摘要：钢渣经过破碎、磁选等预处理工艺，达到一定的粒度后便可以进行粉磨加工，其易磨性可以通过钢渣微粉比表面积的变化来确定。激光粒度分析证明，钢渣微粉颗粒级配合理。化学分析结果证明，尽管钢渣微粉碱度系数属中、高度，但除含铁量需进一步降低外，其它化学成分不会影响钢渣微粉的使用性能。一定掺量的钢渣微粉不会因游离氧化钙较高而造成体积安定性不佳。经过复合后的钢渣一矿渣粉可使活性指数达S 95级以上。

关键词：钢渣；微粉；分析

     冶金过程要消耗大量的原料、燃料，并产生相应量的固体、液体和气体废料。世界各国一般每生产1 t生铁产生约300kg炉渣，每生产1 t粗钢要产生约130kg钢渣，40 kg含铁粉尘及其它废料，由于资源的逐年减少和消除环境污染的需要，有效地利用钢铁厂的固体废料就成为当前一项十分重要的任务。我国高炉渣(即矿渣)已被广泛利用旭钢渣的利用率却不高，约为40％，含铁粉尘的利用仅限于个别大厂。到目前为止，国内积存的钢渣已在1亿t以上，占用了大量土地并污染了环境。

    近几年，广东省钢铁企业十分重视钢渣的综合利用，除了对现有的钢渣进行破碎、磁选，获得中小块废钢、精细铁粉返回冶炼外，还对剩余钢渣堆物进行了微细粉深加工，使其达到一定品位后，用于水泥或混凝土行业。一系列的实验室研究结果表明，经过复合后的钢渣粉具有一定的应用前景，为形成企业化生产钢渣粉提供了技术依据。

1  实验方法

1．1  钢渣原料筛分析方法

  对经过破碎、磁选的转炉钢渣按四分法进行取样，在震筛机上震筛10 min后计算累计筛余率。采用的套筛为0．075 mm／0．15 mm／0．3 mm／0．6mm／1．18 mm／2．36mm／4．75mm／9．5 mm／16 mm／19 mm方孔筛。

1．2钢渣易磨性实验方法

    利用实验室球磨机进行粉磨，粉磨时间为80～90 min，使比表面积达4000～4 500m²／kg。

1．3钢渣微粉密度测定方法

    按GB／T208—1994水泥密度测定方法进行测试。

1．4钢渣微粉比表面积测定方法

    按GB8074—1987水泥比表面积测定方法(勃氏法)进行测试。

1．5钢渣微粉颗粒粒度分布测定方法

    采用Malvern激光粒度分析仪进行测试。分散剂(Water)折射率1．330；残差0．314。

1．6钢渣微粉化学性能分析方法

    化学成分按GBl76—1996水泥化学分析方法进行测定。

1．7钢渣微粉活性指数测定方法

    活性指数按GBl2957—1991用作水泥混合材料的工业废渣活性试验方法进行。其中胶砂强度按照GB／T17671—1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)进行测试。

1．8钢渣微粉体积安定性测定方法

    以不同比例的钢渣粉掺人到水泥中，按雷氏法(GB／T1346—2001)检验体积安定性。

2研究内容

    对经过破碎、磁选后的转炉钢渣原料进行取样(在同一堆场的不同部位取15份试样，按四分法缩取出比试验所需量大1倍的试样)，分别进行筛分析实验、易磨性实验、微细粉密度以及比表面积测定，结果如表1、表2所示。

2．1  原料细度确定

    表1的实验结果表明，筛孔尺寸为9．5 mm的方孔筛通过率为86．0 %，在80％～90％之间，因而此钢渣原料的细度可以认为是<10 mm的颗粒占80％以上。

2．2钢渣粉磨工艺分析

    在我国由于受磨细设备的限制，通常只能将粉煤灰、矿渣、氟石粉和稻壳灰等经磨细、风选达到4 500 cm²／kg，钢渣亦如此。文献[3]的研究表明，钢渣的易磨性比水泥熟料要差，但优于矿渣。这对于钢渣细粉作为混凝土掺合料，在生产成本上有一定意义。

    从表2可以看出，在对钢渣原料进行粉磨实验的过程中，随着粉磨时间的延长，粉磨细度(比表面积)逐渐增大，但无论粉磨时间如何变化，总有部分无法磨细的碎颗粒(呈圆珠状或少量薄片状)物料存在于细粉中，经过一定筛孔孔径的筛分析后进行磁选，它们全部被磁铁吸住。这说明钢渣微细粉中确实还存在一定比例的含铁物料。由于粉磨过程是物料表面不断磨剥而生成大量细粉的过程，而上述含铁物料硬度较大，所以难以磨成有效微细粉。尽管这些物料的质量分数较小(小于5％)，但夹杂在微细粉中对微细粉作为混凝土掺合料的效应起不良作用。因而对微细粉中的含铁颗粒进一步筛析磁选是必要的。当然，如果能在粉磨工艺之前的原料预处理中进一步磁选，将更有利于除铁，因为颗粒愈细，磁选工艺愈复杂。

2．3钢渣微粉颗粒粒度分析

    对粉磨80～90 min的钢渣微粉进行激光粒度分析，如图1所示。该微细粉的边界粒为1．431—44．707 μm(即90％的微细粉的粒径在1．431—44．707μm之间)；中位粒径为11．566 μm(即大于和小于11．566 μm的颗粒各占50％)；体积平均粒径为20．378 μm (即大部分颗粒粒径为20.378μm左右)。

       国内外大量研究表明，钢渣中含有完整的类似水泥熟料矿物的硅酸盐矿物(C₃S和C₂S)成分，因此有一定的胶凝活性，且其胶凝性主要体现在活性混合材的作用。如果将钢渣微细粉作为混凝土掺合料，则钢渣粉的“微细化程度”对其在混凝土中的水化性能、安定性能以及微集料性能起相当作用。针对水泥而言，0～30μm的细颗粒是主要活性部分。因此上述钢渣的颗粒分布对其活性成分发挥作用是非常有利的。

2．4钢渣微粉化学性能分析

    表3是钢渣微粉的化学成分。从表3可以看出，该钢渣成分波动不大，属于高、中碱度，含有对水泥或混凝土有利的成分，如SiO₂和Al₂O₃在有CaO的环境下被激发可产生水硬性。但也含有对水泥或混凝土体积安定性不利的游离氧化钙(f-CaO)，其质量分数大于5％。除去Fe₂O₃、FeO后，金属铁或其它形式铁的化合物质量分数为2％～4 %左右。文献[5]表明，钢渣中铁的赋存状态有3种：铁酸盐(C₂F和C₄AF)，方铁矿固溶体(FeO固溶体)以及少量的金属粒铁。FeO在室温是不稳定的化合物，但在钢渣中由于相平衡而与铁和Fe₂O₃共存，并被CaO、MgO等二价氧化物所稳定形成为复杂的RO相。RO相没有胶凝性，而且吸收CaO，使钢渣中的C₃S减少。如果将钢渣中铁相还原成金属铁除去，相对可以增加其它氧化物的铁含量，从而有助于钢渣胶凝性的提高，并且可以回收渣中的金属铁。因此，若要进一步降低钢渣粉中的含量，除了磁选这一物理方法以外，也可以采用化学还原的方法。

2．5钢渣微粉活性指数分析

  对上述钢渣微粉进行活性指数测定，结果如表4所示。单掺钢渣粉使水泥活性指数降低较大。尽管如此，碱度系数较大的H2的活性指数比H1相对高些，这说明钢渣粉不宜单独用作水泥的活性混合材，可能是RO相的存在，影响了其活性的发挥，并非碱度高的原因。为了进一步有效利用钢渣粉，需要对其进行复合，掺人其它种类的混合材制成复合粉，再加以利用。将钢渣／矿渣粉以3种比例进行复合后，7 d活性指数和28 d活性指数都比单掺钢渣粉有较大提高，其中F1和F2复合粉超过或达到了国家标准高炉矿渣粉S 95级别。而钢渣／粉煤灰复合粉的活性指数降低较大，未达到要求。因此，将钢渣和矿渣粉以一定比例}昆合制成复合粉，完全可以作为水泥混合材或混凝土用掺合料。

2．6钢渣微粉体积安定性分析

    文献[6]研究表明，钢渣中的游离氧化钙分为颗粒状(或称宏观颗粒)和弥散状(或称微观细粒)两大类。其中前者数量少且分布范围不大，是造成钢渣近期局部膨胀疏松的主要因素。后者数量多，分布范围广，水合反应极缓慢且有反复，是造成转炉钢渣长期不稳定的关键因素。从表3中钢渣粉的化学成分看，尽管游离氧化钙含量较高，当以10％、15 %、20 %、25％、30％的不同比例(以上为质量分数)掺入水泥后，进行沸煮法试验，体积安全性均表现为合格，这证明了文献[7]的报导，钢渣的“微粉化”可以解决由于游离氧化钙(f_CaO)较高而引起的“安定性”问题。正如前述，单掺钢渣粉会使活性指数降低较多，因而没有研究更大比例的钢渣粉对体积安定性的影响。

3结  论

    尽管各地钢渣品位不同，但本研究的如下结果对各钢铁企业均具有一定借鉴意义。

    (1)钢渣原料需经过预处理(破碎至粒度达10 mm以下)后才可以进行粉磨；

    (2)钢渣微粉的粉磨时间为80～90 min，粉磨粒度约4 500 cm²／kg较合适；

    (3)去除钢渣中的铁成分将更有利于钢渣粉性能的发挥；

    (4)钢渣微粉的掺量(质量分数)在10％～30％时，不会因游离氧化钙过高而影响体积安全性；

    (5)钢渣微粉单独掺入水泥会降低活性指数，较适宜与矿渣粉复合后掺入水泥或混凝土。