张岩松
[摘 要]:矿渣作为冶金工业的副产品,每年产量巨大,超细矿渣粉具有良好的水化性能,用超细矿渣粉制备水泥,代替水泥制备高性能混凝土,乃至发展无熟料水泥,是水泥工业可持续发展的方向。将矿渣单独粉磨成超细微粉,已成为水泥生产的必然和发展趋势。 [关键词]:矿渣微粉 粒化高炉矿渣 水泥 立式磨
一、前言:
水泥工业和钢铁工业一样,属于基础工业,在国民经济中占有重要地位,同时也是主要的能源消耗大户之一。为了减少对自然资源的过度消耗,保护生态环境,水泥企业一直都在利用工业废渣,如粒化高炉矿渣、粉煤灰等,其中以粒化高炉矿渣的利用最为普及,且效果最佳,但大多数都用做水泥掺合料或生产矿渣水泥。利用矿渣微粉制备高性能混凝土作为一项新技术,其应用不到十年。
由于矿渣微粉生产成本低,销售价格低于水泥价格,而且是高性能混凝土的优质原料,适用于大型的商品混凝土搅拌站,它可等量代替各种混凝土中的水泥用量,同时它作为混凝土的改性剂,可明显改善混凝土的性能,具有良好的经济效益和社会效益。
二、矿渣性能:
1 矿渣的化学成分
“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中,除了铁矿石和燃料(焦炭)之外,为降低冶炼温度,还要加入适当数量的石灰石和白云石作为助熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化,生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物,浮在铁水表面,定期从排渣口排出,经空气或水急冷处理,形成粒状颗粒物,这就是粒化高炉矿渣,简称:矿渣。每生产一吨生铁,要排出0.3~1吨矿渣。
我国部分钢铁厂的高炉矿渣化学成分列入表1,从表中可以看出,矿渣的化学成分与水泥熟料相似,只是氧化钙含量略低。
表1 我国部分钢铁厂的高炉矿渣化学成分
厂名 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MnO | CaO | MgO | S |
AG | 38.28 | 8.40 | 1.57 | 0.48 | 42.66 | 烧烤车7.40 | / |
AG | 32.27 | 9.90 | 2.25 | 11.95 | 39.23 | 2.47 | 0.72 |
BG | 40.10 | 8.31 | 0.96 | 1.13 | 43.65 | 5.75 | 0.23 |
BG | 41.47 | 6.41 | 2.08 | 0.99 | 木醋43.30 | 5.20 | / |
SG | 38.13 | 12.22 | 0.73 | 1.08 | 35.92 | 10.33 | 激光平台1.10 |
WG | 38.83 | 12.92 | 1.46 | 1.95 | 38.70 | 4.63 | 0.05 |
JG | 27.02 | 15.13 | 2.08 | 17.74 | 33.15 | 2.31 | / |
| | | | | | | |
未经淬水的矿渣,其矿物形态呈稳定形的结晶体,这些结晶体除少部分C2S尚有一些活性外,其它矿物基本上不具有活性。如经淬水急冷,由于液相粘度在很短的时间内很快增大,阻滞了晶体成长,形成了玻璃态结构,就使矿渣处于不稳定的状态。因而具有较大的潜在化学能。出渣温度愈高,冷却速度愈快,则矿渣玻璃化程度愈高,矿渣的潜在化学能愈大,活性也愈高。因此,经水淬急冷的高炉矿渣的活性比未经水淬的矿渣活性要高一些。
2 矿渣的品质要求
国家标准(GB/T203-94)对粒化高炉矿渣质量要求规定如下:
①粒化高炉矿渣的质量系数K应不小于1.2。
②粒化高炉矿渣中锰化合物的含量,以MnO计不得超过4%;锰铁合金粒化高炉矿渣的MnO允许放宽到15%;硫化物含量(以硫计)不得超过3%;氟化物含量(以氟计)计不得大于2%。
③粒化高炉矿渣的松散容重不大于1.2kg/L;最大直径计不得超过100mm;大于10mm颗粒含量(以重量计)不大于8%。
④粒化高炉矿渣不得混有外来夹杂物,铁尘泥、未经淬冷的块状矿渣等。
⑤矿渣在未烘干前,其贮存期限,从淬冷成粒时算起,不宜超过3个月。
国家标准(GB/T18046-2000)《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》有如下规定:
①粒化高炉矿渣粉(简称矿渣粉)定义:符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨(或添加少量石膏一起粉磨)达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。矿渣粉粉磨时允许加入助磨剂,加入量不得大于矿渣粉质量的1%。
②矿渣粉密度不小于2.8g/cm3;比表面积不小于350m2/kg。
③矿渣粉共分为三级。S105、S95和S75,他们对应的活性指数7天不小于95%、75%和55%,28天不小于105%、95%和75%。流动度比小于85%、90%和95%。
④矿渣粉含水量不大于1.0%;
⑤三氧化硫不大于4.0%;
⑥氯离子不大于0.02%;
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⑦烧失量不大于3.0%。
三、矿渣微粉的标准及性能:
1 矿渣微粉的标准
1998年国内第一个矿渣微粉的标准《砂浆、混凝土用粒化矿渣微粉》由作为地方标准的上海市发布实施,1999年上海又出台了地方标准《粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用规程》。我国于2000年12月1日起实施国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》(GB/T10846-2000)。2002年12月1日起又实施了《高强、高性能混凝土中用矿物外加剂国家标准》。在该标准中正式将矿渣微粉命名为“矿物外加剂”纳入混凝土第六组份。矿渣微粉品质指标见表2。
表2 矿渣微粉的品质指标(GB/T10846-2000)
序号 | 项目 | 指标 |
S105 | S95 | S75 |
1 | 园林音箱 比重g/cm3 | ≥2.8 | ≥2.8 | ≥2.8 |
2 | 比表面积m2/kg | ≥350 | ≥350 | ≥350 |
3 | 抗压强度 (MPa) | 7d | - | >32.5 | >42.5 |
28d | >52.5 | >62.5 | >72.5 |
4 | 活性指标 Sai(%) | 7d | ≥95 | ≥75 | ≥55 |
28d | 加油站三次油气回收>105 | >95 | >75 |
5 | 流动度比(%) | >85 | >90 | >95 |
6 | SO3 | ≤4.0 |
7 | 烧失量(Loss%) | ≤3.0 |
8 | MgO | ≤1.0 |
9 | Cl-(%) | ≤0.02 |
| 当高炉矿渣未掺助磨剂时,不掺石膏时Cl-免检 |
10 | 含水量(%) | ≤1 |
| | | | | |
在2002年12月1日起实施的国家标准中,有一些参数做了修改。目前企业生产的矿渣微粉,比表面积控制在420-450m2/kg之间。
2 矿渣微粉的性能
矿渣微粉作为混凝土的第六组分——矿物外加剂,可等量代替水泥,直接掺加在商品混凝土中,根据活性和比表面积的不同,一般掺加量在20~40%,掺入矿渣微粉的混凝土,性能明显得到改善,它具有以下优点:
① 搅拌初期易于控制混凝土的流变性,提高混凝土的流动度,泵送性能好;
② 降低水化热;
③ 减少混凝土中水泥的需求量,增加混凝土的后期强度;
④ 抗硫酸盐侵蚀性强,因为掺加了矿渣微粉的混凝土中C3A含量降低,相应的,水化时减少了Ca(OH)2的含量,因而抗硫酸盐侵蚀性能增加;
⑤ 抗碱骨料反应;