高炉矿渣是高炉冶炼过程中产生的副产物，其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3和MgO，其中含有Ti、S等微量元素，经研究，Ti含量的变化会影响高炉矿渣冲制过程中泡沫渣的含量。高炉不同的冲渣方式，导致高炉渣在高温冷却的速度不同，产生的高炉矿渣的结构也不同。同时高炉矿渣本身化学成分的波动，对高炉矿渣的排水、矿渣立磨的煤耗和台时产量以及矿渣粉的活性有密切的影响。

　　1试验

　　1.1原料

　　我公司高炉产生的高炉矿渣，以及利用该高炉矿渣生产的矿渣粉，化学成分见表1。

　　1.2高炉冲渣和立磨工艺布局

　　我公司采用印巴法和明特法冲制高炉矿渣，经皮带运输至高炉矿渣料场，经自然堆放和晾晒72h后，作为矿渣立磨原料。矿渣立磨型号为德国莱歇生产的LM56.3+3，配套140GJ供热能力的热风炉。

　　1.3试验方法

　　（1）采用德国Bruke D8 Advance型X射线衍射仪分析不同冲渣制度下的高炉矿渣矿物结构。

　　（2）使用实验室小磨，将烘干好的3kg高炉矿渣，粉磨40min后，测定比表面积，表征高炉矿渣易磨性。

　　（3）按照GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的胶砂强度比法测定矿渣粉活性指数。

　　2结果与讨论

　　2.1不同冲渣方式对高炉矿渣矿物结构、易磨性和活性的影响

　　测试了明特法与印巴法冲制的高炉矿渣的矿物组成，见图1，可知明特法冲制的高炉矿渣含有大量的钙铝黄长石（Ca2Al2SiO7）晶体，以及小部分的镁蔷薇辉石（Ca3MgSi2O8）晶体，通过定性分析，玻璃体的含量远小于钙铝黄长石晶体的含量，而钙铝黄长石晶体抑制矿渣粉的水化活性，其活性主要是玻璃体在碱性环境下的解聚产生的，通过对比可知，印巴法的热水冲渣制度下的矿渣，钙铝黄长石的晶体含量极少，且晶体形式主要以微晶状态存在，玻璃体含量高。

　　测试了明特法与印巴法冲制的高炉矿渣的易磨性和活性指数，见表2，结合上述图1的XRD图谱可知：印巴法冷却液态渣速度较快，矿物结构以玻璃体为主，包含较高的能量，其机械粉磨做功较小，导致其易磨性（比表面积）较明特法冲制的高炉矿渣高30m2/kg，7d和28d活性指数分别高13%和12%。下文所讨论高炉矿渣和矿渣粉都采用印巴法冲制。

　　图1明特法与印巴法两种冲渣制度下的矿渣粉的XRD图

　　2.2高炉矿渣化学成分对活性的影响

　　矿渣粉主要的结构为玻璃体结构，其水化活性的来源为高温的液态渣经急冷保存下来的能量，主要是其中的Al2O3经水化环境中的Ca(OH)2激活，反应生成具有胶凝特性的絮状结构的C-A-H（铝胶结构），C-A-H又与水化体系中的SO3反应，生成具有针棒状的AFt（钙矾石），在水泥硬化浆体中起骨架结构，增强水泥体系强度，宏观表征为矿渣粉具有活性。因此综合上述分析，影响矿渣粉活性的主要因素包含矿渣粉的Al2O3、SiO2和玻璃体含量。

　　通过图2可知，Al2O3和SiO2含量的波动对矿渣粉的7d活性指数有较显著的影响，这是因为当矿渣中Al2O3含量高时，液态高炉渣的黏度较高，不易形成钙铝黄长石微晶，同时矿渣中玻璃体中的主要水化活性物质Al2O3较高。而矿渣中SiO2含量高时，矿渣的活性会出现明显的下降。因此需对两者综合考虑。

　　图2矿渣中Al2O3和SiO2的含量变化与其7d活性指数的关系

　　2.3高炉矿渣化学成分对易磨性的影响

　　矿渣的易磨性不仅受到其冲渣方式的影响，也受到其化学成分的影响，分析了高炉矿渣中的化学成分对矿渣的易磨性和对立磨台时产量的影响，见图3，可见：在相同冲渣方式下，随着高炉矿渣中SiO2含量由32%上升至34%，高炉矿渣比表面积由420m2/kg降至400m2/kg。

　　2.4高炉矿渣堆积密度对水分、立磨台时产量和煤耗的影响

　　统计了2018年5月至6月时间段的高炉矿渣堆积密度和水分的数据，见图4，可知：从2018年5月下旬至6月，高炉矿渣堆积密度呈不断下降趋势，同时，高炉矿渣水分呈不断上升的趋势，表明了高炉矿渣堆积密度与水分有直接关系。

　　按照入磨高炉矿渣的水分≤8.5%的要求，从图5中可以得出，对应的高炉矿渣堆积密度临界点为1060kg/m3，因此要求高炉矿渣的堆积密度不小于1060kg/m3，否则将严重影响矿渣粉的台时产量、煤耗等。图6为2018年5月份和6月份高炉矿渣水分对矿渣磨机台时产量曲线图，可以看出，随着矿渣水分增加，磨机的台时产量下降，主要原因为，高炉矿渣水分提高，磨机运行工况不稳定。

　　同时，因高炉矿渣水分的提高，矿渣磨机的煤耗也呈上升趋势，通过测算可知，高炉矿渣水分每上升1%，矿渣立磨煤耗上升约0.5kg/t。

　　图3高炉矿渣化学成分与易磨性变化对应关系

　　图4 2018年5月份和6月份高炉矿渣堆积密度和水分的变化趋势

　　图5高炉矿渣堆积密度和水分的关系

　　图6高炉矿渣水分对立磨台时产量的影响

　　3结论

　　（1）印巴法冲制的高炉矿渣结构主要为活性高的玻璃体结构，明特法冲制的高炉矿渣主要为活性低的钙铝黄长石（Ca2Al2SiO7）晶体结构，且印巴法冲制的高炉矿渣易磨性要高于明特法冲制的。

　　（2）高炉矿渣堆积密度≥1060kg/m3时，经堆放72h自然排水后，高炉矿渣水分可以控制在8.5%，有利于立磨煤耗的降低和台时产量的提高。

　　（3）高炉矿渣中SiO2化学成分的升高会降低矿渣磨机台时产量。

　　（4）高炉矿渣中对活性指数有益的化学成分为Al2O3，其对活性不利的成分为SiO2。

　　作者：日照钢铁控股集团有限公司梁晓杰

　　编辑：冶金渣与尾矿

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