鋼渣礦渣水泥

鋼渣礦渣水泥的發(fā)展基于堿礦渣水泥與鋼渣石膏水泥兩個方面。堿礦渣水泥是前蘇聯(lián)的烏克蘭基輔建筑工程學院于1957年提出的,它用堿金屬化合物與礦渣相混合而成。這種方法是模仿天然沸石的形成過程,即類似于地球表層中礦物的形成,如沸石、云母、水合云母等。地球表層主要由基于鈣—鈉—鉀—鋁硅酸鹽形成的巖石礦物組成,它們非常穩(wěn)定,具有強抗腐能力。前蘇聯(lián)于1960年開始了堿礦渣水泥及其混凝土的中間試驗,并在1964年開始工業(yè)化生產,1977～1979年間實現了堿礦渣水泥生產及性能檢驗的標準化。研究表明:可溶性的堿金屬化合物(苛性鈉、非硅酸鹽、硅酸鹽和鋁酸鹽)以及不含鈣的鋁硅酸鹽系統(tǒng)(特定的礦渣和火山灰、燒巖石、燒粘土)和鈣膠凝系統(tǒng)(石灰、硅酸鹽和鋁硅酸鹽水泥,高爐礦渣及高鈣火山灰、鋼渣)都可以形成水泥膠凝體系,它在水里、自然條件及蒸養(yǎng)、蒸壓下都可以凝結與硬化。這樣就擴大了堿礦渣水泥的原料范圍,粉煤灰、爐渣、磷渣、鋼渣等許多工業(yè)廢渣都可以加以利用,即凡天然或人工的鋁硅酸鹽原料,在強堿作用下能水解成穩(wěn)定水化物的,原則上都可以作為堿激發(fā)的原料。當堿、礦渣兩組份配合時稱為堿礦渣水泥,當堿與更多的原料配合時則稱為堿激發(fā)多組份水泥。而上述的膠凝系統(tǒng)中因為都含有堿金屬組份,因而可以統(tǒng)稱為堿膠凝材料。鋼渣石膏水泥則最早出現在我國,這種20世紀60年代出現的兩組份水泥雖然有一定機械強度,但水化速度慢,早期強度低,凝結時間長,且鋼渣中的游離氧化鈣易導致水泥的安定性不良。70年代初期,在上述水泥中加入了礦渣,解決了安定性問題,并提高了后期強度,但早期強度低、凝結緩慢的問題仍未解決。70年代后期,又在鋼渣、礦渣、石膏體系中加入了少量硅酸鹽水泥熟料,提高了水泥的早期強度,統(tǒng)籌了其凝結時間,使得該水泥有了較大的發(fā)展。從80年代后期,研究人員結合堿膠凝材料的理論,在石膏、熟料兩種激發(fā)劑的基礎上,又引入了堿金屬化物,即用硫酸鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉(鉀)進行聯(lián)合激發(fā),取得了良好的結果,并降低了熟料用量。進入90年代,由于激發(fā)劑技術的發(fā)展,即使不用熟料,也能使鋼渣礦渣水泥獲得良好的性能,使這類水泥發(fā)展到了一個新階段。也即堿膠凝材料的物理化學基礎理論,賦予了鋼渣礦渣水泥新的生命力。

(1)zk泥中三氧化硫的含量不超過4%。

(2)細度：水泥的比表面積不小于350m2/kg。也可以用篩析法進行細度測定，其指標為80阻rn方孔篩篩余量不超過8%。仲裁時，以比表面積法為準。

(3)凝結時間：初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于12h。

(4)安定性：用GB 1346--2001的方法檢驗，必須合格。

以平爐、轉爐鋼渣(簡稱鋼渣)和粒化高爐礦渣為主要組分，加入適量硅酸鹽水泥熟料、石膏(或其他外加劑)，磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為鋼渣礦渣水泥。

水泥中鋼渣的最少摻入量(以質量計)不少于30%，鋼渣和高爐礦渣的總摻入量不少于60%。鋼渣必須符合YB/T 148～1998的規(guī)定，?；郀t礦渣必須符合GB,rI"203～1994的規(guī)定，石膏必須符合GB/T 5483--1996的規(guī)定。采用燒石膏時，其無水硫酸鈣含量應不少于80%。

硅酸鹽水泥熟料中的氧化鎂含量不超過5%，游離氧化鈣含量不超過3%，熟料強度等級不低于52．5。

鋼渣用于冶金原料

1）回收廢鋼鐵，鋼渣中含有較大數量的鐵，平均質量分數約為25%，其中金屬鐵約 占10%。磁選后，可 回 收 各粒級的廢鋼，其中大部分含鐵品位高的鋼渣作為煉鋼、煉鐵原料。

2）鋼渣用作燒結材料，由于轉爐鋼渣中含40%～50%的CaO，用其代替部分石灰石作燒結配料，不僅可回收利用鋼渣中殘鋼、氧 化 鐵、氧 化 鈣、氧 化 鎂、氧 化 錳、稀 有 元 素（V、Nb等）等，而且可使轉鼓指數和結塊率提高并有利于燒結造球及提高燒結速 度。鋼渣中Fe、FeO在氧化反應過程中產生的熱量可降低燒結礦燃料消耗。

3）鋼渣用作高爐熔劑，轉爐鋼渣中含有40% ～50%的CaO、6% ～10%的MgO，將其回收作為高爐助溶劑可代替石灰石、白云石，從而節(jié)省礦石資源。

另外，由于石灰石（CaCO3）、白云石[CaMg（CO3）2]分解為CaO、MgO的過程需耗能，而鋼渣中的Ca、Mg等均以氧化物形式存在，從而節(jié)省大量熱能 。

4）鋼渣用作煉鋼返回渣料，鋼渣返回轉爐冶煉可降低原料消耗，減少總渣量。對于冶煉本身還可促進化渣，縮短冶煉時間。

鋼渣用于道路工程

1）鋼渣生產水泥及混凝土摻合料，鋼渣中含有具有水硬膠凝性的硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）及鐵鋁酸鹽等活性礦物，符合水泥特性。因此可以用作生產無熟料水泥、少熟料水泥的原料以及水泥摻合料 。鋼渣水泥具有耐磨、抗折強度高、耐腐蝕、抗凍等優(yōu)良特性。

2）鋼渣代替碎石和細骨料，鋼渣碎石具有強度高、表面粗糙、耐磨和耐久性好、容重大、穩(wěn)定性好、與瀝青結合牢固等優(yōu)點，相對于普通碎石還具有耐低溫開裂的特性，因而可廣泛用于道路工程回填。鋼渣作為鐵路道渣，具有不干擾鐵路系統(tǒng)電訊工作、導電性好等特點。由于鋼渣具有良好的滲水和排水性，其中的膠凝成分可使其板結成大塊。鋼渣同樣適于沼澤、海灘筑路造地。

新型建筑材料工程應用

1）新型混凝土，通過磨細加工，使工業(yè)廢渣的活性提高并作為一種混凝土用摻合料進入混凝土的第6組分———礦物細摻料 。細磨加工不僅使渣粉顆粒減小，增大其比表面積，使渣粉中的f－CaO進一步水化以提高渣粉穩(wěn)定性，還伴隨著鋼渣晶格結構及表面物化性能變化，使粉磨能量轉化為渣粉的內能和表面能，提升鋼渣膠凝性。利用鋼渣微粉與高爐礦粉相互間的激發(fā)性，加以適當的激發(fā)劑可配制出高性能的混凝土膠凝材料。

同時，根據不同的使用要求，還可配制出道路混凝土（抗拉強度高，耐磨、抗折、抗?jié)B性好）、海工混凝土（良好的滲水、排水性，海洋生物附著率高）等系列產品。

2）碳化鋼渣制建筑材料，造成鋼渣穩(wěn)定性不好的主要因素是游離氧化鈣和游離氧化鎂，它們都可以和CO2進行反應，且鋼渣在富CO2環(huán)境下，會在短時間內迅速硬化。利用這種性質，可利用鋼渣制成鋼渣磚，再次用到不同的建筑中，其重要意義在于碳化養(yǎng)護材料的物理化學性能得到了重大改進。與此同時，有效控制了CO2的排放，改善溫室效應。

鋼渣制微晶玻璃

礦渣微晶玻璃自20世紀60年代研發(fā) 出來以后，在許多國家形成了規(guī)?；a。程金樹等 以還原性鋼渣為主要原料研制出了外形美觀的微晶玻璃花崗巖。陳惠君等 以粉煤灰和鋼 渣為主要原料，研制出以鈣、鐵灰石為主晶相的微晶玻璃。

鋼渣在環(huán)境工程方面的應用

鋼渣較高的堿性和較大的比表面積可用于處理廢水。研究表明，鋼渣具有化學沉淀和吸附作用。在鋼 渣 處 理含鉻廢水研究中，鉻的去除率達到99%。鋼渣處理含鋅廢水的研究中，鋅的去除率達98%以上，處理后的廢水達到GB　897888污水綜合排放標準。鋼渣處理含汞廢水的研究中，汞的去除率達到90．6%。其研究結果 為解決海洋 汞污染提供了一種有效途徑。鋼渣還可用于處理含磷廢水及含其他重金屬廢水。

鋼渣在農業(yè)上的應用

鋼渣作為堿性渣可以用于酸性土壤中，其中的CaO、MgO可改良土壤土質。含磷高的鋼渣也可用于缺磷堿性土壤中并增強農作物的抗病蟲害能力。硅是水稻生長需求量最大的元素，SiO2含 量 高 于15%的鋼渣可作硅肥。

其他用途

鋼渣還可生產免燒磚、鑄造砂、水泥膨脹劑、制流態(tài)砂硬化劑等。

鋼渣的主要礦物組成為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵酸二鈣、RO（鎂、鐵、錳的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔體）、游離石灰（f－CaO）等。

鋼渣的礦物組成不盡相同，其影響因素在于鋼渣本身的化學成分及堿度。

雖然鋼渣的應用方向廣泛，鋼渣資源化應用技術的開發(fā)也取得了一定的進展。但總體而言，中國鋼渣的利用率仍然較低，這源于鋼渣應用的眾多制約因素。

根據中國鋼渣的利用情況，應對以下幾個方面進行更為深化的研究：

1）對鋼渣成分和性能進行深入了解，為鋼渣的開發(fā)利用提供理論依據。

2）加強鋼渣處理技術的研究，以解決鋼渣內所含的游離氧化鈣（f－CaO）和氧化鎂（MgO）遇水后易膨脹的問題，還有由于鋼渣中的Ca、Si、Al三大元素相對偏低，所形成的硅酸鹽總量與水泥熟料相差過大（近45%）的問題。

3）通過推廣鋼渣作冶煉（燒結、高爐、煉鋼）熔劑的應用技術，充分利用其中所含的鐵、鈣、鎂、錳等成分的同時，還可以節(jié)省大量能源。加強鋼渣作回填和筑路材料的研究。

4）由于鋼渣中的硅酸二鈣和硅酸三鈣礦物結晶完整，晶粒粗大致密，粉磨的細度難以達到要求。所以，制造高性能鋼渣微粉的難點在于開發(fā)針對鋼渣的特殊磨粉工藝和設備。

鋼渣是一種“放錯了地方的資源”。鋼渣的綜合利用不但可以消除環(huán)境污染，還能夠變廢為寶創(chuàng)造巨大的經濟效益，是可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，對國家、對社會都具有十分重要的意義。