?；郀t礦渣粉的生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào): TQ172.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 1007- 6344( 2007) 01- 0017- 04

摘要: 通過(guò)介紹礦渣和礦渣粉的基本性能, 并運(yùn)用大量的資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 說(shuō)明了礦渣粉在水泥和混凝土中的應(yīng)用效果。實(shí)踐證明: 球磨機(jī)開(kāi)流、圈流以及立磨生產(chǎn)工藝皆可生產(chǎn)合格的礦渣粉; 通過(guò)磨細(xì)高爐礦渣, 激發(fā)其潛在活性, 可增加水泥和混凝土中的礦渣摻量, 減少熟料和水泥的用量, 降低生產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟(jì)效益, 對(duì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì), 建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重大意義。

關(guān)鍵詞: 礦渣粉開(kāi)流圈流立磨應(yīng)用

0 前言

　　粒化高爐礦渣是高爐煉鐵時(shí)的副產(chǎn)品, 其產(chǎn)量一般為生鐵產(chǎn)量的25%～50%左右, 按此估計(jì)我國(guó)礦渣的年產(chǎn)量在6000 萬(wàn)噸以上, 通常用于筑路、回填、作水泥生產(chǎn)的原材料及混合材等, 利用量不到80%, 而且整體利用水平不高, 剩余的仍然繼續(xù)堆積, 不僅占用了大量的農(nóng)田, 阻礙交通、河流, 而且還對(duì)環(huán)境造成了污染, 危害了生態(tài)平衡。

　　目前, 礦渣粉的制備主要采用球磨機(jī)開(kāi)流或圈流生產(chǎn)技術(shù), 一些實(shí)力雄厚的廠家則采用立磨技術(shù)生產(chǎn), 礦渣粉生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用得到了快速發(fā)展。

　　礦渣在我國(guó)水泥工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用, 但礦渣的應(yīng)用大部分是與熟料一起混磨生產(chǎn)水泥。ISO標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以前, P·S 52.5 水泥中礦渣的摻入量在20%左右, P·S 42.5 水泥中礦渣摻量在30%左右, 不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中礦渣水泥允許最高摻量70%的一半。影響礦渣摻量的主要原因是: 礦渣的易磨性差, 混磨后水泥中的礦渣組分比熟料的組分粗, 礦渣的活性難以發(fā)揮, 從而影響水泥的強(qiáng)度。若將礦渣粉磨成比表面積為400～600m2/kg( 或更大) 的礦渣粉, 作為配制水泥或混凝土的摻合料使用, 其活性得到了很好的發(fā)揮, 且礦渣粉的摻量大大增加, 經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　本文主要介紹了礦渣粉的性能、礦渣粉的生產(chǎn)技術(shù)及其在水泥和混凝土中的應(yīng)用情況, 以提高人們對(duì)礦渣粉的認(rèn)識(shí)和利用, 充分發(fā)揮礦渣的潛在性能, 創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為積極推進(jìn)固體廢棄物的充分利用, 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì), 建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

1 礦渣的基本性質(zhì)

1.1 礦渣的化學(xué)成分

　　礦渣是熔融高爐渣經(jīng)水淬急冷后的一種粒狀物, 由于礦物質(zhì)來(lái)不及結(jié)晶, 因此大部分為玻璃質(zhì),具有較高的潛在活性。其主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3, 含量達(dá)到礦渣成分的90%以上, 主要成分見(jiàn)表1。

表1 礦渣的化學(xué)組成%

　　礦渣堿度的計(jì)算: B=(CaO+MgO+Al2O3) /SiO2,B>1.60 的礦渣為堿性礦渣, 從表1 中可以看出萊鋼和濟(jì)鋼礦渣堿度>1.60, 屬于堿性礦渣, 具有潛在活性。

1.2 礦渣的礦物組成

　　從X 射線衍射圖譜分析發(fā)現(xiàn), 礦渣主要是由CaO、SiO2 和Al2O3 形成的C2AS( 黃長(zhǎng)石) 、CAS2( 鈣長(zhǎng)石) 、CS( 假硅灰石) 和C2S( 硅酸二鈣) 四種礦物組成, 其中C2AS 和C2S 活性較好, CAS2 和CS 的活性較差。

1.3 礦渣粉的性能

　　(1) 礦渣粉的細(xì)度較細(xì)。比表面積≥400m2/kg 的礦渣粉, 80μm 的篩子幾乎無(wú)篩余, 從顆粒分布情況看, <30μm 的顆粒占到80%以上。我公司比表面積為428m2/kg 的礦渣粉顆粒分布情況見(jiàn)表2。

　　(2) 礦渣粉的活性較高。含有大量的C2AS 和C2S。

　　(3)GB/T18046- 2000 國(guó)標(biāo)中S95 級(jí)粒化高爐礦渣粉的主要性能指標(biāo)要求及我公司生產(chǎn)的礦渣粉性能見(jiàn)表3。

表2 礦渣粉的顆粒分布%

表3 礦渣粉的性能指標(biāo)

1.4 礦渣粉的作用

　　(1) 與磨制的熟料粉按照一定的比例配制各種等級(jí)的礦渣硅酸鹽水泥, 可提高礦渣粉的摻入量,增加水泥的強(qiáng)度, 進(jìn)而降低水泥生產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟(jì)效益;

　　(2) 摻入礦渣粉能大幅度提高混凝土的強(qiáng)度,因此可配制高強(qiáng)度砼;

　　(3) 可替代10%~40%的水泥, 配制混凝土, 節(jié)約水泥用量, 降低混凝土的生產(chǎn)成本。同時(shí), 可有效的抑制堿集料反應(yīng), 提高混凝土的耐久性;

　　(4) 摻入礦渣粉配制的混凝土, 可提高其抗海水的浸蝕性能, 故適用于海水工程;

　　(5) 摻入礦渣粉配制的混凝土, 可顯著降低水化熱, 故適用于建造大體積混凝土工程;

　　(6) 作為添加劑, 可制作墻體材料及壓力管道等;

　　(7) 摻加礦渣粉可顯著增加混凝土的致密度, 改善其抗?jié)B性, 故可用于噴補(bǔ)工程;

　　( 8) 摻加礦渣粉配制的混凝土, 可減少其泌水量, 提高和易性、可泵性, 因此是大型混凝土攪拌站的優(yōu)選材料。

2 礦渣粉的生產(chǎn)技術(shù)

　　目前, 國(guó)內(nèi)、外礦渣粉的制備主要采用球磨機(jī)開(kāi)流系統(tǒng)、圈流磨系統(tǒng)及立磨系統(tǒng)生產(chǎn)工藝。不同粉磨系統(tǒng)技術(shù)性能對(duì)比見(jiàn)表4。

　　從表1 可以看出:

　　(1) 立磨系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)量高、電耗低、燃料消耗低,具有較高的投資價(jià)值, 但是立磨系統(tǒng)一次性投資較高, 在1 億元以上, 建設(shè)期長(zhǎng), 一般企業(yè)難以承受。

　　(2) 圈流系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)量較高, 而且產(chǎn)品質(zhì)量容易調(diào)節(jié), 但電耗較高, 建設(shè)期稍長(zhǎng), 一次性投資也較高。

　　(3) 開(kāi)路系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)量稍低, 產(chǎn)品質(zhì)量不易調(diào)節(jié), 但電耗略低, 工藝簡(jiǎn)單, 建設(shè)期短, 一次性投資低( 500 萬(wàn)元) , 可實(shí)現(xiàn)當(dāng)年施工、當(dāng)年投產(chǎn)、當(dāng)年見(jiàn)效, 該系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性。

3 礦渣粉在水泥和混凝土中的應(yīng)用

3.1 用熟料粉和礦渣粉配制水泥

　　礦渣粉與熟料粉( 摻5%石膏) 按不同的比例經(jīng)雙軸攪拌機(jī)配制的礦渣硅酸鹽水泥, 經(jīng)檢驗(yàn)其各種質(zhì)量指標(biāo)完全超過(guò)32.5 級(jí)礦渣水泥要求, 其檢驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表5。

　　從表5 中可以看出, 礦渣粉摻量可高達(dá)60%( 以前混磨摻25%左右) 。目前我公司生產(chǎn)的32.5 級(jí)礦渣硅酸鹽水泥, 礦渣粉摻量保持在55%左右, 比混磨時(shí)多摻了30%左右, 節(jié)約了熟料的用量, 降低了生產(chǎn)成本。

3.2 在高標(biāo)號(hào)水泥中摻加礦渣粉配制水泥對(duì)42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥( 摻礦渣6%) 配不同

比例礦渣粉的水泥進(jìn)行了檢驗(yàn), 結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 熟料粉與不同比例礦渣粉配制的水泥性能指標(biāo)

　　從表6 中可以看出, 在普通硅酸鹽42.5 水泥摻入礦渣粉后, 隨著摻入量的增加, 初凝、終凝時(shí)間有所延長(zhǎng), 水泥的3 天抗折、抗壓強(qiáng)度有所下降, 而28天抗折、抗壓強(qiáng)度卻有所上升, 其中在摻入30%、40%時(shí), 28 天抗壓強(qiáng)度較高, 達(dá)到了48MPa 以上, 超過(guò)原水泥4 MPa 以上, 在摻入60%時(shí)其28 天抗壓強(qiáng)度仍達(dá)到了43.2 MPa, 其它各項(xiàng)性能指標(biāo)合格。

　　由此可見(jiàn), 在硅酸鹽水泥中摻入30%~60%的礦渣粉生產(chǎn)礦渣水泥是可行的, 可大大降低水泥的生產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 用礦渣粉替代部分水泥配制混凝土委托山東建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心做摻不同比例礦渣粉( 替代水泥) 的C30 混凝土實(shí)驗(yàn)。

　　檢驗(yàn)依據(jù): JGJ55- 2000; 坍落度: 30~50mm;

　　所用材料: 水泥為32.5 級(jí)礦渣硅酸鹽水泥( 礦渣摻量為25%) , 石1 粒度10~20mm, 石2 粒度5~10mm, 砂為萊蕪中沙, 水為飲用水。

混凝土配合比及性能指標(biāo)見(jiàn)表7。

　　從表7 中可以看出, 隨著礦渣粉的摻量增加,混凝土的坍落度、3 天和7 天抗壓強(qiáng)度有所降低, 而在配入10%礦渣粉時(shí), 混凝土28 天抗壓強(qiáng)度卻達(dá)到了48.3MPa, 比單用水泥提高2MPa, 其它皆合格?？梢?jiàn)用10%~40%的礦渣粉替代水泥配制C30 混凝土是可以的。目前, 我公司生產(chǎn)的礦渣粉在濟(jì)南、泰安、淄博等地的大型攪拌站推廣使用。

3.4 其它方面的應(yīng)用

　　另外, 我公司的礦渣粉又在制管廠及作為水下充填高水材料的主要原料等方面得到了廣泛的應(yīng)用, 效果良好。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

　　從本公司的實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看, 礦渣的綜合生產(chǎn)成本為90 元左右( 其中原材料20 元/噸, 電耗32元/噸, 煤耗15 元/噸, 人工及福利8 元/噸, 其他15元/噸) , 礦渣粉按市場(chǎng)價(jià)150 元/噸, 兩條線年產(chǎn)27萬(wàn)噸礦渣粉計(jì)算, 則:

　　(1) 單獨(dú)銷(xiāo)售礦渣粉年經(jīng)濟(jì)效益為: ( 150- 90) ×27=1620 萬(wàn)元。優(yōu)質(zhì)礦渣粉價(jià)格與水泥相差不大, 故礦渣粉的利潤(rùn)要比水泥高得多。

　　(2) 配制水泥時(shí), 熟料粉綜合成本為190 元/噸,按每噸水泥多摻30%的礦渣粉計(jì)算, 則每噸水泥可降成本( 190- 90) ×30%=30 元/噸。按每年配制55 萬(wàn)噸礦渣水泥計(jì)算, 年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益: 30×55=1650 萬(wàn)元。

　　(3) 配制C30 混凝土?xí)r, 每立方米混凝土中摻入30%礦渣粉可替代147kg 水泥, 水泥市場(chǎng)價(jià)格按240 元/噸計(jì)算, 則每立方米混凝土可節(jié)約成本:( 240- 160) ×147÷1000=11.76 元/m3。

　　可見(jiàn), 礦渣粉無(wú)論是單獨(dú)銷(xiāo)售還是配制水泥及混凝土, 其經(jīng)濟(jì)效益都相當(dāng)可觀。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 柴星騰.礦渣粉的制備與應(yīng)用.水泥技術(shù), 2003, ( 1) .

　　[2] 王彩英. 采用立磨生產(chǎn)高爐磨細(xì)礦渣微粉之初識(shí). 水泥,2001 年增刊.