钢铁行业高炉炼铁水渣的综合利用

摘要：炼铁产生的大量高炉水渣制成矿渣微粉替代水泥使用，是我国钢铁工业废渣治理的重要途径。本文首先对高炉水渣的生成及特性进行阐述，并分析矿渣微粉生产过程的质量控制与环境保护因素，最后对矿渣微粉的综合利用展开探究，为高炉水渣制矿渣微粉技术在我国的发展和应用提供资料参考。

关键词：高炉水渣；矿渣微粉；环境保护；综合利用

建筑材料的生产在国民经济中占有重要地位，同时也要消耗大量的自然资源，而在混凝土中掺入由钢铁行业高炉炼铁水渣（工业废渣）制成的矿渣微粉作为一种新型建材，在国内外已开始得到广泛应用。

一、 钢铁行业高炉炼铁水渣的生成及特性

高炉炼铁是钢铁行业最重要的基础工序，其产生的工业废渣约占整个钢铁行业总渣量的70%以上，按2014年全国生铁年产71200万吨计，高炉炼铁水渣产生量约为26344万吨。如此大量的废渣得不到及时处理将占用国家大量土地资源，因此，高炉水渣综合利用一直是钢铁行业的重要任务。

炼铁是以烧结矿为原料，另加焦炭（燃料和还原剂）、块矿和辅料（熔剂和石灰石）等，按一定比例称量、配料后送往高炉炉顶布料入炉，由热风炉从高炉下部风口向高炉炉缸鼓入热风助焦炭燃烧，并向高炉炉缸喷吹入煤粉燃烧。炉内原、燃料在高温下熔化而逐渐下降，在炉料下降、煤气上升过程中，先后发生传热、分解、还原、熔化、渗炭、脱炭、脱硫和造渣等反应，使烧结矿中的氧化铁被还原成金属铁水，杂质与加入的石灰石等结合生成炉渣，铁水从高炉炉底出铁口间断排出，装入铁水罐送往炼钢厂，渣液从出渣口排出，水淬后生成高炉水渣，高炉煤气从炉顶引出，经除尘净化后作燃料使用。

高炉水渣化学成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、MnO2等，其形态是含有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。

二、 矿渣微粉生产的工艺流程与环境保护

1、矿渣微粉生产的工艺流程

矿渣微粉是高炉水渣经过研磨得到的一种超细粉末，属建材高新科技产品。

由原料系统送来的高炉水渣经气动两路阀喂入立磨内，被磨辊在旋转的磨盘上挤压粉碎成粒径大小不一的矿渣微粉颗粒，在热风炉中通过燃烧煤气产生的干燥气体从立磨进气口自下而上进入磨机，烘干并携带磨机内被磨碎到一定粒径的矿渣微粉颗粒上升进入立磨上部的高效选粉机。可以上升到选粉机高度的矿渣微粉粒径大小与干燥气体流速成正比，流速越大进入高效选粉机的矿渣微粉颗粒粒径越大（重量越大），根据该原理可以通过控制干燥气体流速生产不同粒径矿渣微粉产品来满足客户的质量要求。细度合格的细粉（成品） 随出磨干燥废气由覆膜滤料高效布袋收尘器收下，经空气输送斜槽、提升机等输送设备分别送入矿渣粉储存库内储存，粗粉颗粒由于粒径较大，在重力作用下未上升到选粉机高度返回磨盘重磨。

2、 环境保护与产业政策

出磨含粉尘的干燥废气，经覆膜滤料高效布袋收尘器收尘及净化处理，浓度达到《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）表2、表4中二级标准后，大部分干燥废气作为循环风返回立磨系统回收能量，小部分干燥废气经烟囱排入大气。

矿渣微粉在一定范围内可以替代等量水泥使用，对比年产50万吨水泥生产装置，一个等量矿渣微粉项目每年可为国家节约80万吨不可再生的宝贵资源、8.0万吨标准煤和3000万度电力，少向环境排放SO2140.5t/a，粉尘120.38t/a，烟尘802.58t/a。

袋式收尘器是立磨工艺中的关键设备，它既是产品收集设备，更是环保除尘设备，工厂生产的所有产品都由该设备收下。为了使磨碎的矿渣微粉全部转变成产品进入矿渣微粉仓，并同时满足环保要求，该滤料与普通过滤材料不同之处在于其基材上覆盖了一层经过高科技特殊加工的薄膜，从而使其具有更细微而均匀的结构，空孔率更高，过滤阻力更小，寿命更长，过滤效率达到99.99%以上。使用该滤料可以增加产品得率，减少粉尘排放量，废气中粉尘排放浓度可以小于50mg/Nm3，符合清洁生产要求。

涉及矿渣微粉的生产项目在2015年财政部、国家税务总局联合发布的《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》中退税比例为0.7%，并符合《水泥工业产业发展政策》（国家发展和改革委员会，2006.10.17）中"鼓励推广矿渣微粉细磨技术"内容。

3、 矿渣微粉生产的质量控制

矿渣微粉生产过程可以全部采用计算机控制系统对从原料进厂到配料、粉磨、微粉颗粒粒径、成品仓及成品发运的整个生产全过程进行集中控制和管理。监控管理计算机具有动态流程图显示、报警、报表和打印输出，对过程回路、马达状态、现场信号和报警状态等，用语言文字、色彩和音响等方式进行显示，使企业的管理在国内处于先进水平。

三、 矿渣微粉的综合利用

1、 矿渣微粉的特性

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、Al2O3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，显著改善了水泥和混凝土的一系列性能。

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CaO与CaSO4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。

2、 矿渣微粉的优点

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。

3、 矿渣微粉的用途

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450～500m2/kg的矿粉，可配制525，525R 矿渣硅酸盐水泥。

作为混凝土掺和料，等量取代部分水泥（30%～70%），配制高强度、耐久性、高性能混凝土。

综上所述，钢铁行业高炉炼铁水渣年产生量巨大，用高炉水渣生产的矿渣微粉作为混凝土掺入料可等量取代水泥，降低混凝土成本，减少自然资源消耗和工业废渣占地，保护生态环境，符合国家大力发展循环经济的可持续发展战略。由于掺有矿渣微粉的混凝土具有水化热低、耐腐蚀、与钢筋粘接力强、抗渗性强、抗微缩、后期强度高等特点，被广泛应用在大型建筑、水坝、城市道路、水下、海防、油田、化学防腐工程等，产品具有广阔的市场前景。

参考文献：

[1] 謝彦君 张平 王艳梅 张树辉 马艳梅. 年产100万t矿渣微粉生产线立磨系统热工计算及配置. 《水泥工程》2015年 第4期；

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[3] 戴逢胜.某公司矿渣微粉工程项目环境影响报告书（2010.1.）；

[4] 戴逢胜.某公司实施节能减排结构调整项目环境影响报告书（2009.7.）。

[5] 戴逢胜.某公司1号、3号高炉易地大修改造工程环境影响报告书（2006.12.）。