钢渣综合利用所面临的问题与解决办法

  • 发布日期:2018-10-25
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  一、精细分类问题

  采矿—废石

  选矿—尾矿

  烧结—脱硫灰(脱硫石膏)

  高炉炼铁—高炉渣(水渣,矿渣),全称:水淬高炉矿渣或粒化高炉矿渣( Granulated blast furnace slag)

  钢渣分为:铁水预脱硫 脱硫渣,转炉炼钢 转炉渣,炉外精炼 精炼渣,电炉炼钢 电炉渣。

  高炉瓦斯泥+转炉除尘灰+电炉除尘灰+其他环节尘泥=含铁尘泥

  铁合金冶炼(矿热炉、电弧炉)—铁合金渣(硅锰渣)

  二、粉磨能耗高的问题

  钢渣粉磨能耗高的最主要原因是内部含有大量残留的微米级金属铁粒。

  解决办法:

  在钢渣粉磨过程中进行实时循环除铁,可实现与高炉水淬矿渣粉磨电耗相近。

  设备配套:

  1.辊压机串联立磨

  2.辊压机串联管磨

  3.除铁技术改造:磁滑轮改成带式除铁器

  三、安定性问题

  经过三年以上露天陈化的任何转炉渣、电炉渣作为路基材料一般不存在明显危害性的安定性不良问题。

  1毫米以上的钢渣颗粒其膨胀粉化的概率永远不会等于零,因此永远不要试图利用钢渣颗粒作为骨料制备结构混凝土。但陈化三年的钢渣以及热闷良好的钢渣细颗粒可作为干混砂浆或预拌砂浆的细骨料。

  在充分除铁的条件下(金属铁含量低于0.5%),任何转炉钢渣采用立磨磨细至比表面积大于420平方米/公斤,将其用于各种混凝土,基本都不存在安定性不良问题。

  用于以矿渣微粉为主要原料,并且石膏含量较高(大于10%)不含水泥熟料(或水泥熟料含量不超过20%)的胶凝材料体系中,钢渣的安定性不良问题可以100%被消除。

  消除钢渣安定性不良影响的原理:

  1.采用立磨粉磨钢渣需要在磨盘上形成合适的料饼,这就需要在粉磨过程中,被磨物料内始终含有少量的液体水(一般2%以上)。在物料在高温(100℃-300℃)潮湿的环境中,钢渣微粉中游离氧化钙和游离氧化镁大部分被水化成高活性的氢氧化钙和氢氧化镁。

  2.钢渣微粉配合多矿渣微粉和多石膏体系使用,最好不要与水泥熟料配合。

  在钢渣微粉与大量矿渣微粉和脱硫石膏共同存在的条件下,混合粉体遇水后会迅速形成大量的钙矾石和C-S-H凝胶。这个反应会迅速消耗掉钢渣所提供的Ca(OH)2和Mg(OH)2,并在溶液中造成Ca(OH)2和Mg(OH)2的不饱和状态。 Ca(OH)2和Mg(OH)2的不饱和状态能够促进钢渣中残余的游离氧化钙和游离氧化镁快速水化(不会形成Ca(OH)2或 Mg(OH)2包裹层)。

  “不会形成Ca(OH)2或 Mg(OH)2包裹层”,不仅会在胶凝材料硬化前发生,并且能够在胶凝材料硬化后发生。会进一步引起两个提高体系安定性的正效应:

  (1)增加钢渣中残留游离氧化钙和游离氧化镁与水直接接触的机会,在胶凝材料硬化前进一步促进水化反应的进行。

  (2)在这个体系中钢渣中残留游离氧化钙和游离氧化镁基本不经过固体Ca(OH)2或 Mg(OH)2阶段,而是直接进入溶液形成钙离子、镁离子和氢氧根离子。因此基本不存在游离氧化钙和游离氧化镁水化成固体Ca(OH)2或 Mg(OH)2的固体膨胀过程。

  因此,在这个体系中可以100%避免安定性不良问题。

  在碱性条件下,钙矾石是一个具有极低溶解度的复盐,其溶度积常数为10-111.6

  四、活性低的问题

  钢渣中的主要显微物相与微观结构

  A—金属铁微粒,B—硅酸盐相, C—RO相

  因此,在普通水泥混凝土体系中,钢渣中所含的能在28天时间内水化并对混凝土强度起直接贡献作用的物相总量少得可以忽略不计。

  而粉煤灰,火山灰类物质和部分种类尾矿微粉在混凝土中,因为二次火山灰活性反应,都会对混凝土的强度增长有明显贡献。因此在这些原料充足的地区,将磨细钢渣粉简单卖给水泥厂或混凝土搅拌站是没有市场的。

  解决钢渣活性低的问题有效办法

  但是钢渣中含有70%以上的二价氧化物,在没有水泥熟料(或超低水泥熟料)的体系中,这些二价氧化物,在石膏的协同作用下都是激发活性富硅铝物质的良好激发剂(在高水泥熟料体系它们不起作用)

  某热焖法转炉钢尾渣化学成分分析(wt.%):钢渣形成C-S-H 凝胶的物质基础非常薄弱

  1、多固废协同制备全固废胶凝材料代替水泥

  2、多固废协同制备全固废混凝土

  3、多固废协同制备全固废胶结充填料

  水淬高炉矿渣的主要特征

  水淬高炉矿渣中具有潜在水硬活性的硅(铝)氧四面体是水泥熟料的2-3倍,但目前无论是作为水泥混合材还是作为混凝土掺合料,只有不到30%硅(铝)氧四面体在发挥作用。我国年产水淬高炉矿渣近3亿吨,将其进一步高效利用的潜力还很大。

  C-S-H凝胶是对混凝土强度贡献最大的物相之一,是由硅(铝)氧四面体连接而成的链状构造硅酸盐。水淬粒化高炉矿渣中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的摩尔比在0.9以上,而水泥熟料中的(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的摩尔比在0.3左右。因此水淬粒化高炉矿渣在形成C-S-H凝胶的过程中对硅氧四面体和铝氧四面体贡献潜力比水泥熟料大2-3倍。

  在碱性条件下,钙矾石是一个具有极低溶解度的复盐,其溶度积常数为10-111.6

  近几年研究进展:

  多种固废协同作用可以制备零熟料混凝土

  最新全固废胶凝材料配比:钢渣微粉35%,矿渣微粉40%,脱硫石膏15%,粉煤灰+尾矿微粉10%;目前已累积浇筑地坪和路面混凝土近10000平方米。

  研发成功100%采用磁铁石英岩型铁矿的尾矿和废石作为骨料生产混凝土预制件技术,生产出高质量的C60-C80铁路轨枕、管桩等高端产品,并得到大量工程应用。生产出符合TB/T2190-2002标准的预应力混凝土轨枕210万根。其中新开发的C60预应力混凝土轨枕的胶凝材料比例比目前生产的C60混凝土轨枕水泥用量从90%下降到30%以下。

  研究成功C40极低水泥熟料人工鱼礁混凝土。该人工鱼礁混凝土的骨料仍100%采用尾矿和废石作为骨料,胶凝材料几乎全部利用钢尾渣、矿渣、脱硫石膏。采用1%水泥熟料,胶凝材料99%由超细矿渣粉、钢渣粉和脱硫石膏代替。混凝土中重金属含量低于海底沉积物。目前已投入大连獐子岛海域3000m3,完成国家海洋局重大工益项目“基于生态系统的海洋牧场研究与示范”,并通过验收。

  4、建立起年产60万吨/年的尾矿微粉生产线并实现批量生产和应用

  研制成功尾矿微粉生产技术,并建立起年产60万吨的尾矿微粉生产线,实现批量生产。所生产的尾矿微粉不仅能够用于水泥和混凝土,还对改善混凝土的流动性和耐久性具有显著作用。实施企业被国家发改委列为首批“双百工程”骨干企业。

  冶金渣全固废胶凝材料作为地下采矿胶结充填料的胶结剂协同资源化利用垃圾焚烧飞灰。

  冶金渣全固废胶凝材料固化重金属和二噁英的能力是普通硅酸盐水泥的20倍以上,固化氯离子的能力是普通硅酸盐水泥的100倍以上。在冶金渣胶凝材料中加入20%的垃圾焚烧飞灰,可使胶结充填体的强度提高20%-180%。固化后各种有害物质的浸出浓度都能达到饮用水水平。

  本技术的经济性:

  (1)每吨充填胶结剂生产成本(含管理成本)150元/吨,售价220元/吨,税前利润率30%以上。

  (2)额外收入:每消纳1吨北京市的垃圾焚烧飞灰可获得1600-3500元的补贴。

  五、环保税及其关联恶性后果问题

  环境保护税法与钢渣:目前大多数钢铁企业有部分钢渣面临25元/吨的环保税缴纳问题。其实这不是最严峻的问题。最严峻的问题是以下3个方面:

  1、所有露天堆放贮存的钢渣都会在雨季产生渗滤液。根据我们的实验数据初步测算,所产生的渗滤液需要缴纳环保税约300元/吨。

  2、任何企业所缴纳的固废环保税都意味着这个企业存在不合规定的固废处置、贮存或综合利用。这将成为国家环保督查的明确目标。按目前国家环保督查的一般做法,如果企业违规对环境造成污染,都要对该企业下达整改通知。一次整改不合格的将被责令停产整顿,二次整改仍不合格的将被吊销营业执照。

  3、环保问题被公开的上市公司还面临巨大的金融风险。

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