矿渣微粉的生产工艺技术——高炉水渣的综合利用

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

幸福交响曲

厂名	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	S
AG	38.28	8.40	一期缝合1.57	0.48	42.66	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	43.30	5.20	/
SG	38.13	12.22	0.73	1.08	35.92	10.33	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%；

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月霍尔式角度传感器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）

初步设计深度

序号	项目		指标
			S105	S95 黄冈职业学院	S75
1	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	＞105	＞95	＞75
5	流动度比（%）		＞85	＞90	＞95
6 聚砜	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