硅鈣型固廢物超微粉碎后作為建材及功能性材料再利用

　　由于冶金固廢物中含硅鈣很高,是作為建材的極好原料。鋼鐵及冶金固廢可以直接作為建材產品的原料,或經提煉有用元素后的殘渣再加工成建材。這類工業固廢物的化學組成特點是除含有SiO2和一些活性礦物外,還含有一定量的CaO。當CaO含量較低時,其只能緩慢發生水硬反應,但在如石灰、熟料、堿類、石膏等激發劑作用下,可表現出較強的水硬性。這類典型的固廢物有高爐礦渣、黃磷渣、錳鐵礦渣、化鐵礦渣、鉻鐵渣和熱電增鈣液態渣等。若CaO含量較高,其一般可形成含硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)和鋁酸三鈣(C3A)等礦物,具有類似水泥熟料的性質,C3S和C2S型鋼渣是典型的水硬性工業固廢物。下面例舉幾種主要應用。

　　1)水泥原料。水泥工業對固廢物具有較強的吸納優勢。中國是世界建材大國,水泥產量是世界總產量的50%,中國水泥產量在2005年時就已超過8.6億t,消耗石灰石資源約為6億t以上,并排放CO2近5億t。鋼鐵工業固廢物主要含CaO、SiO2、Al2O3、FeO、MnO等成分,具有水硬活性礦物,可用于水泥原料。高爐水淬渣中玻璃體物相約占80%,水淬渣磨細后,在石灰、石膏等激發劑作用下水化時,玻璃體網絡結構解體,生成硅酸鈣和水化鋁硅酸鈣等水化產物,產生膠凝和硬化。與普通硅酸鹽水泥相比,在水泥中每使用1 t摻合料可節煤25 kg、節電30 kW·h、節約CaCO3約0.84 t、少排放CO2約0.72 t。鋼鐵渣水泥和鋼鐵渣用作水泥或混凝土摻合料,還能改善水泥和混凝土的耐久性能。按最佳細度配合要求,經細磨加工制成的礦渣微粉,是國際公認的生產高性能混凝土的主要組分之一,可以直接作為商品出售。

　　2)生產通用建材。冶金固廢材料中含有大量硅質。根據火山灰成巖原理,運用地球化學、巖石礦物學理論進行膠凝材料分子設計,激發及聚合生成類天然巖石的綠色膠凝材料,即所謂的凝石,直接加工成各種類型的建材,如砌塊、膨脹礦渣、合成石料、免燒磚、耐火磚等建筑材料。例如,較為常見的新型墻體材料采用高爐渣、石灰、粉煤灰等材料加水成型,可根據原料來源和實用情況調整多種配方。這些大都在工業生產中得到有效利用。包鋼還采用混合料代替粘土,加固了熱電廠灰渣壩的壩體,滲水性能優于粘土,創造了良好的壩體下部排滲條件。

　　3)制備功能性產品。這類產品一般采用高溫合成的方法,有保暖用的無機類絲棉制品及型材等。礦渣棉是以礦渣為主要原料,熔化后用高速離心法或噴吹法制成纖維狀材料,可加工成保溫氈、保溫板、保溫帶、保溫筒等,使用溫度可達700 ℃,具有質輕、電絕緣性能好、耐氧化性能好、耐腐蝕等優點。此外鑄石、微晶玻璃等可應用于光學、電子、宇航、生物等領域作為結構材料和功能材料,也可以大量應用于工業和民用建筑作為裝飾材料或防護材料。此外,鋼渣作為處理廢水用的吸附劑以及用于含有鈣、硅、磷和多種微量元素的綏效肥料也得到矚目的應用。

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