攀鋼含釩鋼渣制備鋼渣復合微粉及在混凝土中的應用

何 奇

(攀枝花鋼城集團有限公司 四川省攀枝花市 617000)

攀鋼含釩鋼渣制備鋼渣復合微粉及在混凝土中的應用

何 奇

(攀枝花鋼城集團有限公司 四川省攀枝花市 617000)

攀鋼含釩鋼渣游離鈣含量高、活性低，處理難度大，利用率低，為減少含釩鋼渣對環境的污染，提高鋼渣綜合利用率，本文利用含釩鋼渣制備鋼渣復合微粉，并進行混凝土配制試驗。結果表明，制備的鋼渣復合微粉28天活性指數達到90%以上，配制的混凝土工作性較好，抗壓強度滿足設計要求。

含釩鋼渣；復合微粉；混凝土

0 前言

攀枝花－西昌地區蘊藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，攀鋼采用“半鋼冶煉工藝”，成功解決了釩鈦磁鐵礦的冶煉問題。但釩鈦磁鐵礦冶煉過程中，形成的含釩鋼渣不同于普通鋼渣。與普通鋼渣相比，含釩鋼渣具有含釩1～3wt%、高堿度、高RO相、高過熱度、渣鐵難分離等特點[1]。目前，攀鋼攀枝花地區每年產生含釩鋼渣50萬噸左右，鋼渣資源化利用率僅約15%。

大量的含釩鋼渣對周邊環境、地下水系帶來較大影響，鋼渣的堆存和處理將會成為制約攀鋼可持續性生產的重要因素。利用鋼渣的潛在活性制備鋼渣微粉用于水泥、混凝土是鋼渣利用的有效途徑之一[2～4]。本研究以攀鋼含釩鋼渣為原料，采用多種方法提高鋼渣水化活性，并將其用作混凝土摻合料。對實現含釩鋼渣綜合利用具有重要意義。

1 含釩鋼渣的基本性質

表1 含釩鋼渣的化學成分

1.1 含釩鋼渣的化學成分和礦物組成

攀鋼以釩鈦磁鐵礦為主要原料，采用特殊的“半鋼冶煉工藝”使得攀鋼鋼渣中CaO含量較高，SiO2含量較低，鋼渣堿度系數達到3.0以上。其中，鋼渣中V2O5的含量約為 0.5～2.0%，因此被稱為含釩鋼渣，釩主要與鈣形成釩酸鈣，存在于玻璃相中。通過XRD分析，含釩鋼渣中的主要物相為硅酸二鈣、FeO、鐵酸二鈣、CaTiO3。含釩鋼渣的主要化學成分見表1，礦物組成見圖1。

1.2 含釩鋼渣的基本物理性質

攀鋼含釩鋼渣目前采用熱潑打水，露天堆放的處理方式。由于含釩鋼渣自身游離鈣含量較高，該處理工藝又無法充分消解，因此渣中的游離鈣含量達到9%以上，用于建材行業易產生安定性不良等嚴重后果，需進行陳化處理，陳化處理后鋼渣的游離鈣含量可降至3%以下。

將含釩鋼渣用SM-500水泥試驗小磨磨制成鋼渣微粉，按GB/T20941《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》技術要求測試其基本性能，結果見表2。

表2 含釩鋼渣微粉性能

從表2可以看出，磨制的含釩鋼渣微粉安定性表現合格。除活性指數外，其指標基本滿足一級鋼渣粉的技術要求。活性指數是用于水泥或混凝土中的微粉的重要指標，活性指數較低時在應用中會受到較大限制，因此制備鋼渣微粉的關鍵在于充分激發鋼渣的活性。

2 含釩鋼渣微粉活性激發方法

2.1 試驗原材料

含釩鋼渣微粉：攀鋼含釩鋼渣磨制而成，金屬鐵含量小于1%，主要性能指標見表2。

水泥：水泥為三鼎牌42.5R硅酸鹽水泥。主要性能指標見表3。

表3 試驗用水泥性能

激發劑：A、B、C、D四種常見激發劑；

礦物摻合料：攀枝花本地產O、P、Q三種固體廢棄物。

2.2 化學激發劑對鋼渣微粉活性的影響

試驗選取了A、B、C、D四種激發劑，分別測試其能使鋼渣微粉達到最高強度的最佳摻量，并進行綜合比較，測試四種激發劑的最佳摻量分別為0.2%、1.5%、1%、3%。將含釩鋼渣微粉與激發劑混合，在小型振動磨上磨制5分鐘，測試其比表面積為430～440m2/kg，按照GB/T20941《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》附錄A的方法對鋼渣粉的活性進行測定。試驗結果見圖2。

圖2 不同激發劑對含釩鋼渣微粉活性的影響

表4 鋼渣及其它固體廢棄物的活性指數

試驗結果表明：四種激發劑對鋼渣微粉的早期強度的增長均有一定的促進作用；激發劑B、D對鋼渣微粉的前期強度和后期強度的增長均有促進作用，其中在激發劑D的作用下，鋼渣7d活性指數為70%，28d活性指數為82%，達到一級鋼渣粉水平。

2.3 含釩鋼渣與其它固體廢棄物復合對鋼渣微粉活性的影響

試驗選取了O、P、Q三種攀枝花常見的具有一定水化活性的固體廢棄物，采用水泥小磨分別磨制成比表面積為430～440m2/kg的微粉，測試它們的活性指數，試驗結果見表4。從表4可見，幾種材料的活性指數由大到小的順序為：Q＞P＞O＞鋼渣，其中固體廢棄物Q的28天活性指數達到90%。

表5 鋼渣復合微粉的活性指數

將含釩鋼渣微粉與其它固體廢棄物按比例混合，測試混合制成的含釩鋼渣復合微粉（簡稱鋼渣復合微粉）的活性指數。試驗結果見表5。

從表5可以看出，O和P的活性與鋼渣相差不大，因此與鋼渣復摻對于微粉的強度沒有明顯影響。鋼渣粉和Q按1:1或3:7的比例得到的鋼渣復合微粉，28d的活性指數達到最大值，且超過了單摻Q的最大值，說明鋼渣與Q之間能夠相互激發、相互促進水化，產生類似于鋼渣和水淬礦渣間的“復合超疊加效應”[5]，其中鋼渣與Q的較優比值為1:1。

3 鋼渣復合微粉配制混凝土的工作性能和強度

3.1 試驗原材料

鋼渣復合微粉：按鋼渣與Q為1:1配制的鋼渣復合微粉，性能指標見表6。

水泥：水泥為三鼎牌42.5R硅酸鹽水泥。主要性能指標見表3。

礦渣碎石：攀鋼高鈦型高爐渣經熱潑處理得到的石質材料破碎而成，粒度5～31.5mm，堆積密度1280kg/m3。

礦渣砂：攀鋼高鈦型高爐渣經熱潑處理得到的石質材料破碎而成，細度模數2.8，堆積密度1650kg/m3。

表6 鋼渣復合微粉基本指標

減水劑：騰豐公司產FDN-300系減水劑。

3.2 試驗方法

以鋼渣復合微粉做摻合料配制強度等級為C30的混凝土，基準配比為：水泥：礦渣碎石 ：礦渣砂=385：1192：726。鋼渣復合微粉取代水泥量分別為 10%、20%、30%、40%，外加劑摻量為膠凝材料總量的1.5%，水灰比取0.38。

表7 鋼渣復合微粉摻量對混凝土性能的影響

按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、《普通混凝土力學性能試驗方法》拌制混凝土，測定混凝土的工作性能和力學性能。

3.3 試驗結果及分析

鋼渣復合微粉摻量對混凝土性能的影響見表7。

從表7可知，由于鋼渣復合微粉需水性小及微集料效應，混凝土坍落度隨著鋼渣摻量的增加而增加，說明鋼渣復合微粉在一定范圍內可以改善混凝土的工作性。從表7可知，摻入鋼渣復合微粉后，混凝土7天抗壓強度有一定下降，28天抗壓強度逐漸接近基準混凝土。說明，鋼渣復合粉在混凝土強度前期強度增長較慢，主要是鋼渣復合微粉中的活性物質前期反應速度較慢，對混凝土強度貢獻較小，在水泥不斷水化形成大量Ca(OH)2的激發下，活性物質中的SiO2、Al2O3等物質逐漸形成硅酸鈣及鋁酸鈣，填充于混凝土網絡結構中，使混凝土結構逐漸密實，后期強度持續增長。當然隨著鋼渣復合粉摻量的增加到 30%以上后，混凝土強度下降趨勢較為明顯，可見隨著水泥總量的減少，鋼渣復合粉活性無法獲得足夠的Ca(OH)2而不能最大限度的激發，混凝土強度則大幅下降。因此，鋼渣復合粉的摻量控制在20～30%既可以保證混凝土強度，也可最大限度降低水泥用量。

4 結論

1）攀鋼含釩鋼渣經陳化、粉磨后，安定性合格，基本性能滿足制備鋼渣微粉需要；

2）采用化學激發劑可提高鋼渣微粉的活性，使鋼渣微粉 28天活性指數達到82%左右，達到一級鋼渣粉技術要求；

3）將鋼渣與礦物摻合料Q復配獲得的鋼渣復合微粉活性較優，鋼渣復合微粉的28天活性指數可以達到93%，其中鋼渣與礦物摻合料Q的最優配比為1:1；

4）采用鋼渣配制的鋼渣復合微粉用于混凝土中，能改善混凝土的工作性能，在滿足混凝土強度設計要求的情況下，可減少約30%的水泥用量。

[1]甘勤.攀鋼鋼渣利用現狀與發展方向.資源開發利用，2000，04

[2]黃永剛，狄煥芬，祝春水.鋼渣綜合利用途徑[J].工業安全與環保，2005，01

[3]舒型武.鋼渣特性及其綜合利用技術.鋼鐵技術，2007，06

[4]朱桂林.鋼鐵渣研究開發的現狀與發展方向.廢鋼鐵，2001，03

[5]唐衛軍，張作順，張海濱等.鋼鐵渣復合粉在混凝土中的應用研究.2010年全國能源環保生產技術會議論文集，2010.03

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1007-6344（2016）03-0309-02

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