高爐礦渣是高爐冶煉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3和MgO，其中含有Ti、S等微量元素，經(jīng)研究，Ti含量的變化會影響高爐礦渣沖制過程中泡沫渣的含量。高爐不同的沖渣方式，導(dǎo)致高爐渣在高溫冷卻的速度不同，產(chǎn)生的高爐礦渣的結(jié)構(gòu)也不同。同時高爐礦渣本身化學(xué)成分的波動，對高爐礦渣的排水、礦渣立磨的煤耗和臺時產(chǎn)量以及礦渣粉的活性有密切的影響。
1試驗
1.1原料
我公司高爐產(chǎn)生的高爐礦渣，以及利用該高爐礦渣生產(chǎn)的礦渣粉，化學(xué)成分見表1。
1.2高爐沖渣和立磨工藝布局
我公司采用印巴法和明特法沖制高爐礦渣，經(jīng)皮帶運輸至高爐礦渣料場，經(jīng)自然堆放和晾曬72h后，作為礦渣立磨原料。礦渣立磨型號為德國萊歇生產(chǎn)的LM56.3+3，配套140GJ供熱能力的熱風(fēng)爐。
1.3試驗方法
?。?）采用德國Bruke D8 Advance型X射線衍射儀分析不同沖渣制度下的高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)。
（2）使用實驗室小磨，將烘干好的3kg高爐礦渣，粉磨40min后，測定比表面積，表征高爐礦渣易磨性。
?。?）按照GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》中的膠砂強度比法測定礦渣粉活性指數(shù)。
2結(jié)果與討論
2.1不同沖渣方式對高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)、易磨性和活性的影響
測試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的礦物組成，見圖1，可知明特法沖制的高爐礦渣含有大量的鈣鋁黃長石（Ca2Al2SiO7）晶體，以及小部分的鎂薔薇輝石（Ca3MgSi2O8）晶體，通過定性分析，玻璃體的含量遠小于鈣鋁黃長石晶體的含量，而鈣鋁黃長石晶體抑制礦渣粉的水化活性，其活性主要是玻璃體在堿性環(huán)境下的解聚產(chǎn)生的，通過對比可知，印巴法的熱水沖渣制度下的礦渣，鈣鋁黃長石的晶體含量極少，且晶體形式主要以微晶狀態(tài)存在，玻璃體含量高。
測試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的易磨性和活性指數(shù)，見表2，結(jié)合上述圖1的XRD圖譜可知：印巴法冷卻液態(tài)渣速度較快，礦物結(jié)構(gòu)以玻璃體為主，包含較高的能量，其機械粉磨做功較小，導(dǎo)致其易磨性（比表面積）較明特法沖制的高爐礦渣高30m2/kg，7d和28d活性指數(shù)分別高13%和12%。下文所討論高爐礦渣和礦渣粉都采用印巴法沖制。
圖1明特法與印巴法兩種沖渣制度下的礦渣粉的XRD圖
2.2高爐礦渣化學(xué)成分對活性的影響
礦渣粉主要的結(jié)構(gòu)為玻璃體結(jié)構(gòu)，其水化活性的來源為高溫的液態(tài)渣經(jīng)急冷保存下來的能量，主要是其中的Al2O3經(jīng)水化環(huán)境中的Ca(OH)2激活，反應(yīng)生成具有膠凝特性的絮狀結(jié)構(gòu)的C-A-H（鋁膠結(jié)構(gòu)），C-A-H又與水化體系中的SO3反應(yīng)，生成具有針棒狀的AFt（鈣礬石），在水泥硬化漿體中起骨架結(jié)構(gòu)，增強水泥體系強度，宏觀表征為礦渣粉具有活性。因此綜合上述分析，影響礦渣粉活性的主要因素包含礦渣粉的Al2O3、SiO2和玻璃體含量。
通過圖2可知，Al2O3和SiO2含量的波動對礦渣粉的7d活性指數(shù)有較顯著的影響，這是因為當(dāng)?shù)V渣中Al2O3含量高時，液態(tài)高爐渣的黏度較高，不易形成鈣鋁黃長石微晶，同時礦渣中玻璃體中的主要水化活性物質(zhì)Al2O3較高。而礦渣中SiO2含量高時，礦渣的活性會出現(xiàn)明顯的下降。因此需對兩者綜合考慮。
圖2礦渣中Al2O3和SiO2的含量變化與其7d活性指數(shù)的關(guān)系
2.3高爐礦渣化學(xué)成分對易磨性的影響
礦渣的易磨性不僅受到其沖渣方式的影響，也受到其化學(xué)成分的影響，分析了高爐礦渣中的化學(xué)成分對礦渣的易磨性和對立磨臺時產(chǎn)量的影響，見圖3，可見：在相同沖渣方式下，隨著高爐礦渣中SiO2含量由32%上升至34%，高爐礦渣比表面積由420m2/kg降至400m2/kg。
2.4高爐礦渣堆積密度對水分、立磨臺時產(chǎn)量和煤耗的影響
統(tǒng)計了2018年5月至6月時間段的高爐礦渣堆積密度和水分的數(shù)據(jù)，見圖4，可知：從2018年5月下旬至6月，高爐礦渣堆積密度呈不斷下降趨勢，同時，高爐礦渣水分呈不斷上升的趨勢，表明了高爐礦渣堆積密度與水分有直接關(guān)系。
按照入磨高爐礦渣的水分≤8.5%的要求，從圖5中可以得出，對應(yīng)的高爐礦渣堆積密度臨界點為1060kg/m3，因此要求高爐礦渣的堆積密度不小于1060kg/m3，否則將嚴重影響礦渣粉的臺時產(chǎn)量、煤耗等。圖6為2018年5月份和6月份高爐礦渣水分對礦渣磨機臺時產(chǎn)量曲線圖，可以看出，隨著礦渣水分增加，磨機的臺時產(chǎn)量下降，主要原因為，高爐礦渣水分提高，磨機運行工況不穩(wěn)定。
同時，因高爐礦渣水分的提高，礦渣磨機的煤耗也呈上升趨勢，通過測算可知，高爐礦渣水分每上升1%，礦渣立磨煤耗上升約0.5kg/t。
圖3高爐礦渣化學(xué)成分與易磨性變化對應(yīng)關(guān)系
圖4 2018年5月份和6月份高爐礦渣堆積密度和水分的變化趨勢
圖5高爐礦渣堆積密度和水分的關(guān)系
圖6高爐礦渣水分對立磨臺時產(chǎn)量的影響
3結(jié)論
?。?）印巴法沖制的高爐礦渣結(jié)構(gòu)主要為活性高的玻璃體結(jié)構(gòu)，明特法沖制的高爐礦渣主要為活性低的鈣鋁黃長石（Ca2Al2SiO7）晶體結(jié)構(gòu)，且印巴法沖制的高爐礦渣易磨性要高于明特法沖制的。
?。?）高爐礦渣堆積密度≥1060kg/m3時，經(jīng)堆放72h自然排水后，高爐礦渣水分可以控制在8.5%，有利于立磨煤耗的降低和臺時產(chǎn)量的提高。
?。?）高爐礦渣中SiO2化學(xué)成分的升高會降低礦渣磨機臺時產(chǎn)量。
?。?）高爐礦渣中對活性指數(shù)有益的化學(xué)成分為Al2O3，其對活性不利的成分為SiO2。
作者：日照鋼鐵控股集團有限公司梁曉杰
編輯：冶金渣與尾礦
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