首钢水钢固废基胶凝材料的生产及应用实践.pdf
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1、水钢科技SHUIGANG SCIENCE&TECHNOLOGY第 165 期作者简介院朱贤益渊1995耀冤袁男袁技术中心研究员遥首钢水钢固废基胶凝材料的生产及应用实践朱贤益1刘 珂1蓝桂年1刘明波1陈佐治2杨忠学3渊1.首钢水钢技术中心 2.首钢水钢循环经济中心 3.贵州博宏实业公司 贵州六盘水 553028冤摘 要院使用高炉水渣尧转炉钢渣和脱硫石膏混合粉磨生产的全固废基胶凝材料可替代硅酸盐水泥应用于混凝土道路遥不仅为水钢冶金渣固废的消纳提供有效的途径袁而且契合国家双碳政策的发展目标袁 为全固废基胶凝材料的应用拓展奠定了良好的生产基础遥 生产实践表明院 高炉水渣60%尧转炉钢渣 30%尧脱磷石
2、膏 10%袁全固废凝胶材料的 28d 抗压强度最高达到 37.3 MPa曰制备C20 级全固废基胶材混凝土袁水胶比为 0.42袁28d 强度达到 20.2 MPa曰全固废基胶材混凝土应用在厂区道路改善方面取得良好的实践成效遥关键词院高炉水渣尧转炉钢渣尧脱硫石膏尧全固废基胶凝材料尧胶凝材料混凝土Production and Application Practice of Solid Waste Based CementitiousMaterials in Shougang ShuigangZhu Xianyi1Liu Ke1Lan Guinian1Liu Mingbo1Chen Zuozhi2Y
3、ang Zhongxue3(1.Technology Center,2.Circular Economy Center,Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,3.Guizhou BohongIndustrial Company,Liupanshui 553028,Guizhou,China冤Abstract:The full solid waste based cementitious material produced by mixing and grinding blastfurnace granulated slag,converter
4、 steel slag and desulfurized gypsum can be applied to concrete roadsinstead of Portland cement.It not only provides an effective way for the disposal of metallurgical slagsolid waste in Shuigang,but also lays a good production foundation for the application and expansionof solid waste-based cementit
5、ious materials in line with the development goals of the national double-carbon policy.The production practice shows that when the blast furnace slag is 60%,the convertersteel slag is 30%and the dephosphogypsum is 10%,the 28d compressive strength of the full solidwaste gel material is up to 37.3MPa,
6、and when the water binder ratio of C20 grade full solid wastebased gel material concrete is 0.42,the 28d compressive strength is up to 20.2MPa;The application ofall solid waste based cementitious material concrete has achieved good practical results in the im鄄provement of factory roads.Key words:Bla
7、st furnace granulated slag,Converter steel slag,Desulfurized gypsum,Full solidwaste-based cementing material,Cementitious material concrete1前言钢铁行业是我国传统经济的重要支柱产业袁整个产业链的特点是高消耗和高排放袁固废品种多尧产量大尧成分复杂袁资源化压力大袁钢铁行业44窑窑2023 年第 3 期首钢水钢固废基胶凝材料的生产及应用实践的绿色可持续发展战略面临严峻挑战遥钢铁冶金渣包含范围广泛袁按钢铁冶炼工艺的流程袁从铁矿石到粗钢袁要经过高炉炼铁尧铁水预处理尧
8、转炉或电炉炼钢尧炉外精炼这几个主要流程遥 一系列生产过程会产生大量富含钙尧硅尧铁尧镁和少量锰尧磷尧硫等元素氧化物的冶金渣袁高炉水渣和转炉钢渣是其中的典型部分遥据目前的钢铁行业平均技术水平计算袁每生产 1 t 钢袁约产生 120-150kg 钢渣袁每生产 1t 铁水袁约产生 350 kg 高炉水渣遥2020 年全国粗钢产量为 10.65 亿 t袁钢渣产生量超过 1.2 亿 t袁同时产生水渣约 3.3 亿 t遥钢渣的资源化利用一直是钢铁冶金行业关注的焦点和难点问题遥高炉渣是高炉炼铁的副产品袁绝大部分经水淬处理袁成为粒化高炉矿渣袁可以生产矿粉和水泥袁被广泛应用于混凝土生产袁具有较高的附加值袁高炉渣基
9、本上能够得到完全的应用遥 钢渣是铁水从高炉排出之后到钢水凝固之前各种冶金环节所排出熔融态废渣的总和袁不仅包括铁水预处理的脱硫渣尧转炉渣尧电炉渣袁也包括精炼渣袁即炉外精炼渊二次冶炼冤后排出的废渣遥一般钢铁企业会对钢渣进行破碎尧筛分和磁选出含铁物质返炼钢用袁利用率在 20%-25%左右袁而磁选后的尾渣比较缺乏高技术含量的规模化利用途径遥钢铁厂的脱硫石膏主要来源于烧结机及冶金炉窑的烟气处理得到的副产品袁钢铁厂烟气中含有 SO2袁为了达到排放标准袁通常用石灰原石灰石磨碎制成浆液袁使除尘后含 SO2的烟气通过浆液洗涤器而除去 SO2袁 此过程中石灰浆液与 SO2反应生成硫酸钙及亚硫酸钙袁亚硫酸钙经氧化转
10、化成硫酸钙袁得到工业副产石膏袁称为脱硫石膏袁根据脱硫工艺不同一般可分为湿法尧半干法及干法脱硫遥全固废基胶凝材料是以高炉水淬渣尧转炉钢渣尧脱硫石膏等冶金固体废弃物为原料袁经加工粉磨后按一定比例配制成的水硬性胶凝材料遥利用全固废胶凝材料替代普通硅酸盐水泥袁配制新型混凝土代替普通混凝土袁 用于建造道路混凝土尧钢筋混凝土结构不仅促进了钢渣尧水渣的资源化利用袁减少了占地尧粉尘和废液等环境污染问题袁而且可以替代大量水泥袁减少水泥生产过程中二氧化碳排放袁符合我国双碳政策发展目标遥2全固废胶凝材料多重耦合机制水淬高炉矿渣被钢渣和脱硫石膏激发的原理院nSiO2窑 mAl2O3窑 qCaO+rCa(OH)2渊矿渣
11、冤垣sH2O=nSiO2窑 mAl2O3q窑(q+r)CaO窑(s+r)H2O(含铝 C-S-H凝胶袁二价钙离子可被镁离子和亚铁离子置换冤nSiO2窑 mAl2O3窑 qCaO+rCa(OH)2垣sH2O+3mCaSO4窑2H2O渊石膏冤=nSiO2窑(q+r-3m)CaOo(s+r-27m)H2O(C-S-H 凝胶冤+m(3CaO窑 Al2O3窑 3CaSO4窑 32H2O)(钙矾石)复盐效应院 典型钢渣中二价金属氧化物渊CaO+MgO+FeO冤 的总含量达到 72.3%袁 这些金属氧化物既是激发矿渣和钢渣形成 C-S-H 凝胶的物质基础袁也是在石膏的参与下夺取矿渣和钢渣中的 Al2O3和
12、Fe2O3形成含铁钙矾石类复盐的物质基础院2(Al3+,Fe3+)+12(Ca2+,Mg2+,Fe2+)+18OH-+6SO42-+55H2O寅渊3(CaO,MgO,FeO)窑(Al2O3,Fe2O3)窑 3(CaSO4)窑 32(H2O)冤钙矾石复盐形成具有纳米直径的针棒状晶体从而对硬化体具有增强增韧效应遥利用钢渣微粉尧脱硫石膏微粉和高炉水淬矿渣微粉三者的协同激发效应袁 在形成大量针棒状复盐晶体的同时袁 还形成大量近于非晶态的 C-S-H 凝胶和类45窑窑水钢科技SHUIGANG SCIENCE&TECHNOLOGY第 165 期沸石相袁 并紧紧将针棒状复盐晶体包裹起来袁使整个体系的稳定性大
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