6钢铁冶金渣的资源化ppt-PowerPointPre

6钢铁冶金渣的资源化钢铁冶金渣：钢铁冶金工业所产生的固体废物。主要包括：高炉渣钢渣铁合金渣尘泥等。6.1高炉渣的资源化采用贫铁矿炼铁时，每吨生铁产出1.0～1.2t高炉矿渣；用富铁矿炼铁时，每吨生铁只产出0.25t高炉矿渣。炼铁高炉铁矿石+焦碳+石灰石铁水生铁熔融炉渣高炉烟气冷却高炉渣6.1.1高炉渣的组成和性质一、高炉渣的分类按冷却方式的不同水渣：高炉熔渣在大量冷却水作用下形成的海绵状浮石类物质。膨珠：高炉熔渣在半急冷作用并通过成珠设备击碎、抛甩到空气中，再受空气冷却形成的矿渣。重矿渣：高炉熔渣经慢冷作用形成的类石料矿渣。渣罐接渣槽高压水管流渣槽滚筒膨珠1400～1600℃高温的熔融体322OAlSiOMgOCaOMO碱性率我国高炉渣大部分接近中性矿渣（Mo=0.99～1.08），高碱性及酸性高炉渣数量较少。按高炉渣的碱性率（以Mo表示）碱性矿渣：碱性率Mo1的矿渣中性矿渣，碱性率Mo=1的矿渣；酸性矿渣，碱性率Mo1的矿渣按冶炼生铁的种类铸造生铁矿渣：冶炼铸造生铁时排出的矿渣炼钢生铁矿渣：冶炼供炼钢用生铁时排出的矿渣特种生铁矿渣：用含有其他金属的铁矿石熔炼生铁时排出的矿渣。二、高炉矿渣的化学组成高炉渣含有15种以上化学成分，但主要是CaO、MgO、Al2O3、SiO2四种，它们约占高炉渣总重量的95%。CaO和MgO主要来自助熔剂，SiO2和Al2O3主要来自铁精矿中的脉石和焦炭中的灰分。由于铁精矿品位及冶炼生铁的种类不同，高炉渣的化学成分波动较大。一般，生产过程主要控制分析SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、MnO、S七项指标，对一些特殊的高炉渣还需分析TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3、Ni2O3等。在冶炼炉料固定和冶炼正常时，高炉渣的化学成分变化不大，对综合利用有利。高炉渣属于硅酸盐材料，它的组成与天然岩石和硅酸盐水泥相似，表6.1所示为我国大部分钢铁厂高炉渣的化学成分与天然岩石和硅酸盐水泥化学成分比较。表6.1我国高炉渣与天然岩石、硅酸盐水泥化学成分比较（质量%）名称CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOTiO2V2O5S普通渣38～4926～426～171～130.1～10.07～0.890.2～1.5高钛渣23～4620～359～152～10120～290.1～0.61锰铁渣28～4721～3711～242～85～230.05～0.310.3～3含氟渣35～4522～296～83～7.80.1～0.80.07～0.08含F7～8硅酸盐水泥64.2225.51.401.51.340.30花岗岩2.1569.9214.780.970.131.670.39含P2O50.24玄武岩8.9148.7815.856.050.296.341.39含P2O50.47三、高炉渣的矿物组成高炉渣中的各种氧化物成分以各种形式的硅酸盐矿物形式存在。碱性高炉渣主要矿物：钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）、钙镁黄长石（2CaO·MgO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）以及假硅灰石（CaO·SiO2）、钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）、钙镁橄榄石（CaO·MgO·SiO2）、镁蔷薇辉石（3CaO·MgO·2SiO2）以及镁方柱石（2CaO·MgO·2SiO2）等。酸性高炉矿渣由于其冷却的速度不同，形成的矿物也不一样。当快速冷却时全部凝结成玻璃体。在缓慢冷却时（特别是弱酸性的高炉渣）往往出现结晶的矿物相，如黄长石、假硅灰石、辉石和斜长石等。中性高炉矿渣：四、高炉渣的性质（1）水淬渣急冷过程中，熔渣的绝大部分化合物来不及形成稳定化合物，而以玻璃体状态将热能转化成化学能封存其内，从而构成了潜在的化学活性。常用来生产水泥。水淬渣的化学活性表示用水淬渣活性率（Mc）水淬渣质量系数（k）232SiOOAlMcMnOSiOOAlMgOCaOk232k1.9为高活性矿渣k=1.6～1.9是中活性矿渣k1.6为低活性矿渣。Mc0.25为活性矿渣Mc0.25为低活性矿渣（2）膨胀矿渣珠膨珠系半急冷作用形成。除孔洞外，其它部分是玻璃体。孔洞：孔径大的350～400μm，小的80～100μm。隔热、保温、质轻、吸水率低、抗压强度和弹性模量高等优点，因而是一种很好的建筑用轻骨料，也可作为防火隔热材料。玻璃体：膨珠呈现由灰白到黑的颜色，颜色越浅，玻璃体含量越高，灰白色膨珠，玻璃体含量达95%。生产水泥的原料。(3)重矿渣重矿渣是高温熔渣在空气中自然冷却或淋少量水慢速冷却而形成的致密块渣。重矿渣的物理性质与天然碎石相近，其块渣容重大多在1900kg/m3以上，其抗压强度、稳定性、耐磨性、抗冻性、抗冲击能力（韧性）均符合工程要求，可以代替碎石用于各种建筑工程中。重矿渣系缓慢冷却形成的结晶相，绝大多数矿物不具备活性，但是重矿渣中的多晶型硅酸二钙，硫化物和石灰，会出现晶型变化和发生化学反应。当其含量较高时，会导致矿渣结构破坏，这种现象称为重矿渣分解。硅酸盐分解：硅酸二钙晶型转变、体积膨胀所导致的重矿渣自动碎裂或粉化的现象。γ粉散开始αα′（705）（1452）β（670）8301447括号内的温度为过冷极限自由能温度，℃图6.2硅酸二钙晶型随温度变化曲线ρ↓，V↑，已凝固重矿渣中产生内应力。内应力重矿渣本身的结合力时，重矿渣开裂、酥碎，甚至粉化。硫化物分解：重矿渣中当含有FeS与MnS等硫化物时，便会在水解作用下生成相应氢氧化物，体积相应增大38%和24%，导致块渣开裂和粉化的现象。石灰分解：若重矿渣中夹有石灰颗粒，遇水消解，也能产生体胀，导致重矿渣碎裂。%24)(%38)(2222VOHMnOHMnSVOHFeOHFeSVOHCaOHCaO22)(因此，作混凝土骨料使用时，必须认真分析检验重矿渣分解的可能性。6.1.2高炉渣的资源化途径高炉渣80%冲成水淬矿渣，大部分用作水泥混合材料和无熟料水泥的原料，少部分用来生产矿渣砖、瓦等。其余用作道路路渣、铁路道渣及混凝土骨料，少量用于生产矿渣棉、膨胀矿渣珠等。一、水渣水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下可显示出水硬胶凝性能，是优良的水泥原料。因此，它主要用来生产水泥和矿渣砖、瓦等。水渣烘干机粉磨机渣粉粉碎机含硅原料含铁原料粘土石灰石煅烧窑熟料粉磨机石膏硅酸盐水泥混合磨矿渣硅酸盐水泥（1）生产水泥：我国约有3/4的水泥中掺有粒状高炉渣。目前我国利用高炉渣生产的水泥矿渣硅酸盐水泥：水泥熟料+20%～70%高炉水渣+3%～5%石膏普通硅酸盐水泥：水泥熟料+不超过15%高炉水渣+3%～5%石膏石膏矿渣水泥：少量水泥熟料+80%高炉水渣+15%石膏钢渣矿渣水泥：45%左右的钢渣+40%的高炉水渣+适量的石膏（2）生产矿渣砖水渣、石灰搅拌矿渣砖轮碾成型蒸养一般要求石灰中氧化钙含量在60%以上，氧化镁应少于10%。矿渣砖具有良好的物理力学性能，但容重较大，一般为2120～2160kg/m3。适用于上下水或水中建筑，不适用于高于250℃的环境中使用。二、膨胀矿渣的利用膨胀矿渣主要是用作混凝土轻骨料，也可作防火隔热材料，用膨胀矿渣制成的轻质混凝土，不仅可以用于建筑物的围护结构，而且可以用于承重结构。膨珠可以用于轻混凝土制品及结构，如用于制作砌块、楼板、预制墙板及其它轻质混凝土制品。由于膨珠内孔隙封闭，吸水少，混凝土干燥时产生的收缩就很小，这是膨胀页岩或天然浮石等轻骨料所不及的。直径小于3mm的膨珠与水渣的用途相同，可供水泥厂作矿渣水泥的掺合料用，也可以作为公路路基材料和混凝土细骨料使用。生产膨胀矿渣和膨珠与生产粘土陶粒、粉煤灰陶粒等相比较，具有工艺简单，不用燃料，成本低廉等优点。三、矿渣碎石的利用矿渣碎石的用途很广，用量也很大，主要用于公路、机场、地基工程、铁路道碴、混凝土骨料和沥青路面等代替天然碎石。（1）配制矿渣碎石混凝土矿渣碎石配制的混凝土具有与普通混凝土相近的物理力学性能，而且还有良好的保温、隔热、耐热、抗渗和耐久性能。矿渣碎石混凝土的应用范围较为广泛，可以作预制、现浇和泵送混凝土的骨料。配制矿渣混凝土的方法与普通混凝土相似，但用水量稍高，其增加的用水量，一般按重矿渣重量的1%～2%计算。一般用矿渣碎石配制的混凝土与天然骨料配制的混凝土强度相同时，其混凝土容重减轻20%。矿渣碎石混凝土的抗压强度随矿渣容重的增加而增高。矿渣混凝土的使用在我国已有五十多年历史，在许多重大建筑工程中都采用了矿渣混凝土，实际效果良好。（2）重矿渣在地基工程中的应用重矿渣用于处理软弱地基。由于矿渣的块体强度一般都超过50MPa，相当或超过一般质量的天然岩石，因此组成矿渣垫层的颗粒强度完全能够满足地基的要求。一些大型设备基础的混凝土，如高炉基础、轧钢机基础、桩基础等，都可用矿渣碎石作骨料。（3）矿渣碎石在道路工程中的应用矿渣碎石具有缓慢的水硬性，这个特点在修筑公路时可以利用。矿渣碎石含有许多小气孔，对光线的漫反射性能好，摩擦系数大，用它作集料铺成的沥青路面既明亮，制动距离又短。矿渣碎石还比普通碎石具有更高的耐热性能，更适用于喷气式飞机的跑道上。（4）矿渣碎石在铁路道碴上的应用用矿渣碎石作铁路道碴称为矿渣道碴。我国铁道线上采用矿渣道碴的历史较久，目前矿渣道碴在我国钢铁企业专用铁路线上已广泛得到应用。鞍山钢铁公司从1953年开始就在专用铁路线上大量使用矿渣道碴，现已广泛应用于木轨枕、预应力钢筋混凝土轨枕和钢轨枕等各种线路，使用过程中没有发现任何弊病。在国家一级铁路干线上的试用也已初见成效。6.2钢渣的资源化钢渣是炼钢过程排出的废渣。钢渣是炼钢过程中的必然副产物，其排出量约为粗钢产量的15%～20%。一、钢渣的分类按炼钢所用炉型转炉渣：平炉渣：初期渣、精炼渣、出钢渣和浇钢余渣电炉渣：氧化渣和还原渣按熔渣性质碱性渣：酸性渣按碱度（R）低碱度钢渣（R1.8）中碱度钢渣（R=1.8～2.5）高碱度钢渣（R2.5）522OPSiOCaO碱度按钢渣的形态水淬粒状钢渣块状钢渣粉状钢渣二、钢渣的组成不同的原料、不同的炼钢方法、不同的生产阶段、不同的钢种生产以及不同的炉次等，所排出的钢种的组成与产生量是不同的。（1）转炉钢渣转炉钢渣是钢渣的主要部分，在我国，约占钢渣总量的65%。目前，生产1吨转炉钢约产生130～240kg钢渣。表6-5所示为我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分。表6-5我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分，%炼钢厂CaOMgOSiO2A12O3FeOFe2O3MnOP2O5f-CaO宝钢马钢上钢邯钢40～4945～5045～5142～544～74～55～123～813～1710～118～1012～201～31～40.6～12～611～2210～185～204～184～107～105～102.5～135～60.5～2.51.5～2.51～21～1.43～52～30.2～1.32～9.55～114～102～10转炉钢渣的矿物组成取决于它的化学成分。当钢渣的碱度R为0.78～1.8时，主要矿物为CMS（镁橄榄石）、C3MS2（镁蔷薇辉石）。碱度为1.8～2.5时，主要矿物为C2S（硅酸二钙）及RO相（二价金属氧化物固熔体）。碱度为2.5以上时，主要矿物为C3S（硅酸三钙）、C2S及RO相。不同碱度转炉钢渣的矿物组成如表6-6所示。表6-6不同碱度转炉钢渣的矿物组成，%碱度C3SC2SCMSC3MS2C2ASCaCO3RO4.243.072.732.622.562.111.2450～6035～4530～3520～3015～25少量1～55～1020～3010～2020～2520～305～1020～2520～305～105～1015～2015～203～515～2040～5015～207～15（2）平炉钢渣平炉炼钢周期比转炉长，分氧化期、精炼期与出钢期，并且每期终了都要出渣。氧化期排出的渣称初期渣，精炼期排出的渣称精炼渣，出钢后排出