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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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1.01.2,t,高炉矿渣；,用富铁矿炼铁时，每吨生铁只产出0.25,t,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,高温的熔融体,我国高炉渣大部分接近中性矿渣（,M,o,=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,M,o,表示）,碱性,矿渣,：碱性率,M,o,1,的矿渣,中性,矿渣,，碱性率,M,o,=1,的矿渣；,酸性,矿渣,，碱性率,M,o,1,的矿渣,按冶炼生铁的种类,铸造生铁,矿渣,：冶炼铸造生铁时排出的矿渣,炼钢生铁,矿渣,：冶炼供炼钢用生铁时排出的矿渣,特种生铁,矿渣,：用含有其他金属的铁矿石熔炼生铁时排出的矿渣。,二、高炉矿渣的化学组成,高炉渣含有15种以上化学成分，但主要是,CaO、MgO、Al,2,O,3,、SiO,2,四种，它们约占高炉渣总重量的95%。,CaO,和,MgO,主要来自助熔剂，,SiO,2,和,Al,2,O,3,主要来自铁精矿中的脉石和焦炭中的灰分。,由于铁精矿品位及冶炼生铁的种类不同，高炉渣的化学成分波动较大。一般，生产过程主要控制分析,SiO,2,、Al,2,O,3,、CaO、MgO、FeO、MnO、S,七项指标，对一些特殊的高炉渣还需分析,TiO,2,、V,2,O,5,、Na,2,O、BaO、P,2,O,5,、Cr,2,O,3,、Ni,2,O,3,等。在冶炼炉料固定和冶炼正常时，高炉渣的化学成分变化不大，对综合利用有利。,高炉渣属于硅酸盐材料，它的组成与,天然岩石,和,硅酸盐水泥,相似，表6.1所示为我国大部分钢铁厂高炉渣的化学成分与天然岩石和硅酸盐水泥化学成分比较。,表6.1 我国高炉渣与天然岩石、硅酸盐水泥化学成分比较（质量%）,名称,CaO,SiO,2,Al,2,O,3,MgO,MnO,FeO,TiO,2,V,2,O,5,S,普通渣,3849,2642,617,113,0.11,0.070.89,0.21.5,高钛渣,2346,2035,915,210,1,2029,0.10.6,1.9,为高活性矿渣,k,=1.61.9,是中活性矿渣,k,0.25,为活性矿渣,M,c,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，也能产生膨胀，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%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21202160,kg/m,3,。,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3,mm,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50,MPa，,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130240,kg,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,CaO,MgO,SiO,2,A1,2,O,3,FeO,Fe,2,O,3,MnO,P,2,O,5,f-,CaO,宝钢,马钢,上钢,邯钢,4049,4550,4551,4254,47,45,512,38,1317,1011,810,1220,13,14,0.61,26,1122,1018,520,418,410,710,510,2.513,56,0.52.5,1.52.5,12,11.4,35,23,0.21.3,29.5,511,410,210,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）、,C,3,MS,2,（,镁蔷薇辉石）。碱度为1.82.5时，主要矿物为,C,2,S（,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,C,3,S（,硅酸三钙）、,C,2,S,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,C,3,S,C,2,S,CMS,C,3,MS,2,C,2,AS,CaCO,3,RO,4.24,3.07,2.73,2.62,2.56,2.11,1.24,5060,3545,3035,2030,1525,少量,15,510,2030,1020,2025,2030,510,2025,2030,510,510,1520,1520,35,1520,4050,1520,715,（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,CaO,MgO,SiO,2,FeO,Fe,3,O,4,MnO,A1,2,O,3,P,2,O,5,初期渣,精炼渣,出钢渣,1830,4255,5060,58,612,47,934,1020,1018,2731,1020,610,45,511,46,23,12,12,12,25,23,611,38,37,目前，每生产1吨平炉钢约产生钢渣170210,kg，,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吨电炉钢约产生150200,kg,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,CaO,MgO,SiO,2,FeO,A1,2,O,3,MnO,P,成钢,上钢,氧化渣,还原渣,2933,4455,1214,813,1517,1120,1922,0.51.5,34,1018,45,0.20.4,三、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3.13.6,g/cm,3,。,（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2.172.20,g/cm,3,，,电炉渣为1.62,g/cm,3,左右，转炉渣为1.74,g/cm,3,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、C
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