钢渣在水泥及混凝土中资源化利用的现状和进展.pdf

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1、文章编号：1009—9441(2015)01—0007—04钢渣在水泥及混凝土中资源化利用的现状和进展口口又B恺1，吴凯2，施惠生2(1．华润水泥控股有限公司，广东深圳518001；2．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海201804)摘要：在分析钢渣主要化学成分和矿物组成、碱度及活性等基本性质的基础上，综述了其在水泥及混凝土材料中资源化利用的现状，并就研究中所遇到的主要瓶颈问题、鳃决方案及注意事项进行了探讨。关键词：钢渣；资源化利用；水泥；混凝土中图分类号：X757；TF534文献标识码：A引言钢渣是在炼钢的高温过程中由铁水中的硅、铝等杂质与

2、加入的炉料(如生石灰、白云石和萤石等)反应所生成。具体来讲，炼钢炉中的氧气与金属中的杂质作用先形成氧化物，然后氧化物之闾相互作用，并被炉料石灰吸收(也就是造渣材料和冶炼反应物以及熔融的炉衬材料生成熔合物)，形成炉渣并浮在金属液表面，使杂质和钢水分开。此过程所形成的“杂质”便是钢渣，其形成温度在1500一l700℃[¨。随着我国经济社会的发展，钢铁产业规模逐渐扩大，钢渣的排量也在不断增加，其堆放需要占用大片土地，不仅造成自然资源的过度浪费，同时还会导致严重的污染环境，因此相关研究的意义凸显。水泥混凝土作为最大宗的建筑材料，其用量大，应用面广，因此钢渣在此类

3、材料中的消耗也可在很大程度上缓解当前的严峻形势。本文旨在介绍钢渣组成、碱度及活性等基本物化性质的基础上，阐述其在水泥混凝土材料中的应用，并就其研究中所遇到的主要瓶颈问题进行探讨。1钢渣的基本性质炼钢原料、方法、阶段、钢种以及炉次等因素的不同，均会导致产出的钢渣有所不同。根据炼钢方法的不同，钢渣可分为转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣，我国的大部分钢渣是转炉钢渣；按照不同的生产阶段，可分为炼钢渣、浇铸钢渣和喷溅渣。按钢渣的性质，可分为碱性渣和酸性渣等。由于化学成分及冷却条件不同，造成其外观形态和颜色差异较大。当碱度低、氧化铁含量高时，钢渣呈灰黑色；碱度高、氧化铁

4、低时，则为棕褐色【2】。1．1钢渣的组成钢渣的主要化学成分为CaO、SiO：、Al：O，、Fe：03、FeO、CaO、Mgo、P：05等。与硅酸盐水泥和矿渣相比，钢渣具有铁和磷含量高，而硅质和铝质含量低的特点。由于不同钢厂的原材料及冶炼工艺不同，各组分的相对含量波动也很大。以CaO含量为例，一般平炉炼钢熔化的前期渣中含量20％左右，精炼和出钢时含量40％以上；转炉渣中的含量常在50％左右；电炉氧化渣中约含30％一40％，电炉还原渣中则含50％以上pJ。但总体来讲，钢渣的矿物组成主要取决于其化学成分，并与碱度[CaO／(SiO：+P20，)]有关。在炼钢过

5、程中，随着石灰的加入，所产生钢渣的矿物组成也随之变化。炼钢初期，主要矿物组成为钙镁橄榄石，其中镁可被铁和锰代替；随着石灰掺量增加，橄榄石吸收氧化钙变成蔷薇辉石，同时放出RO相；进一步增加石灰含量，则会有硅酸二钙(c：S)和硅酸三钙(C，s)生成。此外，钢渣中还含有少量的Ca(OH)：和CaC03。1．2钢渣的碱度根据化学组成计算得到的碱度值可在一定程度上评价钢渣的活性。钢渣碱度的高低与其中硅酸二钙和硅酸三钙的含量有直接关系。根据碱度值的大小，可将钢渣分成4类M1，即橄榄石渣(0．9一1．4)、镁蔷薇辉石渣(1．4—1．6)、硅酸二钙渣(1．6—2．4)、

6、硅酸三钙渣(碱度>2．4)。适当调节钢渣的碱度，可以改善钢渣的胶凝性能。碱度太高时，钢渣中CaO含量过多；而SiO：过少，钢渣中c。S含量反而减少，所以在制备钢渣矿渣水泥时一般要求钢渣的碱度>1。8。另外，CaO含量太高，也使熔融钢渣的液态黏性下降，晶相易析出，对其活性不利。建材技术与应用1／2015·7·1．3钢渣的活性钢渣中含有c，s、c：S、C。AF等物相，与硅酸盐水泥熟料的成分类似，因此也具有一定的水硬性。在水化早期，矿渣微细粉即参与水泥水化进程，显著影响水泥水化产物钙矾石、Ca(OH)：和C—S—H凝胶等的生成速度、生成量及微观形貌，且随着其掺

7、量增大及水化时间延长，矿渣微细粉参与水泥水化的反应程度逐渐提高”J。但钢渣的活性却远低于水泥熟料，主要原因包括：一是钢渣中硅酸盐矿物含量较低。研究表明，钢渣中的硅酸盐矿物仅占30％左右，且C，A和C。AF也很少；二是钢渣的生成温度在1560℃以上(硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1400oC左右)，硅酸盐矿物结晶致密，晶粒较大，水化速度缓慢，因此钢渣又称为过烧硅酸盐水泥熟料；三是钢渣中还含有一定量的磷。钢渣中P20，与CaO、SiO：反应生成活性较低的7CaO·P205·2Si02，消耗了较多的CaO，限制C，s的生成，从而降低了钢渣的活性。所以在相同的碱度下

8、，钢渣中P：O，的含量越高，活性越低。此外，钢渣中往往还含有一定量的石灰和方镁石