高爐礦渣粉的生產(chǎn)、成本及其應(yīng)用

1、礦渣粉的生產(chǎn)、成本和應(yīng)用效益分析通過(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。前言?；郀t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

2、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(chǎng)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

3、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400600m2/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

4、, 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%項(xiàng)目CAOSIO2ALO3MGOFE2O3合計(jì)堿度萊鋼礦渣濟(jì)鋼礦渣礦渣堿度的計(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(xiàn)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

5、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, 80m 的篩子幾乎無(wú)篩余, 從顆粒分布情況看, <30m 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)?；郀t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%篩孔<10um<20um<30um&

6、lt;40um篩余表3 礦渣粉的性能指標(biāo)項(xiàng)目密度比表面積活性指數(shù)%流動(dòng)度比%含水量%三氧化硫%氯離子%燒失量%7day28dayS95>350>75>95>90<10XX公司47692110981.4 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

7、) 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。粉末系統(tǒng)開(kāi)路系統(tǒng)（13m球蘑機(jī)）圈流系統(tǒng)（311m球蘑機(jī)）立磨系

8、統(tǒng)CK310立磨）產(chǎn)量（噸/時(shí)）161990比表面積M2/KG>=400>=400>=400產(chǎn)品質(zhì)量符合GB/T18046-2000S95產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)電耗KWH/T657538燃料消耗KG/T253512廠(chǎng)房1層3層2層建設(shè)期4月8月12月投資/萬(wàn)元550200010000從表4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

9、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

10、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)樣品摻量%細(xì)度比面積M2/KG凝結(jié)時(shí)間H抗折強(qiáng)度MPA抗壓強(qiáng)度MPA熟料礦渣初凝終凝3天28天3天28天110003752:084:11260404223:044:56350504303:125:07445554403:285:19540604453:315:21水泥中配不同比例礦渣粉性能指標(biāo)水泥配比LOSS%SO3比面積M2/KG細(xì)度%安定性抗折MPA抗壓MPA密度G/CM3凝結(jié)時(shí)間3天28天3天28天初凝終凝425水泥350合格24

11、2:153:29水泥礦粉=73379合格2:584;02水泥礦粉=64395合格3:024:02水泥礦粉=46406合格153:565:03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

12、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: 3050mm; 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1020mm, 石2 粒度510mm, 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編號(hào)塌落度mm抗壓強(qiáng)度MPA每立方砼各材料用量/KG水灰比膠凝材料組成%3D7D28D水泥砂石1石2水礦渣粉水泥礦渣粉150490659430646195010002504416594306461

13、954990103453926594306461959880204403534365943064619514770305352946594306461951966040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,礦渣粉又在制管廠(chǎng)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(xiàn)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) &