鋼渣礦渣水泥材料要求

水泥中鋼渣的最少摻入量(以質(zhì)量計(jì))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，粒化高爐礦渣必須符合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(shí)，其無水硫酸鈣含量應(yīng)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(qiáng)度等級不低于52．5。

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(gè)方面。堿礦渣水泥是前蘇聯(lián)的烏克蘭基輔建筑工程學(xué)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(qiáng)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(yàn),并在1964年開始工業(yè)化生產(chǎn),1977～1979年間實(shí)現(xiàn)了堿礦渣水泥生產(chǎn)及性能檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)與硬化。這樣就擴(kuò)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(qiáng)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(dāng)堿、礦渣兩組份配合時(shí)稱為堿礦渣水泥,當(dāng)堿與更多的原料配合時(shí)則稱為堿激發(fā)多組份水泥。而上述的膠凝系統(tǒng)中因?yàn)槎己袎A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(xiàn)在我國,這種20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的兩組份水泥雖然有一定機(jī)械強(qiáng)度,但水化速度慢,早期強(qiáng)度低,凝結(jié)時(shí)間長,且鋼渣中的游離氧化鈣易導(dǎo)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(qiáng)度,但早期強(qiáng)度低、凝結(jié)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(qiáng)度,統(tǒng)籌了其凝結(jié)時(shí)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(jié)合堿膠凝材料的理論,在石膏、熟料兩種激發(fā)劑的基礎(chǔ)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(jìn)行聯(lián)合激發(fā),取得了良好的結(jié)果,并降低了熟料用量。進(jìn)入90年代,由于激發(fā)劑技術(shù)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(gè)新階段。也即堿膠凝材料的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論,賦予了鋼渣礦渣水泥新的生命力。

以平爐、轉(zhuǎn)爐鋼渣(簡稱鋼渣)和?；郀t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(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為鋼渣礦渣水泥。

(1)zk泥中三氧化硫的含量不超過4%。

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

(3)凝結(jié)時(shí)間：初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不得遲于12h。

(4)安定性：用GB 1346--2001的方法檢驗(yàn)，必須合格。

鋼渣用于冶金原料

1）回收廢鋼鐵，鋼渣中含有較大數(shù)量的鐵，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)材料，由于轉(zhuǎn)爐鋼渣中含40%～50%的CaO，用其代替部分石灰石作燒結(jié)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(zhuǎn)鼓指數(shù)和結(jié)塊率提高并有利于燒結(jié)造球及提高燒結(jié)速 度。鋼渣中Fe、FeO在氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量可降低燒結(jié)礦燃料消耗。

3）鋼渣用作高爐熔劑，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)化渣，縮短冶煉時(shí)間。

鋼渣用于道路工程

1）鋼渣生產(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)度高、耐腐蝕、抗凍等優(yōu)良特性。

2）鋼渣代替碎石和細(xì)骨料，鋼渣碎石具有強(qiáng)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(jié)合牢固等優(yōu)點(diǎn)，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(dǎo)電性好等特點(diǎn)。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(jié)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(yīng)用

1）新型混凝土，通過磨細(xì)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(jìn)入混凝土的第6組分———礦物細(xì)摻料 。細(xì)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(jìn)一步水化以提高渣粉穩(wěn)定性，還伴隨著鋼渣晶格結(jié)構(gòu)及表面物化性能變化，使粉磨能量轉(zhuǎn)化為渣粉的內(nèi)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(dāng)?shù)募ぐl(fā)劑可配制出高性能的混凝土膠凝材料。

同時(shí)，根據(jù)不同的使用要求，還可配制出道路混凝土（抗拉強(qiáng)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(chǎn)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(jìn)行反應(yīng)，且鋼渣在富CO2環(huán)境下，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速硬化。利用這種性質(zhì)，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(hù)材料的物理化學(xué)性能得到了重大改進(jìn)。與此同時(shí)，有效控制了CO2的排放，改善溫室效應(yīng)。

鋼渣制微晶玻璃

礦渣微晶玻璃自20世紀(jì)60年代研發(fā) 出來以后，在許多國家形成了規(guī)?；a(chǎn)。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(yīng)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(xué)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(dá)到99%。鋼渣處理含鋅廢水的研究中，鋅的去除率達(dá)98%以上，處理后的廢水達(dá)到GB　897888污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。鋼渣處理含汞廢水的研究中，汞的去除率達(dá)到90．6%。其研究結(jié)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(nóng)業(yè)上的應(yīng)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(zhì)。含磷高的鋼渣也可用于缺磷堿性土壤中并增強(qiáng)農(nóng)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(chǎn)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(xué)成分及堿度。

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

根據(jù)中國鋼渣的利用情況，應(yīng)對以下幾個(gè)方面進(jìn)行更為深化的研究：

1）對鋼渣成分和性能進(jìn)行深入了解，為鋼渣的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

2）加強(qiáng)鋼渣處理技術(shù)的研究，以解決鋼渣內(nèi)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(jié)、高爐、煉鋼）熔劑的應(yīng)用技術(shù)，充分利用其中所含的鐵、鈣、鎂、錳等成分的同時(shí)，還可以節(jié)省大量能源。加強(qiáng)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(jié)晶完整，晶粒粗大致密，粉磨的細(xì)度難以達(dá)到要求。所以，制造高性能鋼渣微粉的難點(diǎn)在于開發(fā)針對鋼渣的特殊磨粉工藝和設(shè)備。

鋼渣是一種“放錯(cuò)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(jīng)濟(jì)效益，是可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，對國家、對社會(huì)都具有十分重要的意義。