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钢渣是冶金工业中产生的废渣,工业固废之一,其产生率为粗钢产量的8%~15%,2012年全世界排钢渣量约1.8亿t。中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增,因此,钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。国家“十一五”发展规划中指出,钢渣的综合利用率应达86%以上,基本实现“零排放”。然而,中国目前综合利用的现状与该规划相差甚远,尤其是素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10%~20%。国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理,致使大量钢渣占用土地,污染环境。然而钢渣并非不可用固体废弃物,其中含有大量的渣钢、氧化钙、铁以及氧化镁等可利用组分。
1钢渣用于冶金原料
01回收废钢铁
钢渣中含有较大数量的铁,平均质量分数约为25%,其中金属铁约占10%。磁选后,可回收各粒级的废钢,其中大部分含铁品位高的钢渣作为炼钢、炼铁原料。
02钢渣用作烧结材料
由于转炉钢渣中含40%~50%的CaO,用其代替部分石灰石作烧结配料,不仅可回收利用钢渣中残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、稀有元素(V、Nb等)等,而且可使转鼓指数和结块率提高并有利于烧结造球及提高烧结速度。钢渣中Fe、FeO在氧化反应过程中产生的热量可降低烧结矿燃料消耗。
03钢渣用作高炉熔剂
转炉钢渣中含有40%~50%的CaO、6%~10%的MgO,将其回收作为高炉助溶剂可代替石灰石、白云石,从而节省矿石资源。另外,由于石灰石(CaCO3)、白云石[CaMg(CO3)2]分解为CaO、MgO的过程需耗能,而钢渣中的Ca、Mg等均以氧化物形式存在,从而节省大量热能。
04钢渣用作炼钢返回渣料
钢渣返回转炉冶炼可降低原料消耗,减少总渣量。对于冶炼本身还可促进化渣,缩短冶炼时间。
2钢渣用于道路工程
01钢渣生产水泥及混凝土掺合料
钢渣中含有具有水硬胶凝性的硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)及铁铝酸盐等活性矿物,符合水泥特性。因此可以用作生产无熟料水泥、少熟料水泥的原料以及水泥掺合料。
钢渣水泥具有耐磨、抗折强度高、耐腐蚀、抗冻等优良特性。
02钢渣代替碎石和细骨料
钢渣碎石具有强度高、表面粗糙、耐磨和耐久性好、容重大、稳定性好、与沥青结合牢固等优点,相对于普通碎石还具有耐低温开裂的特性,因而可广泛用于道路工程回填。钢渣作为铁路道渣,具有不干扰铁路系统电讯工作、导电性好等特点。由于钢渣具有良好的渗水和排水性,其中的胶凝成分可使其板结成大块。钢渣同样适于沼泽、海滩筑路造地。
3新型建筑材料工程应用
01新型混凝土
通过磨细加工,使工业废渣的活性提高并作为一种混凝土用掺合料进入混凝土的第6组分——矿物细掺料。细磨加工不仅使渣粉颗粒减小,增大其比表面积,使渣粉中的f-CaO进一步水化以提高渣粉稳定性,还伴随着钢渣晶格结构及表面物化性能变化,使粉磨能量转化为渣粉的内能和表面能,提升钢渣胶凝性。利用钢渣微粉与高炉矿粉相互间的激发性,加以适当的激发剂可配制出高性能的混凝土胶凝材料。同时,根据不同的使用要求,还可配制出道路混凝土(抗拉强度高,耐磨、抗折、抗渗性好)、海工混凝土(良好的渗水、排水性,海洋生物附着率高)等系列产品。
02碳化钢渣制建筑材料
造成钢渣稳定性不好的主要因素是游离氧化钙和游离氧化镁,它们都可以和CO2进行反应,且钢渣在富CO2环境下,会在短时间内迅速硬化。利用这种性质,可利用钢渣制成钢渣砖,再次用到不同的建筑中,其重要意义在于碳化养护材料的物理化学性能得到了重大改进。与此同时,有效控制了CO2的排放,改善温室效应。
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