鋼鐵行業高爐煉鐵水渣的綜合利用

摘要：煉鐵產生的大量高爐水渣制成礦渣微粉替代水泥使用，是我國鋼鐵工業廢渣治理的重要途徑。本文首先對高爐水渣的生成及特性進行闡述，并分析礦渣微粉生產過程的質量控制與環境保護因素，最后對礦渣微粉的綜合利用展開探究，為高爐水渣制礦渣微粉技術在我國的發展和應用提供資料參考。

關鍵詞：高爐水渣；礦渣微粉；環境保護；綜合利用

建筑材料的生產在國民經濟中占有重要地位，同時也要消耗大量的自然資源，而在混凝土中摻入由鋼鐵行業高爐煉鐵水渣（工業廢渣）制成的礦渣微粉作為一種新型建材，在國內外已開始得到廣泛應用。

一、 鋼鐵行業高爐煉鐵水渣的生成及特性

高爐煉鐵是鋼鐵行業最重要的基礎工序，其產生的工業廢渣約占整個鋼鐵行業總渣量的70%以上，按2014年全國生鐵年產71200萬噸計，高爐煉鐵水渣產生量約為26344萬噸。如此大量的廢渣得不到及時處理將占用國家大量土地資源，因此，高爐水渣綜合利用一直是鋼鐵行業的重要任務。

煉鐵是以燒結礦為原料，另加焦炭（燃料和還原劑）、塊礦和輔料（熔劑和石灰石）等，按一定比例稱量、配料后送往高爐爐頂布料入爐，由熱風爐從高爐下部風口向高爐爐缸鼓入熱風助焦炭燃燒，并向高爐爐缸噴吹入煤粉燃燒。爐內原、燃料在高溫下熔化而逐漸下降，在爐料下降、煤氣上升過程中，先后發生傳熱、分解、還原、熔化、滲炭、脫炭、脫硫和造渣等反應，使燒結礦中的氧化鐵被還原成金屬鐵水，雜質與加入的石灰石等結合生成爐渣，鐵水從高爐爐底出鐵口間斷排出，裝入鐵水罐送往煉鋼廠，渣液從出渣口排出，水淬后生成高爐水渣，高爐煤氣從爐頂引出，經除塵凈化后作燃料使用。

高爐水渣化學成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、MnO2等，其形態是含有95%以上的玻璃體和硅酸二鈣、鈣黃長石、硅灰石等礦物，與水泥成份接近。

二、 礦渣微粉生產的工藝流程與環境保護

1、礦渣微粉生產的工藝流程

礦渣微粉是高爐水渣經過研磨得到的一種超細粉末，屬建材高新科技產品。

由原料系統送來的高爐水渣經氣動兩路閥喂入立磨內，被磨輥在旋轉的磨盤上擠壓粉碎成粒徑大小不一的礦渣微粉顆粒，在熱風爐中通過燃燒煤氣產生的干燥氣體從立磨進氣口自下而上進入磨機，烘干并攜帶磨機內被磨碎到一定粒徑的礦渣微粉顆粒上升進入立磨上部的高效選粉機?？梢陨仙竭x粉機高度的礦渣微粉粒徑大小與干燥氣體流速成正比，流速越大進入高效選粉機的礦渣微粉顆粒粒徑越大（重量越大），根據該原理可以通過控制干燥氣體流速生產不同粒徑礦渣微粉產品來滿足客戶的質量要求。細度合格的細粉（成品） 隨出磨干燥廢氣由覆膜濾料高效布袋收塵器收下，經空氣輸送斜槽、提升機等輸送設備分別送入礦渣粉儲存庫內儲存，粗粉顆粒由于粒徑較大，在重力作用下未上升到選粉機高度返回磨盤重磨。

2、 環境保護與產業政策

出磨含粉塵的干燥廢氣，經覆膜濾料高效布袋收塵器收塵及凈化處理，濃度達到《工業爐窯大氣污染物排放標準》（GB9078-1996）表2、表4中二級標準后，大部分干燥廢氣作為循環風返回立磨系統回收能量，小部分干燥廢氣經煙囪排入大氣。

礦渣微粉在一定范圍內可以替代等量水泥使用，對比年產50萬噸水泥生產裝置，一個等量礦渣微粉項目每年可為國家節約80萬噸不可再生的寶貴資源、8.0萬噸標準煤和3000萬度電力，少向環境排放SO2140.5t/a，粉塵120.38t/a，煙塵802.58t/a。

袋式收塵器是立磨工藝中的關鍵設備，它既是產品收集設備，更是環保除塵設備，工廠生產的所有產品都由該設備收下。為了使磨碎的礦渣微粉全部轉變成產品進入礦渣微粉倉，并同時滿足環保要求，該濾料與普通過濾材料不同之處在于其基材上覆蓋了一層經過高科技特殊加工的薄膜，從而使其具有更細微而均勻的結構，空孔率更高，過濾阻力更小，壽命更長，過濾效率達到99.99%以上。使用該濾料可以增加產品得率，減少粉塵排放量，廢氣中粉塵排放濃度可以小于50mg/Nm3，符合清潔生產要求。

涉及礦渣微粉的生產項目在2015年財政部、國家稅務總局聯合發布的《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》中退稅比例為0.7%，并符合《水泥工業產業發展政策》（國家發展和改革委員會，2006.10.17）中"鼓勵推廣礦渣微粉細磨技術"內容。

3、 礦渣微粉生產的質量控制

礦渣微粉生產過程可以全部采用計算機控制系統對從原料進廠到配料、粉磨、微粉顆粒粒徑、成品倉及成品發運的整個生產全過程進行集中控制和管理。監控管理計算機具有動態流程圖顯示、報警、報表和打印輸出，對過程回路、馬達狀態、現場信號和報警狀態等，用語言文字、色彩和音響等方式進行顯示，使企業的管理在國內處于先進水平。

三、 礦渣微粉的綜合利用

1、 礦渣微粉的特性

礦渣微粉具有潛在水化活性。當與水泥混凝土混合時，活性SiO2、Al2O3與水泥中C3S和C2S水化產生的Ca（OH）2反應，進一步形成水化硅酸鈣產物，填充于水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，同時將強度較低的Ca（OH）2晶體轉化成強度較高的水化硅酸鈣凝膠，顯著改善了水泥和混凝土的一系列性能。

礦渣微粉具有潛在水硬性。礦渣中含有硅酸鹽、鋁酸鹽及大量含鈣的玻璃質（如C2S、CAS2、C2AS、C3A、C2F和CaSO4等），具有獨立的水硬性，在CaO與CaSO4的激發作用下，遇到水就能硬化，通過細磨后，硬化過程大大加快。

2、 礦渣微粉的優點

① 可有效提高水泥混凝土的抗海水侵蝕性能，特別適合于抗海水工程。

② 可顯著降低水泥混凝土的水化熱，適于配制大體積混凝土。

③ 可有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應，提高混凝土的耐久性。

④ 可顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善溺水混凝土的和易性。

⑤ 可大幅度提高水泥混凝土的強度，輕而易舉地配制超高強度水泥混凝土。

⑥ 可顯著增加水泥混凝土的致密度，改善水泥混凝土的抗滲性。

⑦ 用于普通水泥混凝土可節省水泥用量，降低混凝土成本。

3、 礦渣微粉的用途

與硅酸鹽水泥按比例混合，生產高性能礦渣水泥。細度為400～450m2/kg的礦粉，可配制425，425R礦渣硅酸鹽水泥；細度為450～500m2/kg的礦粉，可配制525，525R 礦渣硅酸鹽水泥。

作為混凝土摻和料，等量取代部分水泥（30%～70%），配制高強度、耐久性、高性能混凝土。

綜上所述，鋼鐵行業高爐煉鐵水渣年產生量巨大，用高爐水渣生產的礦渣微粉作為混凝土摻入料可等量取代水泥，降低混凝土成本，減少自然資源消耗和工業廢渣占地，保護生態環境，符合國家大力發展循環經濟的可持續發展戰略。由于摻有礦渣微粉的混凝土具有水化熱低、耐腐蝕、與鋼筋粘接力強、抗滲性強、抗微縮、后期強度高等特點，被廣泛應用在大型建筑、水壩、城市道路、水下、海防、油田、化學防腐工程等，產品具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

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