破碎和挤压破碎。纯铁颗粒破碎主要靠剪切研磨,其颗粒变成符合生料颗粒所需尺寸是一个漫长的过程。 纯铁密度为7.9t/m3,是钢渣的2.4倍,其颗粒被选粉机气流带出系统所需的临界尺寸要比一般物料组成细得多,也就是达到生料临界尺寸的铁颗粒必须再进行数次的剪切研磨后才可被选粉机气流带出系统。 由于纯铁密实易磨性极差,原料进入磨盘后,通过磨辊的挤压,铁质原料很快沉淀到磨盘面上,在离心力的作用下被甩到磨盘边,被挡在挡料圈处不易排出。,
