高炉矿渣的处理和利用

高炉矿渣的处理和利用高炉矿渣的处理和利用高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。在冶炼生铁时，加入高炉的原料，除了铁矿石和燃料（焦炭）外，还有助熔剂。当炉温达到1400℃～1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质所组成的易熔混合物。从化学成分上看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料。每生产1t生铁时高炉矿渣的排放量，随着矿石品位和冶炼方法不同而变化。例如采用贫铁矿炼铁时，生产1t生铁产出1.0t～1.2t高炉矿渣；用富铁矿炼铁时，生产1t生铁只产出0.25t高炉矿渣。由于近代选矿和炼铁技术的提高，每吨生铁产生的高炉矿渣量已经大大下降。1高炉矿渣的分类由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作等工艺因素的影响，高炉矿渣的组成和性质也不同。高炉矿渣的分类主要有两种方法。1.1按照冶炼生铁的品种分类高炉矿渣按冶炼生铁的品种可分为：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。1.2按矿渣的碱度分类高炉矿渣的化学成分中的碱性氧化物之和与酸性氧化物之和的比值称为高炉矿渣的碱度或碱性率（以M0表示），即碱性率M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)按照高炉矿渣的碱性率（M0）可把矿渣分为如下3类：碱性矿渣，碱性率M0>1的矿渣；中性矿渣，碱性率M0=1的矿渣；酸性矿渣，碱性率M0<1的矿渣。这是高炉矿渣最常用的一种分类方法。碱性率比较直观地反映了重矿渣中碱性氧化物和酸性氧化物含量的关系。2高炉矿渣的组成高炉矿渣中主要的化学成分是SiO2，Al2O3，CaO，MgO，MnO，FeO，S等。此外，有些矿渣还含有微量的TiO2，V2O5，Na2O，BaO，P2O5，Cr2O3等。在高炉矿渣中CaO，SiO2，Al2O3占重量的90%以上。几种高炉渣的化学成分见表1。高炉矿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。碱性高炉矿渣中最常见的矿物有黄长石、硅酸二钙、橄榄石、硅钙石、硅灰石和尖晶石。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。表1高炉矿渣化学成分矿渣种化学成分/%CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOSTiO2V2O5类普通矿渣31～5031～446～181～160.05～2.60.2～1.50.2～2锰铁矿渣28～4722～357～221～93～241.2～1.70.17～2钒钛矿渣20～3019～3213～177～90.3～1.21.2～1.90.2～0.96～310.06～1高钛高炉矿渣的矿物成分中几乎都含有钛。锰铁矿渣中存在着锰橄榄石(2MnO.SiO2)矿物。高铝矿渣中存在着大量的铝酸一钙(CaO·Al2O3)、三铝酸五钙(5CaO·3Al2O3)、二铝酸钙(CaO·Al2O3)等。3高炉矿渣的综合利用随着我国钢铁工业的发展，高炉矿渣排量日益增多，历年来已经堆积矿渣近15×107t，占地约1000km2。为了处理这些废渣，国家每年花费巨额资金修筑排渣场和铁路线，浪费大量人力物力。由于高炉矿渣属于硅酸盐质材料，又是在1400℃～1600℃高温下形成的熔融体，因而便于加工成多品种的建筑材料。水淬成粒状矿渣（简称水渣）是生产水泥、矿渣砖瓦和砌块的好原料；经急冷加工成膨胀矿渣珠或膨胀矿渣，可做轻混凝土骨料；吹制成矿渣棉可制造各种隔热、保温材料；浇铸成型可做耐磨的热铸矿渣；轧制成型可做微晶玻璃；慢冷成块的重矿渣可以代替普通石材用于建筑工程中。因此，高炉矿渣的综合利用非常重要。国外高炉矿渣的综合利用是在20世纪中期开始发展起来的。目前欧美一些发达国家已做到当年排渣，当年用完，全部实现了资源化。我国高炉矿渣的利用率在85%以上。3.1水渣的用途3.1.1生产矿渣水泥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，是优质的水泥原料。水渣既可以作为水泥混合料使用，也可以制成无熟料水泥。（1）矿渣硅酸盐水泥，是用硅酸盐水泥熟料与粒化高炉矿渣再加入3%～5%的石膏混合磨细或者分别磨后再加以混合均匀而制成的。矿渣硅酸盐水泥简称为矿渣水泥。在磨制矿渣水泥时，高炉矿渣的掺入量对水泥的抗压强度影响不大，而对抗拉强度的影响更小，所以，其掺入量可以占到水泥重量的20%～85%。这样对于提高水泥质量，降低水泥生产成本是十分有利的。矿渣水泥与普通水泥相比有如下特点：第一，具有较强的抗溶出性和抗硫酸盐侵蚀性能，故能用于水上工程、海港及地下工程等，但在酸性水及含镁盐的水中，矿渣水泥的抗侵蚀性较普通水泥差。第二，水化热较低