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【技术文献】新型热闷钢渣综合利用分析

作者:千赢国际  来源:千赢国际  时间:2019-09-20 17:00  点击:


  新型热闷钢渣安定性好但不适用于建筑集料, 应大力推广钢渣微粉在水泥和混凝土中的应用。通过钢渣活化和改性技术可使钢渣水化活性提高到80%以上,从而增大钢渣的应用范围和使用量。应建立钢渣微粉系列产品配制生产线,进行专业建材生产。

  目前, 国内钢厂针对钢渣的预处理大部分采用的是池式热闷法[1],该方法实现了钢渣的环保处理且高效稳定,是值得推广的成套技术。而对于其处理后的钢渣尾渣利用需因地制宜地提供可行的技术方案以及市场推广模式, 以更好地发挥钢渣自身的优势,获得较好的经济和社会效益。

  (1) 由于钢渣特性的限制, 直接采用钢渣微粉应用于混凝土掺合料市场给予消纳以实现“零排放”目标难以实现,存在技术及经济性问题。(2) 鉴于钢渣建材资源化研究进展较为缓慢, 难以找到现成的成熟技术成果直接进行推广。为此,应吸取国内钢渣专业生产厂的经验[2],实施“就近消纳”,“先减量,后投资,再效益”的原则。

  围绕钢渣尾渣综合利用目标, 可以从三个方面对热闷钢渣尾渣可能的应用领域进行全面系统的研究,取得的主要结论如下:

  钢渣闷渣预处理工艺对游离钙消解有明显影响:热泼渣游离钙为9%~11%,热闷渣为2%~4%;热闷时装渣温度越高,钢渣粉化效果越好,但对于游离钙的消解、渣钢包裹情况的改善作用不大;按照现设计规程,无论是初凝渣还是液态渣,只要控制渣水比在1∶0.7~1∶1 之间,并保证均匀打水和松渣适宜,f-CaO 含量可以达到2%以下。

  建议今后生产将钢渣尾渣游离钙控制在2%~3%,并将此作为出厂尾渣性能必须检验的指标之一严格执行,尽量为下游生产创造良好的条件[3]。

  XRD 和SEM 分析结果表明:钢渣主要矿物为C2S(硅酸二钙),另含有少量的C3S(硅酸三钙)及RO 相,故钢渣微粉早期活性强度低。热泼钢渣和热闷钢渣水化活性指数均为76%, 达到二级钢渣粉技术要求。通过加入少量复合改性剂,可以将钢渣活性提高到80%~94%,达到一级钢渣粉的技术要求。其中,钢渣中游离氧化钙的含量会影响其活性,应控制其含量小于3%。钢渣中石膏的添加可以提高20%的活性指数,SA 激发剂可提供钢渣所需的激发成分。添加20%~25%的水泥熟料可弥补钢渣中极缺的C3S[4]。

  采用改性钢渣一铁渣双掺体系, 可以提高混凝土流动度、折压比、抗碳化性能和氯离子渗透性能,降低干燥收缩率,具有良好的应用前景[5]。

  游离钙的存在可能影响建筑物的长期体积稳定性,故不宜用作建筑集料;通过钢渣粉磨改性、消解、均化工艺,可提高钢渣体积安定性和水化活性,增大钢渣用量;用于水泥和混凝土的钢渣微粉是最为合理的开发方向。混凝土中, 根据不同标号,改性钢渣微粉掺量可控制在20%~30%。

  钢渣用于铁质校正料应用技术已经成熟并得到应用。理论掺量为9%,实际掺量为4%。依水泥熟料强度不同,钢渣粉做混合材掺量可达到15%~20%。钢渣掺入后对水泥胶砂性能有较好提升,折压比、耐磨性、干燥收缩率性能明显改善。

  铁质校正料掺量有进一步提高的空间;钢渣理论上可全部取代现用混合材。钢渣掺入后,水泥的折压比和耐磨性均得到提高, 使钢渣道路水泥具有更强的优势[6]。

  国内钢渣综合利用途径分为两种:一种是钢渣返回钢铁生产链,如用作烧结熔剂、高炉和转炉造渣剂等;另一种社会消化,即钢渣建材资源化。

  由于各种条件限制, 钢铁返回料不同钢厂有不同程度使用,但规模均不大。钢渣尾渣主要还是应用于建筑材料领域。根据国家标准生产的《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》以及《钢铁渣粉》的产品已广泛应用于道路、桥梁、民用建筑中。据中钢协统计,2016 年钢渣利用量为1 000 万t, 钢渣的主要利用途径及所占比例见表1。

  表1 中,除道路集料和回填外[7],钢渣在水泥中的应用最广泛, 在国内已有十几年的使用历史了。典型厂家如山西双良、山东日照、杭州海穆;钢渣微粉用在水泥和混凝土中, 是目前业内正在大力发展和推广应用的方向, 典型厂家有宝钢新材料、宁波宝丰、武汉博磊等[8]。

  据测算,以年产600 万t 钢产量计算,年产钢渣约为40 万t, 经过棒磨和磁选联合工艺处理后剩余34 万t,该部分尾渣金属铁含量小于2%且粒度小于10 mm。

  水泥行业是钢渣使用的最大用户。应全面了解钢渣尾渣替代地区水泥厂铁质校正料和混合材的可行性,对周边300 km 范围内水泥厂铁质校正料和混合材需求情况进行专门调查。

  在混凝土应用方面, 地区混凝土品种以C30和C35 为主,采用粉煤灰及高炉水淬渣做掺合料。钢渣尾渣的应用情况见表2。

  通过上述分析, 根据地区建筑材料市场容量及钢渣推广潜力而言,若采取适当措施,在地区实现钢渣综合利用率达到90%以上是可能的。其中安定性的问题可以通过严格热闷工艺控制和钢渣临时堆存消解解决。必须注意的是:钢渣易磨性较差,特别是渣铁包裹现象严重,必须通过合理的工艺手段来解决, 否则可能因磨耗高于竞争材料而增加推广困难。这是在工程化过程中应充分重视的问题[9]。

  (1) 作为热闷钢渣处理线副产品, 以尾渣颗粒料的形式直接外卖。前者的优势在于:不增加任何投资,直接替代现有材料,具有投资省,生产管理简单的特点;销售时只需价格比现用产品更低即可。劣势在于:钢渣易磨性差,磨耗大,无论是铁质校正料还是混合材均有可能导致水泥台时产量降低,成本上升,进而影响钢渣推广的全局,致使下游厂家经济性不合理。

  (2) 加工钢渣微粉外卖。这是目前国内钢渣加工处理产品开发方向。其优点是专业生产、性能可控,更有利于稳定钢渣性能,有利于钢渣持续推广使用;缺点是需要较大的投资,成立专业化厂,人才和市场资源储备不足,前期盈利可能性不大。

  (3) 生产钢渣复合微粉产品和钢渣道路水泥。近年来,水泥配制技术在国内发展较快,其核心思想是将水泥熟料、混合材以及其它辅料分别细磨后,按照一定比例,用双轴搅拌机将各种粉料混匀后即可。其优点在于生产灵活,可以随时根据熟料性能、用户需求调整配方,最大限度降低生产成本,满足用户需要。这种方式近年来在广州和上海发展较好[10]。根据钢渣推广过程中可能面临的问题,建议考虑这种营运模式。钢渣微粉产品系列以及应用领域见表3。

  为尽可能多途径大量利用钢渣尾渣, 减少投资,效益最大化的目标[11],提出两个方案供参考:

  (1) 直接外卖方案:根据表2 所列目标,开展钢渣尾渣返回钢铁厂家和钢渣用于水泥行业的专业营销工作。

  (2) 合作投资方案:以表3 所列产品为目标,选择合适的水泥厂家战略合作或共同投资建立一个钢渣微粉配制生产厂。投资内容为:新建一条年处理10~30 万t 的钢渣粉磨生产线;利用水泥厂原有粉磨生产线;新增一套粉料混合搅拌系统。新增投资部分包括钢渣粉磨系统和配制混合系统。

  (1) 热闷钢渣具有更好的安定性和破碎解离性能,有利于钢渣尾渣建材资源化。但是,钢渣的高游离钙特性可能对长期体积稳定性产生影响,因此不适宜用于建筑集料。

  (2) 通过钢渣微粉改性、消解、均化工艺,提高钢渣体积安定性;通过钢渣活化和改性技术,可提高钢渣水化活性到80%以上, 增大了钢渣微粉应用范围和应用量。在水泥中,根据标号不同和水泥熟料强度不同,改性钢渣微粉掺量可到达15%~20%;在C30 和C35 混凝土中,可取代30%以上的粉煤灰和铁渣。

  (3) 改性钢渣微粉用于水泥和混凝土, 是目前最现实和最大量的利用途径。根据钢渣市场现阶段应用情况,市场推广难度较大,建议考虑创新投资营运模式,与下游厂家形成战略联盟,建立钢渣微粉系列产品配制生产线, 进行专业矿渣建材生产,而不是仅仅为了处理钢渣。

  [1] 黄丽, 徐杰. 浅谈钢渣热闷的现状及发展[J]. 工业加热,2016, 45(4):68-70.

  [2] 尹卫平. 转炉钢渣热焖技术的开发应用[J]. 钢铁研究,2010,38(2):24-25,45.

  [3] 谷金生, 薛军. 钢渣热闷技术及再利用分析[J]. 鞍钢技术,2010(5):56-58.

  [4] 钱强. 不同处理方式及激发剂下钢渣的活性分析[J]. 水泥工程,2018(1):34-36.

  [5] 李术川,陈晓曦,刘明亮. 环境友好型钢渣热焖技术的设计和生产实践[J]. 环境污染与防治,2011,33(7):90-93.

  [6] 李明绪. 钢渣配料煅烧水泥熟料的研究[J]. 国外金属矿选矿,2002(8):37-38.

  [7] 钱强. 钒钛钢渣配制AC-13 型沥青混合料的研究[J]. 鞍钢技术,2018(3):25-28.

  [8] 舒型武. 钢渣特性及其综合利用技术[J]. 有色冶金设计与研究,2007, 28(5):31-33.

  [9] 黄晓燕,王芳群. 钢渣的湿法处理与综合利用评述[J]. 中国锰业,2001(3):39-41.

  [10] 单志峰. 国内外钢渣处理技术与综合利用技术的发展分析[J]. 工业安全与防尘,2000(2):27-31.

  [11] 张春雷. 国内外钢渣再利用技术发展动态及对鞍钢开发钢渣产品的探讨[J]. 鞍钢技术,2003(4):5-9

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