矿渣钢渣课件2011.pptVIP

工业固体废物综合利用Re UtilizationofIndustrialSolidWastes 主讲教师 倪文 水淬高炉矿渣和钢渣的综合利用 水淬高炉矿渣的产生 高炉外景 高炉外景图 ironore 水淬高炉矿渣的化学成分 OCP水淬渣工艺示意图 高炉 冲渣器 粒化器 抓斗吊车 贮料斗 冲洗空气入口 水溢流 水出口 搅拌槽泵送法水淬工艺示意图 高炉 渣沟 粒化器 搅拌池 砂泵 水泵 集水池 脱水槽 600 m 水淬高炉矿渣XRD谱图 PozzolanicReaction 火山活性反应 nSiO2 mCa OH 2 qH2O nSiO2 mCaO m q H2O C S H凝胶 比较水泥的水化反应 C3S H2OCa OH 2 C S H C2S H2OCa OH 2 C S H 其中托C S H凝胶中的钙离子可被铁 镁等二价离子取代 也可被铁 铝等三价离子取代 而硅离子可被三价铝离子和三价的铁离子取代 nSiO2 mAl2O3 qCaO rCa OH 2 sH2O 矿渣 nSiO2 mAl2O3q q r CaO s r H2O 含铝C S H凝胶 nSiO2 mAl2O3 qCaO rCa OH 2 sH2O 3mCaSO4 2H2O nSiO2 q r 3m CaO s r 27m H2O m 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O 石膏 钙矾石 C S H凝胶 矿渣 矿渣作为水泥的活性混合材料 这是矿渣综合利用的最早方式 优点 开创了矿渣综合利用的时代 节省了大量的水泥熟料 在大坝混凝土和水下混凝土等特殊场合取得了比以前普通硅酸盐水泥混凝土更好的使用效果 缺点 早期强度低 影响施工进度 所配制的混凝土易泌水 易离析 易开裂 改进型矿渣硅酸盐水泥生产工艺 优点 1 水泥熟料用量更小 2 克服了早期强度低的缺点 3 克服了易泌水 易离析 易开裂的缺点 4 进一步降低了水化热 发展方向 高性能混凝土专用水泥 水泥熟料24 矿渣50 石膏5 减水剂1 高性能混凝土专用水泥 粉煤灰20 混磨 至比表面积500 600m2 kg 混磨 至比表面积350 450m2 kg 优点 进一步降低了水泥熟料的用量 使用比矿渣更易得到的粉煤灰代替矿渣 大幅度的减少了混凝土拌合用水量 提高流动性与和易性 混凝土的强度和耐久性得以大幅度的提高 两种特殊的矿渣水泥 石膏矿渣水泥石膏矿渣水泥 石膏 5 15 水泥熟料 0 10 矿渣超细粉水化产物 钙矾石 C S H nSiO2 mAl2O3 qCaO rCa OH 2 sH2O 3mCaSO4 2H2O nSiO2 q r 3m CaO s r 27m H2O m 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O 石膏 矿渣 钙矾石 C S H r 0 2 碱激发矿渣水泥碱激发矿渣水泥 NaOH 3 10 矿渣超细粉水玻璃 5 15 矿渣超细粉水化产物 类沸石相 C S H 原理 硅的四配位同构化效应示意图 碱激发矿渣水泥 Na2CO3 5 15 矿渣超细粉水化产物 CaCO3 C S H 类沸石相Na2SO4 5 15 矿渣超细粉水化产物 钙矾石 C S H 类沸石相 矿渣作为混凝土掺合料 应用例2 水泥 矿渣粉 粉煤灰 50 30 20 矿渣超细粉生产 发展方向 矿渣粉的比表面积提高到500m2 kg以上 粉煤灰磨细至比表面积800m2 kg以上 使用高效减水剂 混凝土高性能化 矿渣作为干混砌筑砂浆的原料促进半干法脱硫石膏的资源化利用 采用半干法脱硫工艺脱硫石膏的主要组成 Ca OH 2 15 35 CaCO3 15 35 CaSO4 nH2O 20 30 Fe2O3 3 10 Al2O3 0 5 2 5 SiO2 0 5 3 5 KCl 3 8 NaCl 0 3 2 其他0 1 2 5 应用例3 可以看出这种半干法脱硫石膏与天然石膏和湿法脱硫石膏相比 其成分有很大差别 主要特点是CaSO4 nH2O的含量太低 Ca OH 2和CaCO3的含量很高 并含有较高的KCl和NaCl 这种半干法脱硫石膏按照传统的方法代替天然的石膏作为生产水泥的原料和混凝土的掺合料都遇到了一些难以克服的困难 因此 针对这些问题发明了一种以半干法脱硫石膏和矿渣作为主要原料生产干混砂浆的方法 其技术原理是高炉水淬矿渣微粉在Ca OH 2和CaSO4 nH2O存在的条件下遇水具有胶凝活性 生成钙矾石和C S H凝胶 从而使砂浆具有粘结作用 并硬化产生高强度 由于其反应后的成分和水泥的水化产物非常接近 因此具有很好的耐久性和耐水性 脱硫石膏中的KCl和NaCl是促进这个体系水化硬化的良好激发剂 而矿渣含量高的胶凝体系具有比普通硅酸盐水泥更强的固结钾 钠 氯离子的作用 x y MgO y n KCl y n NaCl y 2 H2O xMgO yMgCl2 2H2O y n KOH y n NaOH 实施例1 1 首先将高炉水渣烘干 烘干后含水量为0 8 并将其磨细至比表面积490m2 kg 2 将半干法脱硫石膏进行含水量检测 其中吸附水含量为0 9 3 将河砂进行分级 分级后的河砂符合GB T1468 2001的关于砂的规定 将分级后的河沙烘干至含水量0 4 4 按重量百分比将上述准备的高炉水淬矿渣磨细粉20 半干法脱硫石膏20 河砂60 在混料机中混合均匀和包装好后可作为成品出售 制备出的干混砂浆具有表1所示的性能指标 其中保水性实验方案按DBJ T01 73 2003的规定进行 其他性能按JGJ70 建筑砂浆基本性能试验方法 进行 实施例1中干混砌筑砂浆主要性能指标 所谓人工鱼礁即人为在水域中设置构造物 以改善修复和优化水生生物栖息环境 为鱼类等生物提供索饵 繁殖 生长发育等场所 达到保护 增殖资源和提高渔获质量和促进海洋生态修复的目的 矿渣作为胶凝材料制造低碱度人工鱼礁混凝土 应用例4 人工鱼礁海洋生态修复机理是通过人工鱼礁对藻类的吸附作用 鱼礁附着生物的滤食作用 鱼礁区大量生物摄食对赤潮引发因子的抑制作用以及礁体阻碍海底有机物的释放等功能机理 降低水体富营养化程度 起到净化水质与减少赤潮发生的效用 人工鱼礁投放后礁体很快就被大型藻类所附着 海藻数量大大增加 如江蓠 马尾藻 石莼 浒苔 紫菜等 海藻的生长需要大量吸收海水中的氮 磷等营养物质 同时 由于藻类在生长过程中的光合作用具有吸收CO2 释放氧气等的一系列净化水质环境的作用 这对减少赤潮发生是至关重要的 人工鱼礁的投放可以改变平坦海底的水流运动方式 变推流运动为涡流剪切运动 由于涡流的作用将产生如下附加效应 1 增加海水与空气的O2交换 促进海水中有机物的降解 2 加快传质过程 为鱼礁附着生物快速提供食物 促进海水中有机物转化为海洋生物 3 降低赤潮生物的物理性聚集的趋势 此外 人工鱼礁的建设可以阻止底拖网作业滥捕 建设海洋牧场形成一个良好的海洋生态系统 通过种类间的相互作用 抑制赤潮生物爆发性繁殖 人工鱼礁具有诱鱼与聚鱼的作用 因此 大量的生物通过摄食效应 抑制了赤潮生物 降低引发赤潮发生的可能性 人工鱼礁还能阻碍底泥及海底有机物的释放 降低水体富营养化程度 建设人工鱼礁除对生态环境修复与改善 保护和诱集鱼类 促进渔业增产外 还在防止海岸侵蚀 保护沙滩 同时促进旅游垂钓 海底潜水 休闲生态旅游发展等方面具有重要的意义 目前美国沿海各地设置的鱼礁已有1200多处 参加游钓活动的人数近6000万 钓捕产量约150万吨 占渔业总产量的35 据统计 全美每年因游钓渔业带来的社会效益达500亿美元 人工鱼礁的类型 混凝土人工鱼礁 普通水泥混凝土用于人工鱼礁建设的优缺点 优点 混凝土材料可以制备出形状多样 规格各异 结构复杂 外形美观的人工鱼礁体 缺点 普通水泥混凝土碱性强 pH值通常大于13 而海水的pH值约为8 3 由于混凝土中Ca OH 2在海水中的不断溶解 导致礁体表面及附近海水pH值大大升高 这种强碱性条件对普通海洋生物的育成具有危害作用 矿渣低碱度人工鱼礁混凝土 矿渣微粉80 水泥熟料2 脱硫石膏18 混磨 至比表面积500 600m2 kg 减水剂 水 石子 砂子 混凝土搅拌站搅拌 人工鱼礁成品 浇注成型养护 由于水泥熟料使用量极少 因此成品鱼礁不含游离Ca OH 2 具有较好的海洋生态相容性 高炉矿渣生产矿棉 成分调节 每吨矿渣加入400 600kg石英 应用例5 矿棉生产工艺 或 钢渣的综合利用 钢渣是指铁水从高炉排出之后到钢水凝固之前各种冶金环节排出的熔态废渣 主要包括铁水预脱硫的脱硫渣 铁水预脱磷的脱磷渣 转炉炼钢的初渣和终渣以及电炉炼钢的钢渣 2010年我国粗钢总产量为7亿吨 排放钢渣总量为1亿吨左右 钢渣是冶金企业较难综合利用的大宗排放物之一 鞍钢西区250吨转炉钢渣的化学成分 鞍钢二炼钢180吨转炉钢渣的化学成分 鞍钢二炼钢3号脱硫站脱硫渣化学成分 转炉钢渣的物相组成 C2S10 25 C3S5 10 游离CaO10 15 RO相10 30 方镁石 MgO 5 10 FeO5 10 Fe2O33 5 金属Fe3 10 钙镁黄长石10 30 钢渣选铁 应用例1 钢渣路基材料 将钢渣选铁后的粗尾渣 50mm 80 90 与粉煤灰8 15 2 5 的生石灰搅拌均匀 可代替现有石子 砂 粉煤灰 水泥 石灰的五合路基材料 首钢资源综合利用公司经过10余年的试应用取得了良好效果 缺点 附加值低 不适合长距离运输 进一步改进 取消生石灰 以钢渣超细粉 半干法脱硫石膏取代 应用例2 选铁后的钢渣尾渣生产干混砂浆 采用经3年以上风化的陈钢渣的细尾渣 使用粒度 3mm部分代替天然砂 基本配比 钢渣砂60 80 水泥10 20 粉煤灰10 20 生石灰0 10 进一步改进 以钢渣微粉 矿渣微粉 半干法脱硫石膏代替部分水泥和全部石灰 应用例3 选铁后的钢渣尾渣生产钢渣微粉 部分特大城市由于建筑规模大 当地所产高炉水淬渣及高级别的粉煤灰不能满足需求 于是钢渣超细粉作为混凝土的掺合料就有了一定的市场 大量实验室及工程试验表明 在混凝土胶凝材料总量中以10 15 钢渣微粉代替部分矿渣和粉煤灰能够保证与取代前的混凝土性能相当 并具有抑制混凝土收缩开裂的功能 应用例4 缺点 不能大量掺入 否则影响混凝土强度 影响新拌混凝土的流动性 在混凝土配料时需多加料仓 并增加控制难度 如果使用未经陈化的钢渣生产微粉 掺量大时还可能引起混凝土膨胀开裂 进一步改进 通过活性和粒级的双重协同优化生产矿渣 钢渣复合微粉 原理 由于钢渣是属于慢冷过程中由熔体结晶而成的固体废弃物 其所含C2S和C3S均为在常温下稳定的活性较低的同质多相变体 即 C2S和 C3S 而其他物相如CaO MgO RO等 由于结晶程度高 晶粒较粗 也均为低活性晶相 而黄长石是基本不具水化活性的物相 这些低活性物相将带来以下问题 1 当粉磨粒度较粗时 所有物相基本对混凝土的强度增长没有积极贡献 2 CaO MgO RO的粗结晶体会在混凝土硬化后发生水化 引起100 以上的体积膨胀 破坏已硬化混凝土的结构 因此在矿渣 钢渣复合微粉中要优化钢渣的细度使其不会发生上述不良效果 即要使钢渣微粉的粒度远远低于矿渣微粉的粒度 随着粒度的变小 钢渣的活性增加 要使一部分C2S和C3S能够在混凝土硬化前发生水化反应 对混凝土的强度做出贡献 还要使大部分CaO MgO和少部分RO相在混凝土硬化前发生水化以消除膨胀所带来的破坏性 在带有选粉设备的磨机中 当钢渣微粉的比表面积达到500 600m2 kg时可满足上述要求 而一般矿渣微粉的比表面积为400 450m2 kg 将比表面积为400 500m2 kg的矿渣70 80 与比表面积为500 600m2 kg的钢渣微粉20 30 进行复合 可以使活性较低的钢渣微粉充填活性较高的矿渣微粉堆积所留下的空隙 进一步实现最紧密堆积程度 提高新拌混凝土的流动性 或减少用水量 由于钢渣被超细粉磨后大部分