钢渣的综合利用研究

钢渣的综合利用研究（共3篇）

钢渣的综合利用研究 篇1

1 钢渣综合利用的发展情况

目前,钢渣综合利用主要有以下几种方式。

1.1 用于冶金原料

1.1.1 烧结原料和配料

钢渣中含有50%以上的氧化钙,作烧结矿助熔剂可部分替代石灰。烧结矿中适量配入钢渣后,可改善烧结矿的质量,使转鼓指数和烧结率提高,风化率降低,成品率增加,还有利于烧结造球和提高烧结速度,并可降低生产成本。

1.1.2 作炼铁炼钢熔剂

钢渣返回高炉使用的目的,主要是利用渣量中的氧化钙替代石灰石。同时回收利用钢渣中的有益成分,节省熔剂消耗,改善高炉渣的流动性,增加炼铁产量。但缺点是钢渣中强碱性物质对高炉寿命有影响,要限量使用。

1.1.3 作炼钢返回渣应用于炼钢

转炉炼钢每吨使用高碱度钢渣25 kg左右,并配合使用白云石,可以使炼钢成渣早,减少初期渣对炉衬的侵蚀,有利于提高炉龄,降低耐火材料消耗。由于减少了石灰的用量节省了石灰石,同时也就减少了游离氧化钙的量,改善了钢渣的物理化学性质,对今后的综合利用创造了有利的条件。

1.1.4 从钢渣中提取回收废钢铁

钢渣中平均含铁为25%左右,废钢10%~15%,经过手选和磁选,可回收各粒级的废钢。其中大部分含铁品位高的渣钢作炼钢、炼铁原料,以减少对自然环境的破坏。

1.2 在建筑方面的应用

目前我国排放的钢渣70%以上都是转炉钢渣,其化学及矿物组成与硅酸盐水泥熟料接近,因而钢渣应用于建筑方面大有潜力。

1.2.1 生产钢渣水泥

钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙和硅酸三钙,高碱度转炉钢渣中两者含量在50%以上,中、低碱度的钢渣中主要为硅酸二钙。钢渣的生成温度在1 560℃以上,而硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1 400℃左右。钢渣的生成温度高,结晶致密,晶粒较大,水化速度缓慢。因此可以将钢渣称为过烧硅酸盐水泥熟料。以钢渣为主要成分,加入一定量的其他掺合料和适量石膏,经磨细而制成的水硬性胶凝材料,称为钢渣水泥。生产钢渣水泥的掺合料可用矿渣、沸石、粉煤灰等。为了提高水泥的强度,有时还可加入重量不超过20%的硅酸盐水泥熟料。

1.2.2 生产钢渣微粉

钢渣是水泥的良好替代品,钢渣粉可等量代替10%~40%的水泥,以降低混凝土的成本,这是钢渣综合利用的一条有效途径。但是,钢渣中含有5%~6%的游离氧化钙(f Ca O),f Ca O是导致钢渣矿渣水泥体积安定性不良的主要因素。将钢渣尾料磨细成表面积为400~550 m2/kg的微粉,其f Ca O将容易在水化过程中释放Ca(OH)2,从而使水泥体积安定性得到改善,并且可以提高水泥的强度。

1.2.3 作水泥掺合料

钢渣中含有硅酸三钙、硅酸二钙等物质,具有水硬胶凝性,同时还含有较高的Fe2O3,很适合替代铁矿粉用于水泥生产的掺合料。一般作水泥掺合料的钢渣要求粒度小于12 mm,掺入量小于10%。

1.2.4 生产钢渣砌块和地面砖

钢渣可以当胶凝材料或骨料,用于生产钢渣砖、地面砖、路缘石、护坡砖等产品。钢渣经过磨细和加入添加剂降低f Ca O的不安定性,亦适合作建筑材料。

1.2.5 作道渣等筑路材料

钢渣经过分选后,一定块度的尾料可用于修筑公路、铁路的基础。粒度均匀、C2S矿物组成及f Ca O、Mg O含量比较低的钢渣粉可作筑路材料。

1.3 用于农业

1.3.1 作钢渣磷肥

钢渣磷肥除了含磷以外还含有多种微量元素,适用于酸性土壤,能改良土壤,提高农作物产量,其有效五氧化二磷为14%~18%。我国的钢、铁渣是一种以硅钙为主的多养分的优质肥料,但是因钢渣中磷含量并不是很高,对钢渣的利用率不高。

1.3.2 应用于土壤改良

由于钢渣是在高碱度条件下进行的冶炼,Ca O含量高,如用于酸性土壤改良,应用前景广阔。

1.4 应用于污水处理

钢渣粉比表面积大,晶格缺陷严重,自由能高,用于含重金属离子废水的处理,可达到“以废治废”的效果。用钢渣处理污水既有过滤作用,又有吸附剂作用。

2 钢渣综合利用的意义

2.1 生产过程的意义

可持续发展及绿色制造[1]的含义就是将生产中的副产品和废弃物循环利用或消灭在生产过程中,争取重工业渣零排放和清洁生产。如果钢渣得以充分利用,可使钢铁工业生产联系更加紧密,同时也可以促进与其它产业的联系与渗透。另外,通过钢渣利用还可以使产业结构简单的钢铁企业变成产品种类丰富、经营灵活的企业集团公司,使企业的市场竟争力增强。

2.2 环境保护的意义

钢渣排放后不仅占用土地而且污染环境、危害人体健康,引起钢铁工业生产进行不顺等负面作用。且钢渣放置凝固后水冷污染地下水,其降温时放出水蒸汽,恶化工作环境。而钢渣被利用的同时会节省用来放置钢渣的土地,企业可因地制宜,兴建生产车间等。可以栽树绿化、美化企业环境,还可以树立良好的企业形象。

2.3 经济效益的意义

国外钢铁企业如新日铁、纽克等公司都在钢渣利用领域有自己独特的工艺技术。因此,为企业降低了生产成本,提高了利润和国际竞争力,从而占领了市场。国内同行,如涟钢、太钢等也纷纷利用新工艺处理和利用钢渣,降低了生产成本,提高了企业核心竞争力,取得了良好的经济效益。

3 结语

总之,充分合理地处理和利用钢渣是钢铁工业向前发展的必要条件。对钢铁生产大国来说,钢渣利用率的提高可以从侧面反映一个国家钢铁发展的进程,也是该国工业发展和科技实力的具体体现。钢渣的利用不仅会给钢铁企业带来经济效益、环境效益和社会效益,而且在企业经济和利润增长的同时,还会得到社会各界的称赞和支持。

摘要：随着我国钢铁工业的快速发展,其钢渣数量逐年递增。若不加以综合利用,这些废弃物将淤积河流、填塞水道、侵占土地、污染水源和空气,造成环境污染。有效利用钢渣是钢铁工业健康发展的必要条件。在分析钢渣成分的基础上,探讨了钢渣处理方法及钢渣利用的可行性。对提高企业经济效益、保护生态环境均有重大的经济和社会效益。

关键词：钢渣,环境,效益

参考文献

[1]殷瑞钰.绿色制造与钢铁工业[J].钢铁,2000(6):61-65.

钢渣综合利用的高效预处理研究 篇2

1国内外钢渣利用的状况

为了适应钢铁工业发展的需要,国外工业发达国家20世纪初期就开始研究钢渣的利用方法,注重寻求简易可行、利用量大的钢渣利用途径,并已取得显著成果,达到了不同程度消除渣害的目的。这期间,钢渣的主要用途是填海和筑路,旨在解决钢渣堆弃问题,而没有试图去发现钢渣的价值。经过多年钢渣处理技术的发展,越来越多的国家意识到,钢渣不再是单纯的副产品,而是宝贵的资源。特别是20世纪70年代后,工业发达国家面临严重的资源不足和能源缺乏的困境,间接使钢渣的处理和综合利用技术得到了进一步发展,其综合利用率得到迅速提高[2]。根据国际权威部门对美、俄、日、英、德、法等二十多个国家最近几年钢渣利用情况的调查和统计结果表明,钢渣利用率最少的为45%,最多的达到100%,但其中十几个国家的钢渣50%用于填海和筑路,而应用在水泥、冶金配料、农业化肥等生产中,仅为31%~50%[2,3]。

我国钢渣处理和综合利用发展较晚。20世纪后期,我国对钢渣的综合利用研究的积极性有所提高,但总的利用率相对国外水平还很低。钢渣在烧结、农业化肥、炼铁和水泥生产中的利用量仅为100多万t,钢渣的有效利用率仅为10%,而且大部分钢渣用于填海、工程回填料、筑路、油田建设等,资源流失比例很大。随着我国矿产资源的需求急增和国家对于“资源综合利用”的日益重视,提高钢渣综合利用水平势在必行,且刻不容缓。

2 钢渣预处理的难题

随着钢渣综合利用技术的发展,人们越来越重视有效利用钢渣中的有益成分,不再停留在最开始的填海和筑路等用途上,也不再仅仅以回收铁为目标,而是在回收铁的基础上,将尾渣在水泥生产、冶金配料、农业化肥、炼铁、水处理、建筑涂料等不同途径应用。

在主要将钢渣作为填海和筑路用的年代,钢渣的预处理比较简单。钢渣出厂后,用落锤将之破碎成大颗粒,然后使用颚式破碎机将大颗粒钢渣粗碎,回收其中的渣铁,粒度为几十毫米的尾渣即可用作填海和筑路的原料。这种处理方法虽然消除了堆置的钢渣,回收了钢渣中部分渣铁,但尾渣中铁的含量还有15%～20%,这部分渣铁被浪费了,特别是尾渣完全没有实现真正意义上的有效利用。

当钢渣综合利用发展到欲将尾渣在烧结、农业化肥、炼铁、水泥生产和混凝土等不同途径应用时,钢渣的预处理就成为了难题。因为钢渣比较致密、硬度高,结构特殊,是铁和渣的结合体,有的颗粒是渣包铁,有的颗粒是铁包渣,甚至有粒度比较大的铁块,弹簧、液压等圆锥破碎机不能完成它的细碎。而水泥、冶金配料等应用需要的最大粒度在10mm以下,颚式破碎机预处理钢渣流程只能将它破碎到40～60mm,倘若这种粒度的尾渣为了后续利用而直接进入球磨机加工,必然效率很低,而且浪费很多能源,从而大大增加生产成本,甚至超过钢渣利用所带来的附加值[3,4]。因此,钢渣的预处理技术缺陷成为了制约钢渣综合利用发展的瓶颈,而预处理的难题就是它的细碎问题。

3 钢渣的高效预处理研究

应用于工业生产的钢渣高效预处理,是使用颚式破碎机完成粗碎,使用惯性圆锥破碎机完成细碎,将钢渣破碎到-5mm,磁选出3种渣铁产品,产生95%以上-5mm的尾渣供水泥、冶金配料、高速公路骨料等使用。

3.1 惯性圆锥破碎机简介

惯性圆锥破碎机是由俄罗斯米哈诺布尔科技股份公司(即原全苏联矿冶工程科学院)经过四十多年努力研究,通过不断的试验和完善而研制成功的。因其拥有先进的破碎理论、独特的设计思路、合理的机械结构和优良的性能,代表着当前世界细碎圆锥破碎机最高水平,在金属及非金属界破磨行业享有盛名。

惯性圆锥破碎机的结构如图1所示。惯性圆锥破碎机机体通过隔振元件坐落在底架上,工作机构由定锥和动锥组成,锥体上均附有耐磨衬板,衬板之间的空间形成破碎腔。动锥轴插入激振器轴套中,电动机的旋转运动通过柔性传动机构传给固定在轴套上的激振器,激振器旋转时产生惯性力,迫使动锥绕球面瓦的球心做旋摆运动。在一个垂直平面内,动锥靠近定锥时,物料受到冲击和挤压被破碎,动锥离开定锥时,破碎产品因自重由排料口排出[5]。

1.底架,2.皮带传动装置,3.隔振元件,4.激振器,5.外壳,6.球面瓦,7.衬板,8.定锥,9.动锥,10.动锥支座,11.激振器轴套

惯性圆锥破碎机具有很大的破碎力和较大的破碎比,能破碎任何硬度脆性物料,破碎产品粒度小、过粉碎少、粒形好,操作安装方便和节能高效[6]。它能无极变速,能够比较容易地调整破碎力,并具有良好的“过铁”性能,当大块不可破碎物进入破碎区,动锥卡住并停止工作,激振器继续旋转,不会损坏设备零部件,而且停机处理容易、便捷、快速。正因惯性圆锥破碎机具有这些优点,因此它非常适用于钢渣的细碎工作,以至于短时间内能够在我国河北、山东、辽宁等省得到推广和应用。

3.2 钢渣高效预处理工艺流程

理论上将钢渣破碎得越细,铁的回收率就越高,而且水泥等应用途径要求尾渣粒度尽量在10mm以下,因此GYP-600、GYP-900、GYP-1200等三种型号的惯性圆锥破碎机最为适合完成钢渣细碎任务,其技术参数见表1,以GYP-600惯性圆锥破碎机工业应用为例的钢渣预处理工艺流程见图2。

该高效预处理流程磁选出了3种渣铁产品,相当于比原有处理流程多选出近1倍的渣铁,多选出部分渣铁能创造较为可观的收益。并且该处理流程能将尾渣中的含铁量控制在4%以下,尾渣粒度控制在-5mm95%以上,故可直接当熟料用于水泥生产,或直接筛分作高等级高速公路沥青层骨料,也可用作冶金行业原料等。为钢渣真正意义上的“零排放”和“百分之百综合利用”提供了条件。

4 钢渣综合利用前景展望

钢渣综合利用具有良好的社会经济效益,已被人们普遍认识。充分利用钢渣,不仅解决了堆积占地问题,而且能解决环境污染,改善废钢供应局面。科研机构有必要继续认真贯彻我国关于开展综合利用的方针政策和跟踪国家指导的发展方向,在技术上做到将钢渣处理流程进一步优化,研究更多种利用钢渣的途径,实现物尽其用,为企业和社会提供技术服务。

我国钢渣处理工作起步较晚,虽然近些年来在钢渣综合利用方面进行了大量试验研究工作,但还需要在认识上加以重视和提高、在经济上加大支持和投入,将“全身都是宝”的钢渣作为宝贵的第二资源来认真对待,创造出更好的社会效益和经济效益。以前,影响我国钢渣利用技术的关键是缺乏成熟的钢渣预处理流程,缺乏产、销渠道的通道以及国家的支持。进入21世纪后,国家更加提倡环境保护和资源综合利用,“十一五”国家科技支撑计划就有四个与钢渣处理有关的指导性方向,很多省市还将钢渣处理类的企业列为环保企业,施行“减税、免税”等优惠政策。因此,随着钢渣高效预处理工艺的大面积推广和应用,钢渣综合利用的前景将更加美好。

参考文献

[1]王雄.钢渣的回收与利用[J].武钢技术,2006,44(5):51.

[2]金强,徐锦引,高卫波.宝钢新型钢渣处理工艺及其资源化利用技术[J].宝钢技术,2005(3):12.

[3]陈美祝,周明凯,伦云霞,等.钢渣高附加值利用模式分析[J].中国矿业,2006,15(2):79.

[4]李灿华,钟风万.钢渣治理与利用技术的进展[J].武钢技术,2006,44(1):50.

[5]陈帮,夏晓鸥.惯性圆锥破碎机的非线性振动分析[J].稀有金属,2006(30):107.

钢渣的综合利用研究 篇3

为了改善钢渣的活性,提高钢渣的利用率,国内学者做了很多探索性试验[1,2]。鉴于钢渣很难单独得到大规模资源化利用,本文采取了复合开发利用的技术路线,将钢渣活性的物理激发和化学激发一并进行考虑,首先将钢渣单独磨细至一定的细度范围,然后与矿渣进行复配,同时在复合体系中加入合适的激发剂,通过正交试验研究获得具有优异性能的钢渣-矿渣复合胶凝材料体系。

1 试验用原材料和试验方法

1.1 试验原材料

1.1.1 水泥

江南小野田生产的P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥,其物理性能见表1。

1.1.2 钢渣粉

取自某大型钢铁企业的滚筒钢渣,其主要化学成分及矿物组成见表2。

%

试验时将钢渣粉磨成比表面积分别为(400±10)m2/kg、(450±10)m2/kg和(500±10)m2/kg的钢渣粉。

1.1.3 矿渣粉

矿渣粉活性系数为1.03,其化学成分见表3。

%

1.1.4 激发剂

试验采用3种不同类别的激发剂:NS、NI和CS。NS的主要成分是Na2O和SO3,NI的主要成分是Na2O和Si O2,CS的主要成分是Ca O和SO3。

1.2 试验方法

水泥胶砂强度按GB/T17671—1999检验,标准稠度用水量、凝结时间和安定性按GB1346—2001检验。

2 试验结果与讨论

2.1 钢渣/矿渣比例对复合胶凝材料性能的影响

1)对标准稠度用水量和凝结时间的影响见表4。

由表4可知,试样A1~A4与基准A0相比,标准稠度用水量都有不同程度的减少,其中以钢渣/矿渣比例为3∶7时最低,为25.8%;试样A1~A4随着钢渣/矿渣比例的增加,体系的标准稠度用水量先慢慢地减少,然后又慢慢的上升。与基准试样相比,所有的试样的凝结时间都在增加,且随着钢渣/矿渣比例的增加,初凝和终凝时间都呈增加趋势,但是初凝比终凝增加趋势大,其最大增长率约为42.9%。

2)对抗压强度的影响见图1。

由图1可知,与基准试样A0相比,A1~A4的各龄期抗压强度都有不同程度的降低,其中3d抗压强度最大降幅达53%,7d抗压强度最大降幅达33.2%。另外,A1~A4随着钢渣掺量的增加,3d和7d的抗压强度降低幅度不大,但当钢渣/矿渣比例在2∶3以上时,其28d抗压强度降幅明显。

2.3 钢渣的比表面积和激发剂类别对复合胶凝材料强度的影响

采用正交试验方法,将钢渣-矿渣总掺量、钢渣/矿渣比例、钢渣比表面积和激发剂类别作为4个影响因素,将其3种变化作为水平,见表5,试验结果见表6。

由表6可知,对3d抗折强度影响因素大小为:激发剂类别>钢渣-矿渣总掺量>钢渣的比表面积>钢渣/矿渣比例;最优配比是:钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为4∶6,钢渣的比表面积为450m2/kg,激发剂为NS。对3d抗压强度影响因素大小为:激发剂类型>钢渣-矿渣总掺量>钢渣/矿渣比例>钢渣的比表面积;最优配比是:钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为3∶7,钢渣的比表面积为450m2/kg,激发剂为NS。对7d抗折强度影响因素大小为:激发剂类型>钢渣-矿渣总掺量>钢渣/矿渣比例=钢渣的比表面积;最优配比是:钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为3∶7,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为NS。对7d抗压强度影响因素大小为:激发剂类型>钢渣-矿渣总掺量>钢渣/矿渣比例>钢渣的比表面积;最优配比是:钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为5∶5,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为NS。对28d抗折强度影响因素大小为:激发剂类型>钢渣的比表面积>钢渣/矿渣比例>钢渣-矿渣总掺量;最优配比是:钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为5∶5,钢渣的比表面积为450m2/kg,激发剂为NS。对28d抗压强度影响因素大小为:钢渣的比表面积>激发剂类型>钢渣/矿渣比例=钢渣-矿渣总掺量;最优配比是:钢渣-矿渣总掺量为50%,钢渣/矿渣比例为3∶7,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为CS。

上述各项共有6项强度考核指标,要反映其综合影响效果,可以采用功效系数法[3]。此法规定考核指标值最高的功效系数为1,其余指标的功效系数为该考核指标值与最高指标值之比,这样,0≤di≤1,总功效系数d=姨6d1d2d3d4d5d6,其中d1,d2,d3,d4,d5,d6分别代表3d、7d、28d的抗折强度和抗压强度的功效系数,其大小反映了6个考核指标的总体情况。数据处理结果见表7和表8。

由表8可知,在综合了6项强度指标之后,因素影响大小分别为激发剂类型>钢渣-矿渣总掺量>钢渣比表面积>钢渣/矿渣比例;最佳的配比为钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为3∶7,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为NS。但钢渣-矿渣总掺量为50%,钢渣/矿渣比例为4∶6,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为NS,即正交试验中H5试样的试验效果也不错,H5的基本性能见表9。从钢渣利用率的角度出发,也可以选择钢渣-矿渣的总掺量为50%。

3 结论

1)不同的钢渣/矿渣比例,对复合胶凝材料性能的影响较大。与基准水泥相比,随着钢渣/矿渣比例的增加,标准稠度用水量都有不同程度的减少,其中以钢渣/矿渣比例为3∶7时最低,为25.8%;与基准试样相比,所有的试样的凝结时间都在增加,且随着钢渣/矿渣比例的增加,初凝和终凝时间都呈增加趋势,但是初凝比终凝增加趋势大,其最大增长率约为42.9%。与基准试样相比,A1~A4的各龄期抗压强度都有不同程度的降低,其中3d抗压强度最大降幅达53%,7d抗压强度最大降幅达33.2%。

2)通过正交试验可知,对复合胶凝体系而言因素影响大小分别为激发剂类型>钢渣-矿渣总掺量>钢渣比表面积>钢渣/矿渣比例;最佳的配比为钢渣/矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为3:7,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为NS。但从提高钢渣利用率的角度出发,也可以选择钢渣-矿渣的总掺量为50%。

3)复合采取物理激发和化学激发手段,可以有效地激发钢渣活性,并与矿渣进行复配,可以获得具有优异性能的钢渣-矿渣复合胶凝材料,这为钢渣的资源化利用开辟了一条新的行之有效的技术途径。化学激发剂可以根据各地实际情况,尽可能地从当地工业废物中优选获得。

摘要：研究了钢渣/矿渣比例对钢渣-矿渣复配胶凝材料体系性能的影响;并在此基础之上加入适当激发剂和改变钢渣微粉比表面积进行正交试验。试验结果表明,与基准试样相比,随着钢渣/矿渣比例的增加,试样的凝结时间逐渐增加,抗压强度逐渐减小,标准稠度用水量当钢渣/矿渣比为3∶7时达到最小为25.8%;正交试验最佳配比为钢渣-矿渣总掺量为40%,钢渣/矿渣比例为3∶7,钢渣的比表面积为500m2/kg,激发剂为NS,但从提高钢渣利用率的角度出发,也可以选择钢渣-矿渣的总掺量为50%。

关键词：钢渣,矿渣,胶凝材料,激发剂,强度,性能

参考文献

[1]施惠生.利用钢渣研制复合硅酸盐水泥的正交试验研究[J].水泥,2004(5):1-3.

[2]吴敏,施惠生.钢渣及脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的改性研究[J].水泥,2008(7):1-5.