钢渣在水泥生产中的运用[古柏书苑]

1、钢渣作为混合材或矿物掺合料的应用1前言1.1研究背景以及意义 随着社会和经济的飞速发展，人类的生活水平和质量得到了很人的提高，但是我们赖以生存的环境却在口益恶化。我们生活和生产中排放了越来越多的垃圾和废物。特别是其中的工业废渣、废弃物，不仅占用了大量的土地，对生态环境也造成了巨大的危害，而且还给人类的生活和健康带来了极大的危害。因此，如何处理工业废渣，保护生态环境已成为我们目前迫切需要解决的问题。 水泥作为发展国民经济的主要原材料，水泥产业作为发展国民经济的支柱产业在处理工业废渣上有其特殊的优势。某些工业废弃物含有对水泥熟料烧成有利的离子，某些冶炼工业废渣经过了高温锻烧，在成渣过程中加入了石灰

2、，经过高温成渣反应，改变了物料中的， ：等氧化物的积聚状态，生成了一些和水泥矿物相同或者相近的矿物，经过水淬处理，形成以玻璃体为主的固体。这些玻璃体和熟料矿物，在适当条件下，可促进水泥熟料烧成。废渣中含有的某些微量元素，有可能改变熟料矿物的微观结构，提高水硬活性。所以资源化、有利化利用工业废渣现在也被作为水泥研究的主要课题之一，同时这也是水泥生产绿色化和高性能化的结合点。 在国家重点基础研究发展规划项目(973项目)一一“高性能水泥制备和应用的基础研究”的实施过程中，陈益民教授等水泥混凝土专家做了将工业废渣(钢渣、磷渣、赤泥)作为水泥原料配料烧制水泥熟料方面的工作，并获得了很多宝贵的研究成果。

3、但是，这些研究成果只是证明了某些工业废渣作为水泥工业原料配料的可行性，至于更进一步的研究还需要继续进行。钢渣作为炼钢过程的副产品，具有难磨的特性。所以当其作为水泥原料配料时势必会给水泥烧成过程中带来较大的钢渣颗粒。具体研究方法是在水泥生料中掺加不同粒径的钢渣颗粒，同时并配以不同的掺量分析并研究其对水泥生料易烧性、水泥熟料矿物形成以及熟料性能的影响，试图寻找出合适的掺量范围。以此来解决由于易磨性不好给水泥生产所带来的问题。1.2国内外研究现状工业发达国家很早就开始重视环境保护问题，因而他们的钢渣综合利用率一般较高，以下就是典型的几个工业发达国家的钢渣利用情况。在上世纪70年代初，美国的钢渣就已达

4、到排用平衡，实现了钢渣利用的资源化、专业化、企业化，历史上的渣堆现已基本消除。最新数据统计表明，2001年美国钢渣产量665万吨，其中37%用于路基工程，22%用于工程回填料，22%用于沥青混凝土集料。 1999年口本钢铁环境公报统计结果显示 1998年口本钢渣总产量为12，879， 000吨，其中22%用于道路工程，40. 7%用于土木建筑工程，19.3%用于回炉烧结料，8%用于深加工原材料，5.9%用于水泥原材料，1.1%用于肥料，4%用于回填料。 统计数据表明，整个欧洲每年产钢渣约1200万吨，其中65%已得到高效率的利用，但仍有35%的钢渣堆积未利用。相比之下德国的钢渣利用率相对较高，

5、1998德国约97%的钢渣已作为集料广泛应用于公路交通、地下工程及民用建筑。 加拿大年产钢渣约100万吨，大部分的钢渣就堆积在钢厂附近或运往其它地方进行回填，仅少量钢渣卖到水泥厂用作钙质或铁质原材料，近年来加拿大学者也开始将钢渣作为水泥混合材进行研究，但掺量仅10-20%左右，而且目前还处于实验研究阶段。 据统计， 1998年我国钢渣的年排放量己达1600万吨，回收利用率为79%。从利用数字分析，我国钢渣利用率并不低，但实际上钢渣的利用情况并不理想，许多钢渣实际上采取的是粗放式处理方法。据初步估算，我国每年钢渣利用情况是：回炉烧结利用120万t，筑路用250万t，作工程回填料200万t，配制水

6、泥最多40万t，作其他建材约10万t，年利用量约620万t，按资源性和有效性评定，我国钢渣实际利用率仅为40%左右。1.3本文研究主要内容1.31钢渣水泥：钢渣是炼钢过程中排除的废渣，约占钢产量的20%。将钢渣制成水泥，既是增产水泥的途径之一，而更重要的是解决炼钢厂的炼钢废渣处理问题。钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂如石灰石、萤石、硅石以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。炼炼钢分为平炉炼钢、转炉炼钢和电炉炼钢。平平炉钢渣随炼钢过程中出渣的前后分初期渣、精炼渣和后期渣。转炉渣分为前期渣、和后期渣。电炉钢渣分氧化渣、和还原渣。用于制造水泥

7、的主要是CaO含量较高的平炉精炼渣、后期渣和转炉后期渣。电炉还原渣还可用于制造白色和彩色钢渣水泥。以化学成分而言，钢渣与水泥熟练有些相似，当氧化物含量差别较大。同时钢渣成分波动很大，长随炼钢品种、原料来源、操作控制等而变。下面为几种钢渣的化学成分。钢渣的化学成分（%）钢渣种类CaOSiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOMnOP2O5FfCaO平炉精炼渣46.6814.044.132.6912.067.061.139.200.58-转炉渣57.4615.463.633.0310.476.09_1.28_4.75电炉还原渣52.9820.1215.120.710.468.800.310.612.

8、31_根据对钢渣的岩相鉴定和x射线鉴定表明，钢渣之所以具有胶凝性，主要是其中含有水泥熟料中的一些矿物，例如CaO含量较高的平炉钢渣中，常含有C3S、C2S和铁铝酸盐。转炉渣中C3S含量更多一些，因而其活性一般比平炉渣高一些。电炉还原渣中场含有C2S、CA、C12A7，CaO含量很高时还可以形成C3S和C3A。这些矿物都具有胶凝性，但其含量一般比熟料中少，而且晶体发育也较大，比较完整，活性较低。根据标准，钢渣水泥的定义如下：凡以平炉、转炉钢渣为主要组成，加入一定量粒化高炉矿渣和适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为钢渣矿渣水泥。钢渣的掺入量，以质量计，不少于35%，必要时，可掺入质量不超过20

9、%的硅酸盐水泥熟料。凡由平炉、转炉炼钢时所含硅酸盐、铁铝酸盐为主要矿物，经淬冷或自然冷却的钢渣，均适用于制作钢渣水泥。钢渣的碱度（）不得小于1.8.钢渣中不应混有炉前垃圾、补炉材料及废耐火砖等外来夹杂物。钢渣必须经过磁选，金属铁的含量，应严格控制。钢渣中的氧化镁存在形式主要有三种：即化合态（钙镁橄榄石、镁蔷薇辉石等）、固溶体（二价金属氧化物MgO、FeO、MnO的无限固溶体，即RO相）、游离态（方镁石晶体）。关于以固溶体存在的氧化镁对水泥长期安定性的影响，存在着不同看法。有人认为钢渣中RO相固溶体中的氧化镁仍会水化，从而起着有害作用；另一种看法认为，RO相的氧化镁因固溶有其他二价氧化物，不会引

10、起安定性问题。多数人认为，RO相中的氧化镁的水化会因FeO、MnO等二价金属氧化物的固溶体而受到抑制。钢渣中的MgO含量为5%-13%，如粒化高炉矿渣掺入量大于40%时，制成的钢渣水泥不作压蒸实验。当钢渣中MgO含量大于13%时，水泥必须用压蒸法检验安定性合格。钢渣水泥中的石膏，可利用天然硬石膏，经600-800煅烧的无水石膏和天然二水石膏。硬石膏和煅烧石膏中的无水硫酸钙含量应大于85%。天然二水石膏必须符合石膏标准中的3、4、5级石膏要求。钢渣矿渣水泥中的三氧化硫含量不得超过4%。如水浸安定性合格，则SO3含量允许放宽到6%。硅酸盐水泥熟料中游离氧化钙含量不得超过3%，氧化镁含量不得超过5%

11、。钢渣矿渣水泥分为22.5、27.5、和32.5三个标号，其各龄期的强度指标如下表。钢渣矿渣各龄期的强度水泥标号抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）7天28天7天28天22.527.532.58.810.812.722.527.532.52.32.73.24.44.95.4钢渣矿渣水泥的细度，以表面积计，不得小于3500。用筛析法测定时，在0.08mm方孔筛上筛余不得超过8%。钢渣矿渣水泥的初凝应大于45分钟，终凝应不迟于24小时。蒸煮安定性必须合格，安安定性试饼在湿气中养护723小时后，在进行蒸煮实验。钢渣矿渣水泥的主要缺点是早期强度低，冬季施工困难，但后期强度不断增长，后期强度高，具有与矿

12、渣硅酸盐水泥相似的物理学性能，并具有耐磨、耐腐蚀、抗冻性好，大气稳定性好，微膨胀和水化热低等特点。钢渣矿渣水泥主要适用于一般工业与民工建筑、地下工程和防水工程、大体积混凝土工程、要求抗渗、抗硫酸盐侵蚀和对耐磨性有一定要求的混凝土工程。钢渣矿渣水泥不适用于抢修工程和早期强度有较高要求的的工程。1.32 主要技术路线钢渣是炼钢过程的副产品，是由石灰或萤石等造渣材料、炉衬的侵蚀以及铁水中硅、铁等物质氧化而成的复合固溶体。钢渣中含有一些和水泥矿物相同或者相近的矿物。这些矿物在熟料锻烧过程中起到了“诱导晶种”的作用。该作用可有效地降低晶体形成时的核化势垒，打破原-系统的动态平衡，促使化学反应速度进一步加

13、快，为吸收关f-Ca0形成的反应创造条件，最终促进水泥熟料烧成。另外，钢渣中含有的某些微量元素，是熟料烧成过程中良好的矿化剂和促进剂，能够降低分解温度，并加速化学反应提高的分解率。2.钢渣的利用2.1全国各地不同地方钢渣化学成分比较【参考文献：魏航宇，邢宏伟等. 钢渣处理生产硅酸盐水泥的探讨.甘肃冶金. 2009（4）：12-15】【参考文献：舒型武. 钢渣特性及其综合利用技术. 钢铁技术. 2007（6）：48-51】 转炉钢渣(表1)的特点是碱度高(碱度一般大于2.4) , f- Ca0高。 平炉和电炉钢渣(表2, 3, 4)均具有碱度低(碱度一般小于2 .4) , P2O5低，Mg0高，

14、f - C a0低的特点，同属于低碱度钢渣。从钢渣的外观结构来看，可以将钢渣分为两类:致密块渣和疏松多孔渣，二者的化学成分存在明显的差异:疏松渣比致密渣碱度低，Fe2O3或FeO含量高(见表5).【参考文献：徐光亮，钱光人等. 低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究I 低碱度钢渣的化学成分、矿物组成和矿物特征*. 西南工程学院学报. 2000(3):10-14】【参考文献：李伦.韶钢钢渣的综合利用. 南方金属. 2002（6）：30-31】 可以看出，转炉钢渣的特点是碱度高(碱度一般大于2.4) , f- Ca0高。平炉和电炉钢渣均具有碱度低(碱度一般小于2 .4) , P2O5低，Mg0高，

15、f - C a0低的特点，同属于低碱度钢渣。2.2 低碱度钢渣的矿物组成 钢渣的矿物组成主要决定于钢渣的化学成分，特别是其碱度。在钢渣冶炼过程中，由于不断添加石灰，碱度不断增加，则依次发生下列反应:RO：表示FeO、MgO和MnO的固溶体：根据M ason的碱度分类方法，按碱度(CaO/(SiO2十P2O5)高低：【参考文献：M anon B. The constitution of basic open-heath slag，jpurnal of Iron and Steel Institute，1994；(11) 69】碱度 渣类0.9一1. 4 橄榄石渣1. 4- 1. 6 镁蔷薇辉石渣

16、 1. 6一2 .4 硅酸二钙渣2 4 硅酸三钙渣 按此分类方法，碱度较高的转炉钢渣(碱度一般大于2. 4)属于硅酸二钙渣。平炉钢渣和电炉钢渣(碱度一般小于2. 4)等低碱度钢渣属于硅酸二钙渣、镁蔷薇辉石渣或橄榄石渣，其中致密的平炉和电炉氧化渣均为硅酸二钙渣，疏松的平炉和电炉氧化渣为橄榄石渣和镁蔷薇辉石渣，电炉还原渣属于硅酸二钙渣。 通过XRD和偏、反光显微镜对钢渣的矿物种类及性能研究得出，低碱度钢渣的矿物组成如下表所示。由此可见，低碱度钢渣的主要矿物组成为橄榄石、镁蔷薇辉石、硅酸二钙、RO相等。 低碱度钢渣的矿物组成2.3 低碱度钢渣矿物的岩相特征(1) 橄榄石 分子式为CaOROSiO2(

17、简写为CRS)，它是前期钢渣的常见矿物。X一射线衍射特征峰与钙镁橄榄石(CM S)非常接近。主要特征峰是5. 54， 4. 18， 3 .62， 2.93， 2.66， 2. 58等。但d值有移动，当钢渣中碱度比较低，含铁量又比较高时，常被所取代，生成镁铁橄榄石(M，F) 2S)。或者被所取代，生成钙铁橄榄石(CFS)。总之，钢渣中的橄榄石是多种多样的，多半以连续固溶体存在。 在薄片中多呈无色透明的菱形、粒状、条状，解理不完全，突起较高，平行消光，正延性，双折射率较低，正交偏光下的干涉色为一级灰白。光片用10%HCl 溶液侵蚀，CM S或接近CM S的橄榄石侵蚀严重，呈棕色，表面有明显的擦痕，

18、其他成分的橄榄石侵蚀较轻，呈浅棕色，表面光滑。(2) 镁蔷薇辉石 分子式为3C aOMgO2SiO2(简写为C3M S2)，其主要X射线衍射特征峰为2 66，1. 90， 1. 81，1. 5 3。钢渣中C3MS2的常被和所取代，故分子式应写成3C aOMgO2SiO2(简写C3M S2)。 当M gO含量较高时，常发现发育良好的镁蔷薇辉石，在透射光下呈无色透明的柱状、长纺锤状、菱形、粒状，突起很高，在正交偏光下消光，但消光角不大，干涉为一线浅灰，比橄榄石略低，常可看到波形消光，简单双晶，聚片双晶以及多连晶，负延性。(3)硅酸二钙 分子式为2C aOS iO2(简写为C2S)，转炉渣、平炉渣和

19、电炉氧化渣多以介C2S存在，电炉还原渣多以- C2S存在。直通光下钢渣的C2S为透明或带黄色的圆粒状，干涉色为一级灰白至一级黄，二轴晶，正光性，光轴角小。其主要X射线衍射峰为：2 79, 2 78, 2 74， 2 87， 2.80。 (4)硅酸三钙 分子式为3C aO SiO2(简写为C3S)，一般出现在碱度大于2. 4的钢渣中，碱度小于2 .4的钢渣含C3S较少。当有过量的P 2O5存在时，C3S的生成将受到阻止，并使C3S分解。在二重平炉致密钢渣中可见到C3S。 直通光下呈柱状，无色透明，正交偏光下干涉色为一级灰或一级灰白，一轴晶，负光性，平行消光或近于平行消光，正延性，光轴角很小。其主

20、要X射线衍射特征峰为：3 03，2 96， 1. 76。(5) RO相 RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。由于、 的离子半径分别为0. 83埃、0. 78埃、0.91埃，相差小于15%，根据结晶化学理论，FeO、MgO和MnO可形成连续固溶体，这种固溶体一般以RO表示。 钢渣中RO相的成分变化很大，碱度低的前期渣(疏松渣)RO相以FeO(方铁石)为主，这种RO相的X射线衍射数据似于FeO的衍射峰，但有偏移，FeO的X射线衍射特征峰为：2.48， 2.15， 1. 53。当RO固溶MgO较多，衍射峰向高角度方向移动；固溶MnO较多，衍射峰向低角度方向移动。以FeO为主的RO相在透光

21、下黑色不透明，为骨骼状、六方放射状，反射光下反射率较强。随着钢渣碱度的提高，RO相中MgO含量随之增加，RO相在透射光下呈中棕黄或浅黄的点滴状，折射率大大降低，逐渐向1. 736靠近。 钢渣碱度的提高，RO相中的MgO含量随之增加，逐渐形成以MgO为基体的RO相。这种RO相的X射线衍射数据是MgO的衍射线条向低角度偏移。 电炉还原渣的RO相则以MgO(方镁石)形式存在，MgO的X射线衍射特征峰为：2 11， 1. 49。(6）镁蔷薇辉石一硅酸二钙固溶体 分子式为(3CaOMgO2SiO2)44(2CaOSiO2)56(简写为(C3MS2) 44 (C2S)56)，在电炉氧化钢渣中常发现这种矿物

22、。其岩相特征与镁蔷薇辉石相似，二轴晶，正光性，负延性，反光下观察，象许多小锤连接在一起。X射线衍射特征峰为：2.829， 2.732， 2.718， 2.668，2.210，1. 924。(7）枪晶石分子式为3CaO2SiO2 CaF2，在长钢电炉氧化渣中可见到。直通光下无色，多数无双晶，有的呈矛型或聚片双晶，斜消光，二轴晶，正光性。X射线衍射特征峰为：3.06， 2. 94， 3.26。2.4 钢渣的物理性质（1） 密度：含铁量约为10%12%一般在3.13.6g/（2） 容重和含水率：受成分和粒度影响一般约为1.62.26g/ 固定线渣道上的钢渣经强制打水冷却,钢渣含水率控制在5%6%范围

23、内,利于磁选加工线的粉尘控制。（3） 抗压性：钢渣抗压性能好，压碎值为20.4%30.8%。（4） 易磨性：由于钢渣结构致密和它的组成关系，钢渣较耐磨，用易磨指数表示，标准砂为1高炉渣0.96钢渣为0.7。2.5 钢渣的化学性质（1） 碱度：指钢渣中的CaO与 、含量比，根据碱度高低分低碱度渣（黑褐色）中碱度渣和高碱度渣（褐灰色）（2） 稳定性：钢渣含游离氧化钙（fCaO、MgO、等，这些组分在一定条件下都具有不稳定性。碱度高的熔渣在缓冷时，1250到1100摄氏度时缓慢分解成和fCaO，在675摄氏度发生变化体积膨胀，膨胀率达10%。此外钢渣吸水后，fCaO消解为Ca（OH）2 体积膨胀13

24、倍，MgO消解成体积膨胀达77%当消解基本完成后钢渣稳定。（3） 活性：、等为活性矿物，具有水硬胶硬性，当钢渣CaO/（+）1.8时便含有6080%、，并且随比值（碱性）提高，含量也增加，当碱度提高到2.5以上时，钢渣主要矿物为用碱度高于2.5的钢渣与10%的石膏研磨。其强度可达325#水泥强度。因此高碱度钢渣可作水泥生产原料和制造建材制品。（4） 钢渣矿物组成：与炼钢过程中加入石灰量有关。 钢渣中的主要硅酸盐矿物及CAS的X衍射数据及岩相特征与硅酸盐水泥熟料中的B矿及A矿基本相同，钢渣中存在的硅酸盐相决定了钢渣具有一定的胶凝性能。尽管如此，由钢渣化学组成特点，钢渣中活性相对较高的硅酸盐矿物及

25、铁铝酸盐矿物仅40%-70%，远低于硅酸盐水泥熟料;另外钢渣在处理工艺中其易转化为及二次游离石灰，钢渣中的高活性的相对含量非常低而且高温融熔形成的结构较致密，水化速度也低于熟料中的。正因为如此，尽管钢渣具有胶凝性能，但其胶凝性能尤其是早期胶凝性能远远低于硅酸盐水泥熟料。2.6 影响钢渣在水泥混凝土中应用的若干因素 钢渣的处理之所以大都采用粗放式的方法是因为钢渣在水泥混凝土的使用上存在着一些不好解决的问题。2.61 难磨普遍认为钢渣是难以粉磨的物料，生产中也的确存在一个事实，即同一条粉磨生产线用于粉磨钢渣时，磨机的产量显著降低(品质指标不变)。2.62安定性差 体积安定性是钢渣用于水泥、混凝土领

26、域时需要考虑的重要因素之一。钢渣中含有较多的游离CaO， MgO， FeO等，特别是关CaO， MgO水化后易产生体积膨胀，被认为是影响钢渣安定性的主要因素。 (1)游离氧化钙（f-CaO)对钢渣安定性的影响 钢渣中绝大多数CaO都参与反应生成了硅酸盐、铝酸盐及铁铝酸盐等活性矿物，以此类化合态形式存在的CaO不影响钢渣的安定性。只有少量CaO以游离态形式存在，f-CaO水化生成，体积增大1.98倍，国内外一致认为这是导致钢渣安定性不良的主要原因。f-CaO的生成主要有3种方式，即：未吸收的原生CaO，部分吸收的弥散状CaO和在液渣中析晶的次生CaO。不论哪种方式生成的f-CaO都经历了1600

27、 0C左右的高温锻烧，其矿物结晶完好、晶粒粗大，并固溶有一定量的FeO， MgO和MnO，水化速率缓慢，被称为“死烧”的CaO。钢渣中关CaO含量在1%一7%。 (2) RO相与方镁石晶体子MgO、FeO对钢渣安定性的影响 方镁石水化生成，体积增大2.48倍，称为方镁石水解。钢渣中f-MgO含量为1%-10%。MgO在钢渣中的存在形式取决于钢渣的碱度。低碱度钢渣中MgO主要生成钙镁橄榄石和镁蔷薇辉石，以化合态形式存在，此时的RO相主要是FeO为基体的固溶体(方铁石)，几乎不存在f-MgO。高碱度钢渣中MgO除少量固溶于硅酸盐相外，主要与FeO和MnO形成以MgO为基体的RO相。 (3) FeS

28、， MnS对钢渣安定性的影响 钢渣中的FeS， MnS一般含量较少。当钢渣中硫含量大于3%时，钢渣中的硫化业铁、硫化业锰水化生成和体积分别增大1.4倍和1.3倍，膨胀产生的应力导致钢渣制品安定性不良。 (4)铁粒对钢渣安定性的影响 在钢渣破碎磁选过程中可以除去大部分金属铁，但仍有少量铁存在。钢渣水泥标准中规定，用于生产钢渣水泥的钢渣，其金属铁的含量必须低于1%。研究发现，当钢渣微粉中金属铁粒含量在2.2%以上时，压蒸试验的安定性不合格。2.7 钢渣的利用2.71钢渣的应用领域 到目前为止，钢渣综合利用所涉及的主要领域除了作为掺入生料烧制水泥熟料外还包括以下几种用途：返回冶金再用、做水泥、作筑路

29、与回填工程材料、作农肥和酸性土壤改良剂及用于废水处理。 （1)钢渣返回冶金再用 钢渣返回冶金再用，包括返回烧结、返回高炉和返回炼钢。由于钢渣作冶炼熔剂可以回收钢渣中的Ca， Mg， Mn的氧化物和稀有元素等成分，能大量节约石灰石、萤石的等造渣用量，降低焦化，提高利用系数，降低成本，世界几个产钢大国一直坚持钢渣返回做熔剂，而且占钢渣资源化利用的比重很大。烧结矿中配加钢渣代替熔剂，不仅回收利用了钢渣中残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，而且成了烧结矿的增强剂，提高了烧结矿的质量和产量。钢渣代替石灰石做高炉或化铁炉的熔剂，既可以利用渣中有益成分，节省熔剂等消耗，又可改善高炉渣或化铁炉渣的

30、流动性，增加铁的产量;转炉炼钢时，每吨钢可使用高碱度钢渣25公斤左右。 （2)钢渣作水泥 我国在20世纪60年代就开始了钢渣水泥的研制与生产。1982年中国推出了钢渣矿渣水泥品种，生产使用至今已有20多年的历史。 （3)钢渣在道路工程中的应用 钢渣碎石具有比重大、强度高(一般大于180MPa ) ，磨损率小(均小于25% )，耐腐蚀、与沥青结合率高等特点，因而广泛用于铁路、公路、工程回填。近年来出现了钢渣、粉煤灰和石灰配制料在道路基层中的应用，钢渣、矿粉细集料在混凝土面层的应用，钢渣、微粉和水泥掺和料在城市道路混凝土中的应用，钢渣沥青混凝土路面在高速公路上的应用，整体情况比较理想，强度、回弹模

31、量等指标都能达到道路工程的有关标准。钢渣用于建筑用地桩也是最近出现的新用途，值得关注。 （4)钢渣用于地基回填和软土地基加固 堆放一年以上的钢渣大部分已经完成膨胀过程，块度在200mm以下，可以作为回填材料，回填经过8个月后基本稳定。在回填工程中地基下沉量一般是很大的，采用钢渣作为地基回填材料，减少了地基的下沉值，对工程是有利的。近年来国内钢渣作为回填材料已经大规模应用。钢渣桩加固软地基是在软地基中用机械成孔后填入钢渣形成单独的桩柱。当钢渣挤入软土时，压密了桩间土;然后钢渣又与软土发生物理和化学反应，钢渣进行吸水、发热、体积膨胀，钢渣周围的水分被吸附到桩体中来，直到毛细吸力达到平衡为止;与此同

32、时，桩周围的软土受到脱水和挤密作用。这个过程一般需要3-4周才能结束。钢渣入土水化后经过凝结、硬化，产生强度，提高了地基加固的复合效果，加固了软土地基。 (5)耐磨路面材料在车轮的反复磨耗作用下，混凝土路面防滑性能逐渐失效，从而埋下安全隐患。为了使路面具备一定的抗滑性能，可以用钢渣作为混凝土路面的集料，使路面从建成起就具有高抗滑性能;或者作为制备钢渣混凝土砂浆，用于恢复路面使用性能。 (6)沥青混凝土集料国内外研究表明，一些钢渣的力学性能较碎石好，不仅耐磨，颗粒形状和自然级配好，而且与沥青有良好的粘附性，沥青包裹后能防止钢渣膨胀，其比热值高，很适合作为沥青混合料集料用于铺筑路面。 (7)作农肥

33、和酸性土壤改良剂钢渣含 Ca， Mg， Si， P等元素，可根据不同元素的含量作不同的应用，我国钢渣在农业改良的应用始于20世纪50年代末、60年代初。1958年至1960年，中国科学院东北林业土壤研究所对全国各地主要炼钢厂的平炉炼钢渣进行了分析研究，将加工过的钢渣粉用于各种不同的土壤中进行田间肥度试验。1965年至1973年中科院南京土壤研究所对含磷较多的平炉钢渣加工粉用于水稻、黄豆作物试验。1984年一1985年中科院开展了钢渣的农用试验研究，使钢渣农用试验在用量、用法、粒度、土种、肥度及作物品种、性状、抗性和肥种对比等10个方面，取得了可喜进展。目前我国用钢渣生产的磷肥品种有钢渣磷肥和钙

34、镁磷肥。(8)钢渣用于废水处理用钢渣和水渣制备了聚硅硫酸铁的混凝剂，产品具有净水剂用量少、无毒副作用、混凝效果好、去浊率高的优点，能广泛用于净化钢铁企业生产废水和造纸、印染等重污染行业的生产废水以及生活污水。吸附法作为一种重要的化学物理方法在废水处理中已有应用，利用钢渣废水处理吸附剂是钢渣综合利用的新方法，所制得的吸附剂是一种新型的吸附材料。钢渣吸附剂的工业化应用也许会扭转我国钢渣利用率低下的不利局面。钢渣作为吸附剂处理废水，其作用机理是一个于分复杂的物理化学过程。我国学者于20世纪90处理镍、铅、铜、铬吸附剂对重金属的去除率都在、砷、年代中期分别研究了钢渣作为吸附剂磷等的吸附行为。研究表明，

35、钢渣98%以上，但是我们要严格控制反应的温度、pH值、钢渣的细度和反应时间等因素，而且由于钢渣含有少量的铁和粒度不均匀等原因，钢渣吸附剂的工业化尚需进行深入研究。(9)钢渣在化学领域中的应用钢渣在建筑或者道路工程中的应用可能受到运输距离等因素的影响，因此现在有很多专家越来越将注意力投放到钢渣用于化学领域。目前有人利用钢渣中富含硅的特点，用钢渣开发白碳黑、硅胶等产品;利用钢渣含有少量游离氧化钙(f-CaO)在后期有微小膨胀的特性，开发各种膨胀剂包括膨胀水泥。 （10)钢渣在装饰工程中的应用由于钢渣混凝土有很大的强度，而且本身具有一定的颜色，所以有厂家用钢渣开发人造石和人造仿古建筑材料、大型公园的

36、外装饰墙、人造雕塑、人造无机坐椅等。钢渣陶瓷材料。用钢渣作原料，加入变性剂，制作而成的钙、镁铝、硅玻璃陶瓷，可以用作墙体材料、建筑陶瓷以及代替铸铁制作管道、容器、料槽、壳体和其他构件。其具有强度高(抗压强度达到350-409MPa)、重量轻、热稳定性好、有利于环境保护的优点。(11)钢渣在墙材和路面砖中的应用钢渣作为墙材的原料，掺入粉煤灰和石灰以及其他添加剂用于墙体砌块(包括免烧砖瓦)是近来研究很热的课题，在这课题中已经取得了一些成果并得到了生产应用。钢渣用于路面砖主要是替代传统配方中的黄砂。 本文主要介绍钢渣作为混合材或矿物掺合料的运用。由于炼钢过程的实际温度高于水泥窑炉烧成温度，故钢渣中的

37、硅酸盐矿物晶体已形成并发育完好，因其晶格缺陷较多，具有较高的物理潜能和化学反应活性，作为非熟料晶种和矿化剂参与配料，不仅成本低于优质熟料晶种，而且其自身还具备“诱导结晶”的特殊功能。研究表明，钢渣具有高耐磨性、较高强度、高抗折能力及潜在的水硬活性等优良特性。下面是对钢渣运用的几方面的介绍：（1）各种激发剂对钢渣的影响：用作为激发剂（对钢渣一水泥硬化浆体的体积膨胀有抑制作用）；水玻璃、熟石灰、无水石膏三种激发剂对钢渣的影响。（2）钢渣作为作填充料的运用：降低空隙率而提高试样强度的运用；CaO的微膨胀性；利用钢渣中铁的氧化物的吸波性能和导热性能；（3）钢渣与其他材料混合之后作为混合材在水泥或混泥土

38、生产中的运用：钢渣与矿渣混合在水泥中的运用（抗裂）；钢渣粉和粉煤灰混合在混泥土的的运用；（4）对刚渣做一些处理改善其性能之后的运用：气淬钢渣作水泥混合材的运用；钢渣经碳酸化养护后可解决遇水膨胀安定性难题；（5）利用钢渣发发生化学反应：化学吸附除磷。2.72 钢渣在国内外的利用情况工业发达国家很早就开始重视环境保护问题，因而他们的钢渣综合利用率一般较高，以下就是典型的几个工业发达国家的钢渣利用情况。在上世纪70年代初，美国的钢渣就已达到排用平衡，实现了钢渣利用的资源化、专业化、企业化，历史上的渣堆现已基本消除。最新数据统计表明，2001年美国钢渣产量665万吨，其中37%用于路基工程，22%用于

39、工程回填料，22%用于沥青混凝土集料。 1999年口本钢铁环境公报统计结果显示 1998年口本钢渣总产量为12，879， 000吨，其中22%用于道路工程，40. 7%用于土木建筑工程，19.3%用于回炉烧结料，8%用于深加工原材料，5.9%用于水泥原材料，1.1%用于肥料，4%用于回填料。 统计数据表明，整个欧洲每年产钢渣约1200万吨，其中65%已得到高效率的利用，但仍有35%的钢渣堆积未利用。相比之下德国的钢渣利用率相对较高，1998德国约97%的钢渣已作为集料广泛应用于公路交通、地下工程及民用建筑。 加拿大年产钢渣约100万吨，大部分的钢渣就堆积在钢厂附近或运往其它地方进行回填，仅少量

40、钢渣卖到水泥厂用作钙质或铁质原材料，近年来加拿大学者也开始将钢渣作为水泥混合材进行研究，但掺量仅10-20%左右，而且目前还处于实验研究阶段。 据统计， 1998年我国钢渣的年排放量己达1600万吨，回收利用率为79%。从利用数字分析，我国钢渣利用率并不低，但实际上钢渣的利用情况并不理想，许多钢渣实际上采取的是粗放式处理方法。据初步估算，我国每年钢渣利用情况是：回炉烧结利用120万t，筑路用250万t，作工程回填料200万t，配制水泥最多40万t，作其他建材约10万t，年利用量约620万t，按资源性和有效性评定，我国钢渣实际利用率仅为40%左右。3 文献综述3.1用作为激发剂在研究钢渣一硅酸盐

41、水泥硬化浆体体积稳定性的基础上，研究了矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料及不同化学激发剂对钢渣一水泥硬化浆体的体积稳定性的影响。试验表明，单掺钢渣的硬化水泥浆体膨胀较大，复合掺入矿渣后，可以抑制硬化水泥浆体14d以后的膨胀。在钢渣一水泥体系中加入一定量的低钙粉煤灰，可以很好地抑制硬化水泥浆体的膨胀。对钢渣一水泥硬化浆体的体积膨胀有良好的抑制作用。3.11实验原料试验用水泥是熟料在实验磨中掺入适量石膏和钢渣后磨制而成。 根据钢渣的化学成分分析数据，可计算得出宝钢钢渣的碱度为4.91， 28d活性指数为82.4 %;武钢钢渣的碱度为3.05， 28d活性指数为87.0%。可以看出，选取的2种钢渣均为高碱

42、度钢渣，按照钢渣碱度分类法判定，属于硅酸二钙渣，活性较好。3.12钢渣一水泥硬浆体的体积稳定性及机理分析掺不同钢渣的复合水泥硬化浆体的膨胀率比较见图1。 从图1中可以看出，纯硅酸盐水泥的膨胀率较小，掺入钢渣后的复合水泥膨胀率高于纯硅酸盐水泥。此外，在掺量均为40%时，武钢钢渣所引起的膨胀明显小于宝钢钢渣，且膨胀率值与纯硅酸盐水泥较接近，膨胀率发展规律也与纯硅酸盐水泥相似。3.13矿渣对钢渣一水泥硬化浆体膨胀率的影响见图2和I图3。由图2可看出，由于钢渣和矿渣总掺量较大，所以膨胀率相对较高，早期硬化水泥浆体膨胀率有较大幅度增长，b.增长速度较快，但14d以后膨胀率增长明显减缓。图3显示的是在钢渣

43、掺量均为20%时，钢渣、矿渣复掺与单掺钢渣的复合水泥硬化浆体膨胀率的比较。当掺入30%的矿渣取代熟料时，硬化水泥浆体的膨胀率增大，且一直维持在一个较高的水平。3.14粉煤灰对钢渣一水泥硬化浆体体积稳定性的影响图4是掺入20%钢渣和30%低钙灰后，硬化水泥浆体膨胀率的发展曲线。 可以看出，钢渣和低钙灰复掺的水泥，虽然早期有较高的膨胀率，但增长速率与纯硅酸盐水泥相似，没有较快地增长。在水化5d以后，增长速率开始明显地减缓，至l0d时，膨胀率的数值已与纯硅酸盐水泥相差无几，14d以后的膨胀率值已经开始低于纯硅酸盐水泥的膨胀率，且直至60d膨胀率亦无较大增长。从图5中可以看出，低钙粉煤灰的引入可以明显

44、抑制掺钢渣复合水泥硬化浆体的膨胀，钢渣和低钙灰复掺的水泥相对钢渣和矿渣复掺的水泥硬化浆体有较好的膨胀稳定性能。从图6可以看出，在钢渣掺量均为20%时，用15%的低钙灰替代矿渣，使矿渣的掺量从30%降为15%，尽管膨胀率仍高于钢渣和低钙灰复掺的胶凝体系，但相对于纯硅酸盐水泥，还是能较好地抑制硬化水泥浆体的膨胀。图7是在钢渣掺量20%、矿渣掺量30%时，采用外掺法分别掺入2%的明矾石、。和，比较明矾石以及不同的化学激发剂对硬化水泥浆体膨胀率的影响。 由图7中可知，以为激发剂的体系，硬化水泥浆体的膨胀率较低，甚至低于纯硅酸盐水泥硬化浆体的膨胀率。明矾石和的影响相似，膨胀率稍高于纯硅酸盐水泥硬化浆体，

45、但小于钢渣和矿渣复掺，不加早强化学激发剂的体系。几种激发剂中，的效果较差，对体系膨胀率的抑制没有明显的作用，效果最好的是。【参考文献：施惠生，郭晓潞，阚黎黎. 钢渣-水泥硬化浆体体积稳定性的改性研究.2007(12):1-4】3.2水玻璃、熟石灰、无水石膏三种激发剂对钢渣的影响首先研究了经物理激发后的低碱度钢渣活性指数，找出低碱度钢渣的适宜粉磨细度；并采用水玻璃、熟石灰、无水石膏三种激发剂对钢渣矿渣粉煤灰复合微粉进行了化学激发试验，利用SF1电子显微镜对试样进行了微观结构分析。试验表明：对于低碱度钢渣的适宜物理激发比表面积为400-500 /g。化学激发复合微粉时，熟石灰和水玻璃熟石灰无水石膏

46、复合激发具有较佳的效果，激发后的复合微粉7d和28 d活性指数完全满足一级粉的要求。3.21实验原料化学成分SiO2Al2O3MgOCaOSO3TiO2Na2OK2OFe2O3水泥20.743.681.7762.60.860.170.500.863.16钢渣11.62.3413.144.60.630.9817.7粉煤灰53.627.21.22.80.31.21.3矿渣32.5917.199.1237.22.300.950.380.450.63.22首先将钢渣分别粉磨到300 /g， 400/g和500 /g，代替50%的水泥进行活性指数试验。钢渣粉磨使钢渣结构发生畸变，结晶度下降使钢渣晶体的结

47、合键减小，水分子容易进入钢渣内部，加速水化反应。 图1中，低碱度钢渣300500/g， 3 d抗折、3d抗压、28 d的抗折强度相差不大，而28 d的抗压强度从300400 /g时，强度增加了6 M Pa，从400500 /g仅增加了2 M Pa左右。这是由于低碱度钢渣在水化早期仅起填充效应，其本身水化产物较少。在水化后期随着含有的硅酸二钙、铁酸钙水化，将低碱度钢渣细磨的效果才逐渐显现。所以，对于低碱度钢渣，适宜的细度为400500 /g。图2中，低碱度钢渣300500/g，活性指数均小于0. 5，不符合一级粉的指数要求，活性差。3.23化学激发实验将450 /g的钢渣、404 / g矿渣粉和

48、600 /g的粉煤灰按1 ：1 ：1的比例复合替代50%的水泥后，按碱激发试验方案进行活性试验。（1）单激发剂试验 分别取占胶凝材料质量2%的二种激发剂，进行化学激发试验。试验结果见图3、图4。由图3、图4可知，在未掺加激发剂时，复合微粉的7 d，28 d活性指数分别为0. 51和0. 6 2，仅略高于低碱度钢渣活性指数。掺入激发剂之后，活性指数明显增加。其中激发剂熟石灰相对其他两种激发剂具有更加明显的激发效果。 在熟石灰的作用下，矿渣玻璃体表而的、在作用下生成和，使玻璃体表而破坏、分解和溶解，与体系中溶出的活性S i02反应生成离子浓度更小的C -S-H凝胶，C-S-H凝胶不断沉积，使浆体逐

49、渐变稠并硬化，产生强度。同时在离子的激发作用下，钢渣玻璃态硅氧结构迅速解离，硅氧及铝氧离子团溶出并和钢渣释放出的离子反应生成C-S-HAl凝胶，随着钢渣水化的不断进行，水化强度相应增强；同时粉煤灰颗粒表而的Si-O和Al-O键断裂，Si-O-Al网络聚合体的聚合度降低，表而形成游离的不饱和活性键，容易与反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物。熟石灰均能激发矿渣、钢渣、粉煤灰的活性，其复合微粉的活性指数较高。（2）复合激发剂试验分别取占胶凝材料质量2%的复合激发剂，进行化学激发试验。试验结果图5、图6。可知，二种激发剂复合效果明显好于两种复合效果。复合微粉H7的7 d，28 d活性分别为0.

50、 75， 0. 85，达到了国家对一级微粉的要求。粉煤灰是通过其火山灰效应和微集料效应，能提高水泥基材料的强度，在早期主要是起“微集料效应”。所以，制约复合微粉早期强度提高的主要是钢渣和矿渣水化效果。无水石膏作为激发剂时，因为无水石膏溶解速度与溶解度较大，可提高钙矶石的形成速度，有利于提高的试样早期强度。 激发剂的主要组分为水玻璃、熟石灰时，水化初始，矿渣尚未参与水化，主要是水玻璃水解生成NaOH， 。随后碱激发的水化反应首先从玻璃体表面开始，、在作用下生成和使表面结构破坏。同时在离子的激发作用下，钢渣水化释放出大量的和硅（铝)氧离子团，它们参与水化反应生成水化硅（铝)酸钙。随着水化的不断进行

51、，水化产物填充或衔接于网络结构中，使水泥石的结构逐渐密实。所以，在水玻璃熟石灰无水石膏复合激发下，复合微粉7 d，28 d活性指数较高，且7 d的活性指数也高于单熟石灰激发。【参考文献：李丙明，李兆锋等.钢渣一矿渣一粉煤灰复合微粉的活性试验研究.硅酸盐通报.2009(6):590-594】3.3 钢渣作为作填充料增强水泥抗折抗压强度的运用通过改变钢渣比表面积及掺入量，研究其对水泥性能的影响，讨论样品的内部结构与性能之间的关系结果表明，随着钢渣比表面积的增大，水泥的抗折抗压强度增加，而随着钢渣掺入量的增加，抗折抗压压强度降低。3.31 实验原料3.32 实验将钢渣分别磨至比表而积为430， 45

52、0， 470和500 /kg与已粉磨好的水泥熟料和石膏加水后混合搅拌，制成40406 0 mm试样，放入20 e水环境中养护至规定龄期，然后进行凝结时间、抗折强度、抗压强度、体积安定性等性能的检验。通过改变钢渣的比表而积和掺入量可以看出，水泥试体3d和28 d的强度有着不同的变化，强度变化曲线如图1、图2所示。从图中可以看出，钢渣掺入量不变时，随着钢渣比表而积增加，水泥试样的3d强度和28 d强度均有所提高。这是由于比表而积提高后，试体的致密度升高，孔隙率减小，水化后生成钙矶石增多，因而提高了试样强度。而当钢渣的比表而积一定时，随着钢渣掺入量的增加，试样的抗折抗压强度降低，主要是由于熟料的减少

53、，钢渣活性较低，影响了试样的水化，使得水化产生的钙矶石的量减少，从而使强度降低。但是就28 d强度而言，虽然随着掺入量增加水泥试样强度降低，但是降低度不超过10%，而且所测强度均能达到所要求的强度范围，且钢渣掺入量最高已达到50%，从经济角度方而考虑，掺入钢渣来改变水泥性能的方案是可行的。【参考文献：毛宇晖，李秉键. 钢渣比表面积及掺入量对水泥性能影响的研究.嘉应学院学报. 2010(5):44-48】 而邢宏伟，李高良，张玉柱等人利用了掺气淬钢渣的水泥7d抗折强度较高这一性能作了研究。并且，研究表明气淬钢渣作为水泥混合材可以掺入水泥中后的易磨较好。1原材料性能 1)熟料选用冀东水泥公司生产的

54、硅酸盐水泥熟料，其化学成分见表1 2)气淬钢渣 气淬钢渣是液态钢渣从转炉倒出后运至气淬粒化装置，采用氮气射流将液态钢渣冲击破碎，同时与氮气进行热量交换，整个系统采用密封技术。由于气淬后钢渣比表而积增加，换热强度较大，同时氮气射流温度在一100左右.可以实现液态钢渣的急冷。 气淬钢渣呈圆球状，基木不用破碎，可直接粉磨，记为工;而采用传统工艺的普通钢渣呈块状，粉磨之前需用领式破碎机破碎至5 mm，记为II。两种钢渣的化学成分见表2 3)石膏石膏为天然二水石膏，其含量为39%2.试验方法与研究方法 1)试验方法 粉磨使用SM500mmx500mm实验室小磨，细度按GB/T 1345-1991测定;密

55、度按GB/T208-1994测定;比表而积按GB/T8074-2008测定;水泥标准稠度用水景、凝结时间、安定性按GB/T 1346-2001测定;强度按GB/T 17671-1999测定。 2)研究方法 对气淬钢渣进行磁选，然后钢渣、熟料及石膏混磨。最后对掺气淬钢渣的水泥做性能检测。3试验结果及分析 a.试验配比及性能测试设计方案中掺气淬钢渣的水泥记为Q，掺普通钢渣的水泥记为P，其配比及物理性能检测结果见表3。b结果分析 气淬钢渣粉磨特性将Q1、P1分别粉磨25min，30min和35min，测定钢渣水泥细度，见图1；钢渣分别粉磨30min ， 50min ，70min和90min ，测定其

56、密度及比表而积，结果见表4 从图1看出，掺气淬钢渣与掺普通钢渣的水泥易磨性都相对较差，但在相同粉磨时间内，掺普通钢渣水泥细度超过掺气淬钢渣水泥近3%，掺气淬钢渣水泥细度的下降趋势大于掺普通钢渣的水泥，间接说明了气淬钢渣的易磨性大于普通钢渣。 从表4看出，气淬钢渣的易磨性明显优于普通钢渣。随着粉磨时间的延长，气淬钢渣的比表而积几乎呈直线增长，而普通钢渣增长缓慢，且70min之后趋于平缓。说明气淬钢渣的团聚作用要小于普通钢渣。气淬钢渣作水泥混合材，其易磨性较好，可节约成本。掺气淬钢渣水泥水化机理 气淬钢渣处理过程中，由于采用急冷，钢渣中绝大部分物质以玻璃体的形态存在，从而具有潜在的化学活性。而玻璃体含量增多，导致玻璃体能包住，抑制其晶型转变，生成了较多的，有利于水泥的后期强度。但是掺气淬钢渣水泥中具有水硬活性的硅酸盐矿物和铁铝酸盐矿物的总量比硅酸盐水泥低得多，同时钢渣中A矿发育很大，含量也比较低，导致水泥水化硬化速度较慢，从而凝结时间延长。