矿渣的形成及治理方案

粒化高炉矿渣简称矿渣，是在高炉炼铁过程中，铁矿石中的酸性脉石和燃料（焦炭）灰分中的酸性氧化物（SiO2和A12O3），与助熔剂石灰石或白云石中存在的碱性氧化物（CaO和MgO）结合，在高温下氧化铁还原成金属铁，并生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成质地疏松、多孔的粒状物。

熔融矿渣在空气中缓慢冷却后，结晶形成惰性硅酸镁钙，例如黄长石，镁硅钙石，钙镁橄榄石和少量的硅酸钙［如硅酸二钙，硅钙石（C3S2）和假硅钙石（CS）］，只能用作骨料。因此，为获得潜在的水硬性并成为有用的矿物掺合料，矿渣必须快速冷却（水淬）以形成玻璃态的铝硅酸钙。水淬可按两种工艺进行：粒化或造粒。

粒化矿渣的生产始于1853年。现在，一些工艺流程仍在沿用，如用水将矿渣破碎成直径不超过4mm、以玻璃态为主的颗粒。为了防止在高温下结晶成镁硅钙石和黄长石，需要使用大量的水（每吨矿渣用水100 m3）或者用0.6 MPa压力下的喷射水流（每顿矿渣用水3 m3），处理之后的水（含水量≤30%）大部分在烘干磨或过滤池被消除。

造粒是将较小的颗粒（＜4mm）粉磨后用作矿物外掺料，部分晶体的多孔块渣可作混凝土轻集料。加拿大研制了一种造粒工艺设备——造粒机。在这种半干法工艺流程中，熔渣先用水冷却，然后用一个转鼓抛到空气中。所获得的材料可分为两部分：稍大的多孔质球粒（4～15 mm）部分呈结晶态，这种膨胀矿渣一般用作轻骨料；稍小的一些颗粒（小于4mm）主要呈玻璃态，可用作混合水泥的水硬性组分，或者单独磨粉，或者与硅酸盐水泥熟料混磨。

在常规条件下，矿渣-水浆体并不具有水硬性，矿渣的水硬活性只有在碱性条件下才能被激发。依据现行国家标准《用于水泥中的粒化高炉矿渣》（GB/T 18046），矿渣活性可通过质量系数［K=（CaO+MgO+A12O3）/（SiO2+MnO+TiO2）］、碱性系数［M0=（CaO+MgO）/（SiO2+TiO2）］和活度因子（Mn=Al2O3/SiO2）3个指标来衡量。矿渣活性随各系数的增大而增加。碱激发矿渣水泥中的矿渣活性在很大程度上取决于玻璃相的含量，玻璃相的含量大于90%效果较好［1-3］。尽管如此，Pal等人指出，玻璃相含量低（30%～65%）的矿渣也可以具有很好的活性，并用解聚度（DP）式（3-1）来衡量矿渣反应活性，其值通常在1.3到1.5之间［4-6］。

此外，根据目前大多数的文献研究发现，用于碱激发矿渣水泥中的矿渣一般要满足以下特点［7-8］：(www.xing528.com)

（1）矿渣应该是通过粒化或者造粒工艺产生，且玻璃相含量至少85%～95%；

（2）矿渣的结构应具有无序性，因为玻璃相的聚合程度越低，其水化活性越高；

（3）矿渣应该是碱性的，即（CaO+MgO）/（SiO2+TiO2）＞1，因为矿渣中的石灰含量控制其活性，所以碱性矿渣具有较高的水化活性。

（4）矿渣的细度对激发反应的速度和强度起着重要的作用，因此，矿渣不能太粗，一般应被研磨至比表面积为400～600 m2/kg。