碱渣-钢渣-粉煤灰在水泥中力学性能的研究文献综述

 2021-10-22 21:49:27

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文 献 综 述1 研究背景随着国民经济的快速发展,我国矿业、冶金、煤电等大宗工业固体废弃物,如尾矿、赤泥、冶炼渣、粉煤灰、工业副产石膏等的排放量迅猛增加并大规模堆存,带来严重的环境和生态安全隐患[1]。

另一方面,目前我国适于开采并且能用于水泥生产的石灰石储量十分有限,但我国大规模的基础设施、交通建设需求却不断增长,能源形势十分严峻[2]。

钢渣是目前大宗固废中排放量、堆存量较大、应用难度较大的一种固废,其成分和水泥熟料的组成类似,同时还具有水泥熟料所含有的硅酸三钙、硅酸二钙等矿物相以及潜在的胶凝性能,故又称为过烧硅酸盐水泥熟料[3]。

其中铁含量较高,MgO、CaO等不稳定因素是制约其广泛应用的主要因素。

碱渣则来源于纳米SiO2的生产,随着新材料、新技术、新能源等广泛应用,国内外对于纳米材料的消耗巨大,其中纳米SiO2又是主要的纳米材料,我国主要的纳米SiO2都是采用冶炼硅酸钠制得,这就产生了大量的碱渣,其活性较高,不利于直接在建材中使用;粉煤灰则主要来自发电厂燃烧煤后的残渣,目前在水泥中广泛应用。

2 研究意义我国粗钢产量已连续多年位居世界首位,钢渣是炼钢过程中的副产物,其产量约为粗钢产量的12%~14%,2016年我国钢渣年产量约为0.65~1.2亿t[4],但利用率较低,不仅造成资源浪费,而且占用土地资源存放废弃物,另外,《中华人民共和国环境保护税法》于2018年1月1日起施行,钢渣属于固体废物税目(税额25元/t),解决钢渣处置,提高钢渣利用率已经成为现阶段固废处置的重点关注方向。

国外发达国家钢渣利用率较高,其利用途径包括钢厂内部循环利用、生产水泥、建材利用(含铺路)、土壤利用、回填等,其中建材利用占比约50%,内部循环利用占比约20%~30%,钢渣整体利用率均超过90%[5]。

我国钢渣在上世纪渣山现象普遍,进入21世纪后综合利用成为发展方向,主要利用方式包括钢厂循环利用、钢渣水泥利用、道路沥青混凝土等途径,目前利用率距发达国家还有很大差距,但我国钢渣类型和发达国家有较大差别,国外发达国家由于炼钢工业发展较早,大量废钢作为短流程电炉炼钢原料占有较大比例,而我国目前仍以长流程转炉炼钢方式为主,如美国电炉占比在50%以上,而我国转炉占比90%左右(电炉占比10%左右),因此我国和国外钢渣处置的方向不尽相同,转炉产生的钢渣产量规模占绝对主导地位,因此目前提高钢渣利用率主要关注转炉钢渣的处置利用。

结合国外钢渣处置发展道路,从提高钢渣利用规模的角度考虑,建材化利用将是消纳钢渣的主要途径[6]。

因此研究钢渣在水泥中的应用具有很大的现实意义。

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