实现矿渣微粉生产探讨

于明兴 刘志斌 刘敬东 郭玉安

(安阳钢铁集团有限责任公司)

实现矿渣微粉生产探讨

于明兴 刘志斌 刘敬东 郭玉安

(安阳钢铁集团有限责任公司)

介绍了矿渣微粉技术的原理及国内矿渣利用概况，从技术、市场等方面进行了分析。通过调查研究，提出了安钢矿渣利用的方案。就安钢实现矿渣微粉生产的可行性进行探讨。

矿渣微粉 生产 可行性

0 前言

矿渣是炼铁时排出的以硅酸钙、铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬而急冷处理后形成的粒状活性材料。矿渣一般含有80% ～90%的玻璃相，其主要矿物为硅酸二钙(C2S)、钙铝黄长石(C2AS)、镁黄长石(C2MS2)、钙长石(CAS2)等。矿渣的化学成分一般为CaO 35% ～45%、SiO225% ～40%、Al2O36% ～15%、FeO 0.5% ～1%。国家标准 GB/T203规定用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣的质量系数应大于1.2、MnO含量不大于2.0%。

矿渣微粉只有达到一定的细度时才能充分水化。大于60 μm的颗粒属于惰性粒子，对强度无积极作用。对强度起主导作用的是30 μm以下的粒子，小于10 μm的粒子含量多，对早期强度有利。矿渣与水泥熟料一起粉磨时，物料易磨性相差很大，使粒化高炉矿渣的粒径大部分在60微米以上，水化时不能全部水化而起微集料作用，活性不能全部发挥出来。如果将熟料、矿渣分开粉磨，然后按一定配比混合与均化而制备矿渣硅酸盐水泥的工艺路线。使矿渣微粉比表面积达到400～450 m2/kg、水泥熟料粉比表面积320 m2/kg、矿渣掺量可达40% ～60%，可配制425、425R矿渣硅酸盐水泥;矿渣细度450～500 m2/kg、掺量 40 ～50%，可配制 525、525R矿渣硅酸盐水泥。

以矿渣为原料生产的矿渣微粉作为活性掺和料的应用技术在我国水泥和建材行业普遍采用，极大地改善了混凝土的性能，广泛应用于各种建设工程，取得显著地经济效益、社会效益和环保效益。

安钢集团目前已具备年产1000万t钢的生产能力，是钢铁行业极少数没有建设矿渣微粉生产线的企业之一，目前每年产生250余万t矿渣，被作为初级原料销往水泥企业，产品附加值低，而且价格不稳定，远远滞后同行业的发展。

1 矿渣利用概况

近几年来，在技术标准和高性能粉磨设备的推动下，我国掀起了矿渣微粉生产线建设高潮。目前在宝钢、武钢、鞍钢、唐钢、涟钢、韶钢、首钢、马钢、沙钢、沙钢永兴、太钢、湘钢、莱钢等国内钢铁联合企业都纷纷建设了矿渣微粉项目。相继建成100余条矿渣粉生产线，年产量约1亿t以上，均取得良好的经济效益、环境效益，为我国高炉矿渣的高价值利用开辟新途径。特别是随着邯钢矿渣微粉项目的立项以及沙钢永兴90万t矿渣微粉工程的投产，为安钢建设矿渣微粉提供了有益的借鉴。

2 矿渣微粉

2.1 矿渣微粉的应用

矿渣微粉作为混合材掺入水泥中，对水泥强度有明显的增强作用。这主要是由于矿渣微粉吸收水泥水化形成的 Ca(OH)2，Si－O、Al－O、Si－Si、Al－Al等键断裂，结构解体，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，在SO2－4的激发作用下，反应形成钙矾石，从而增加水泥的强度。

以前配制高强混凝土主要依赖于使用高标号水泥和外加剂，但是用高标号水泥配制的混凝土水化热高，易产生裂缝，导致混凝土破坏。如采用降低混凝土的水灰比，不能保证施工时的大流动度的要求。因此超高强混凝土主要采用掺硅灰和高效减水剂来配制。但硅灰原料缺乏，高效减水剂价格昂贵，成本较高。

随着高层建筑的发展，高性能混凝土取代普通混凝土是大势所趋。掺有矿渣微粉的混凝土具有水化热低、耐腐蚀、与钢筋粘结力强、后期强度高、防微缩等优点，可广泛用于大坝工程、水下工程、道路工程、防腐蚀工程、大型建筑工程等。掺有矿渣水泥的混凝土愈来愈受到建筑行业、交通行业的青睐。

2.2 实现矿渣微粉生产可行性

根据国家发改委2005年第40号令《产业结构调整指导目录》(2005年本)，本项目属第一类鼓励类第二十六条环境保护与资源节约综合利用中的第18项“三废”综合利用及治理工程和第41项尾渣、废渣等资源综合利用类项目，是国家重点支持和鼓励发展的。

2000年12月，国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046－2000)颁布实施，为矿渣微粉的产业化应用提供了技术支持［1］。

3 矿渣微粉市场分析

3.1 产品

近几年来，我国逐步重视矿渣微粉作为活性掺合料的应用技术。由于这项技术的巨大潜力，可观的经济效益，以及对混凝土性能和耐久性的显著提高，使其以惊人的速度推广。1997年，上海市开始推广磨细矿渣微粉在混凝土中的应用，通过几年的研究及应用，把上海市的混凝土技术提高到了一个新水平。北京市这几年也开始大面积推广磨细矿渣微粉在混凝土中的应用技术。据不完全统计，截止到2010年末，全国矿渣微粉的产能已经突破1亿t。

根据矿渣微粉的国家标准要求及产品性能特点，矿渣微粉主要应用于水泥厂作为混合材以及混凝土搅拌站作为掺和料。此外，矿渣微粉还可以直接出口。

3.2 水泥

水泥是国民经济的基础原材料。经过多年的发展，我国水泥工业发展取得了很大成绩，产量已多年位居世界第一，保障了国民经济发展的需要。当前，我国水泥工业结构性矛盾仍十分突出，按照科学发展观和走新型工业化道路的要求，行业整体技术水平与世界先进水平还存在较大的差距，尚需付出艰苦的努力。

国家发展和改革委员会在2006年10月发布的《水泥工业产业发展政策》第七条中，明确提出鼓励推广矿渣微粉细磨技术，积极发展预拌混凝土。这是国家从产业政策角度，首次鼓励推广发展矿渣微粉。

3.3 混凝土搅拌站

研究和开发高性能混凝土是当今国际范围的热点。目前国际上通用的配制高性能混凝土的技术路线是:通用水泥+微粉掺合料+超塑化剂。其中微粉掺合料多采用硅灰、细磨粉煤灰，沸石粉等。由于我国硅灰资源有限，沸石粉和粉煤灰的活性较低，近几年国内将方向集中于矿渣微粉掺合料的开发和应用。

随着混凝土技术的发展，对混凝土的耐久性越来越重视，而配制耐久性混凝土的途径之一就是掺加包括矿渣微粉在内的矿物掺合料。此外，在保证混凝土质量和耐久性的前提下，降低混凝土成本一直是混凝土供应商极力追求的目标。如今，矿渣微粉的出现，使这一目标离我们越来越近，实现这一目标的可能性也越来越大。

矿渣微粉取代混凝土中的部分水泥，能够提高混凝土的强度，改善混凝土的工作性能，所以可用其作为替代产品来减少预拌混凝土中水泥的用量。近几年来，矿渣微粉作为预拌混凝土中重要的掺合料已得到普遍应用。

矿渣微粉在混凝土中的应用之所以能如此迅速地推广开来，主要是由掺矿渣微粉混凝土的优良性能决定的。在混凝土中掺入矿渣微粉，因其化学活性不象水泥那么高，所以在搅拌后的最初两小时内混凝土的流变性易于控制，尤其能明显地减少其坍落度损失，对施工非常有利。这样，随着混凝土中掺入矿渣微粉，困扰混凝土供应商的坍落度损失难题就迎刃而解了。

对混凝土的显著增强作用也是掺矿渣微粉的混凝土的一大特性，由于矿渣微粉的超细化，填充了水泥粒子的空隙，使混凝土更加密实;再加上矿渣微粉中的活性 SiO2和 Al2O3与水泥水化生成的 Ca(OH)2发生二次水化，产生硅酸盐凝胶，使硅酸盐凝胶数量比普通水泥混凝土中多许多，所以掺矿渣微粉的混凝土的后期强度要比普通水泥混凝土高许多(抗压强度比约为130%)。

在混凝土中掺入矿渣微粉，大大提高了混凝土耐久性，由于矿渣微粉颗粒呈球状，表面光滑致密，主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO，具有超高活性，将其掺入水泥中，水化时活化SiO2、Al2O3与水泥中C3S、C2S水化产生的Ca(OH)2反应，进一步形成水化硅酸钙产物。众所周知，混凝土中石子的空隙是由砂来填充，而砂的空隙由水泥、粉煤灰来填充，由于矿渣微粉比水泥、粉煤灰还细，所以它又填充了水泥、粉煤灰的空隙，而且矿渣微粉中的活性SiO2、Al2O3与水泥中C3S、C2S水化产生的Ca(OH)2反应，增加了密实度，大小粒子堆积、填充降低了空隙尺寸，产生的微细结构与孔结构均比普通水泥石细得多，这样就大大减小离子扩散率，获得优良的抗侵蚀性和耐久性。单掺磨细矿渣，不掺其它掺合料，抗渗等级可达P12，冻融循环＞D100。

4 讨论

矿渣微粉在混凝土中掺量可高达25% ～50%(具体掺量应根据所用的水泥、外加剂、以及施工部位情况，经过试验确定)，也就是说每立方混凝土中矿渣微粉可以等量取代100 kg以上的水泥，矿渣微粉出厂价为(160～185)元/t，水泥出厂价为360元/t，这样每立方混凝土可以节省20元以上，高强度等级的混凝土节省更多。以一个年产量150000 m3～200000 m3的中型混凝土供应商为例，如果使用矿渣微粉，一年可以节省约300万元。

综上所述，矿渣微粉是混凝土的一个非常有效的高性能矿物掺合料，掺入矿渣微粉，可以大幅度降低混凝土成本，同时大幅度提高混凝土强度、施工性能，大大提高了混凝土耐久性，降低混凝土水化热，抑制碱骨料反应。所以，在混凝土中掺入矿渣微粉可以配制成低成本、高性能的混凝土。对于混凝土供应商来说，谁先用，谁先受益，谁就会在激烈的市场竞争中占得先机。

从目前安钢矿渣销售情况看，距郑州市较近。大城市对矿渣粉需求量较大，尤其在海港建筑及高层建筑上的应用更广泛，投产后，将会更好的满足河南省及周边市场及国内外市场的需求。矿渣微粉这一新兴市场前景广阔。

根据对国内钢铁企业矿渣微粉利用情况的分析研究，公司可采用目前国际上技术先进的立式辊磨系统生产矿渣微粉。一方面在不影响水泥性能的前提下与普通硅酸盐水泥以大掺入量混合，降低水泥生产成本。另一方面矿渣微粉可直接应用于混凝土搅拌站，配制多种高性能混凝土应用于高层建筑、道路、港口及大体积混凝土工程。

因此，建设矿渣微粉生产线，将矿渣粉磨成矿渣微粉是必要的，也是钢铁工业和水泥工业寻找矿渣新用途的方向，符合国家调整产品结构、用高新技术改造传统产业、环境综合治理、节能、清洁生产、循环经济等方面的产业政策，环境效益对促进地方经济社会发展有着重要意义，能收到较好的经济效益和社会效益。

若建设年产280万t的矿渣微粉生产线，年需含水15%的矿渣330万余t，可年产矿渣微粉280万t。安钢每年产生350万t左右的矿渣，完全可以满足需要。

5 结语

1)可有效利用安钢的高炉矿渣生产新型建材产品，对安阳市甚至河南省建材工业的结构优化和调整具有重大意义。

2)安钢可利用自身的原料优势，迅速占领豫北区域矿渣粉市场，取得显著经济效益。

3)实现安钢钢铁渣“零排放”，为钢铁企业的循环经济和清洁生产奠定了基础。

［1］ 马忠民，翟国营，刘三军.安钢钢铁渣循环利用方案探讨，河南冶金，2010，18(5):26－29.

DISCUSSION ON SLAG PULVERIZING PRODUCTION

Yu Mingxing Liu Zhibing Liu Jingdong Guo Yuan

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The paper introduces the principle of slag pulverizing technology and analyzes slag utilization in the field of technology and market at home.The scheme of slag utilization is put forward through investigating and its feasibility discussed in Anyang Steel.

slag pulverizing production feasibility

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联系人:刘敬东，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限责任公司综合利用开发公司;

2011—7—28