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粒化高炉矿渣

粒化高炉矿渣是在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷后来不及结晶而形成的细颗粒状玻璃态物质。 一、矿渣在水泥工业中的综合利用主要经过了三个阶段:

第一阶段(1995年以前)粒化高炉矿渣主要是作为水泥混合材使用。以混合粉磨为主。矿渣由于难磨，在水泥中的掺量有限，一般不超过30%。

第二阶段(1995~2000年)学习国外技术，矿渣粉作为高性能混凝土的高掺合料，在建筑工程中推广使用。但要求矿渣粉比表面积要达到600m2/kg以上，国内仅有几家粉磨站生产。主要原因是:进口设备价格昂贵、生产线投资相当大。

第三阶段(2000年后)矿渣粉最经济的粉磨细度应控制在400m2/kg左右。这样的矿渣粉，既能直接供给混凝土搅拌站作掺合料，又能与熟料、石膏粉合成高掺量矿渣水泥。随着循环目前已接近一亿吨/经济的大力发展，矿渣粉的产量年年翻番，年，正在国内形成一个生产建材的新兴产业。 二、什么是矿渣

“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料(焦炭)之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为助熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是矿渣。含有95%以上的玻璃体和硅酸二钙，钙黄长石、硅灰石等矿物，与水泥成份接近。

未经淬水的矿渣，其矿物这些形态呈稳定形的结晶体，结晶体除少部分C2S尚有一些活性外，其它矿物基本上不具有活性。如经淬水急冷，形成了玻璃态结构，就使矿渣处于不稳定的状态。因而具有较大的潜在化学能。出渣温度愈高，冷却速度愈快，则矿渣玻璃化矿渣的潜在化学能程度愈高，愈大，活性也愈高。因此，经水淬急冷的高炉矿渣的潜在活性较好。

每生产1吨生铁，要排出0.3-1吨矿渣。

表1我国部分钢铁厂的高炉矿渣化学成分

厂名 AG AG BG BG SG WG JG SiO2 38.28 32.27 40.10 41.47 38.13 38.83 27.02 Al2O3 8.40 9.90 8.31 6.41 12.22 12.92 15.13 Fe2O3 1.57 2.25 0.96 2.08 0.73 1.46 2.08 MnO 0.48 11.95 1.13 0.99 1.08 1.95 17.74 CaO 42.66 39.23 43.65 43.30 35.92 38.70 33.15 MgO 7.40 2.47 5.75 5.20 10.33 4.63 2.31 S / 0.72 0.23 / 1.10 0.05 / 三、矿渣微粉的应用

通过将矿粉等工业废渣以等比例取代水泥的方式掺入到水泥中形成复合胶凝材料，能够产生例如“火山灰效应”和“微集料效应”等作用，从而使各个原材料在性能上产生互补作用。因此，在倡导“低碳、环保”的今天，应在保证胶凝材料性能满足使用要求的前提下，尽可能多的将这类工业废渣、生物质灰循环利用，以达到节约水泥、保护环境的目的。 3.1 矿渣微粉的特性：

1、矿渣微粉具有潜在水化活性。当与水泥混凝土混合时，活性SiO2、A12O3与水泥中C3S和C2S水化产生的Ca(OH)2反应，进一步形成水化硅酸钙产物，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，同时将强度较低的Ca(OH)2晶体转化成强度较高的水化硅酸钙凝胶，显著发送了水泥和混凝土的一系列性能。

2、矿渣微粉具有潜在水硬性。矿渣中含有硅酸盐、铝酸盐及大量含钙的玻璃质（如C2S、CAS2、C2AS、C3A、C2F和CaSO4等），具有独立的水硬性，在氧化钙与硫酸钙的激发作用下，遇到水就能硬化，通过细磨后，硬化过程大大加快。 3.2 矿渣化学成分对其活性的影响

不同钢铁厂的矿渣的化学成分差异很大，同一钢铁厂不同时期排放的矿渣有时也不一样。所以，要按进厂批次检测其化学成分的变化。

（1）氧化钙

氧化钙属碱性氧化物，是矿渣的主要化学成分，一般占40%左右，他在矿渣中化合成具有活性的矿物，如:硅酸二钙等。氧化钙是决定矿渣活性的主要因素，因此，其含量越高，矿渣活性越大。

(2)氧化铝

氧化铝属酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，他在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，有熔融状态经水淬后形成玻璃体。氧化铝含量一般为5%~15%，也有的高达30%；其含量越高，活性越大，越适合水泥使用。

(3)氧化硅

氧化硅微酸性氧化物，在矿渣中含量较高，一般为30%~40%。与氧化钙和氧化铝比较起来，它使矿渣活性降低。

(4)氧化镁

氧化镁比氧化钙的活性要低，其含量一般在1%~18%，，在矿渣中呈稳定的化合物或玻璃体，不会产生安定性不良的现象。因此，一般将氧化镁看成是矿渣的活性组份。

(5)氧化亚锰

氧化亚锰对水泥的安定性无害，但对矿渣的活性有一定的影其含量一般应限制在1%~3%，如果超过4%~5%，矿渣活性响。明显下降。

(6)硫

矿渣中硫较多时，可使水泥强度损失较大；但硫化钙与水作用，生成氢氧化钙起碱性激发

作用。

(7)氧化钛

矿渣中的钛以钛钙石存在，使矿渣活性下降。国家标准中规定矿渣中的二氧化钛含量不得超过10%。

3.3 矿渣微粉的用途：

1、与硅酸盐水泥按比例混合，生产高性能矿渣水泥。细度为400-450m2/kg的矿粉，可配制425，425R矿渣硅酸盐水泥；细度为400-450m2/kg的矿粉，可配制525，525R矿渣硅酸盐水泥。

2、作为混凝土掺和料，等量取代部分水泥（20%-70%），配制高强度、耐久性、高性能混凝土。

3.4 使用矿渣微粉的效果：

1）可有效提高水泥混凝土的抗海水侵蚀性能，特别适合于抗海水工程。 2）可显著降低水泥混凝土的水化热，适于配制大体积混凝土。 3）可有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，提高混凝土的耐久性。 4）可显著减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强度，轻而易举地配制超高强度水泥混凝土。 6）可显著增加水泥混凝土的致密度，改善水泥混凝土的抗渗性。 7）用于普通水泥混凝土可节省水泥用量，降低混凝土成本。

四、怎样评价矿渣质量的好坏 4.1 质量评定方法 1.化学分析法

用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法.我国国家标准(GB/T203-2008)规定粒化高炉矿渣质量系数如下:

K?CaO?MgO?Al2O3SiO2?MnO?TiO2

式中:各氧化物表示其质量百分数含量。

质量系数K反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份之间的比例关系，质量系数K值越大，矿渣活性越高。

2.碱度经验法

矿渣的活性组分含量之和与主要非活性组分的比值，称代号B为:碱度， 碱度计算:

B?CaO?MgO?Al2O3

SiO2式中:各氧化物表示其质量百分数含量。

B>1.6的矿渣属于活性矿渣，B越大潜在水硬性越好。