高炉矿渣的综合利用与前景展望
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【摘要】本文综述了国内外高炉矿渣的利用现状，并展望了高炉矿渣的发展前景。
引言：
高炉矿渣是高炉炼铁时产生的一种废渣。在高炉炼铁时，需要在高炉中加入的原料有铁矿石、燃料（焦炭）和助熔剂。当炉温达到1400-1600℃时，助溶剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。若流入冷水中进行冷却而形成的粒状矿渣称为水渣，是生产矿渣硅酸盐水泥、矿渣砖瓦及矿渣砌块的优质原料；若经骤冷可以制成膨胀矿渣，是制做轻混凝土骨料的好材料；若经吹制形成矿渣棉，可以用来制造各种隔热、保温材料；若经浇铸成型可制做热铸矿渣，其耐磨性非常好。高炉矿渣的排放量随着矿石品位和冶炼方法不同而变化。由于近代选矿和炼铁技术的提高，每吨生铁产出的高炉矿渣量已经大大下降。
1 国外高炉矿渣的综合利用
早在1862年德国人就发现矿渣具有潜在的活性，自此，矿渣长期作为水泥混合材使用。19世纪初，矿渣在欧洲得到了广泛的应用。1958年南非首次将矿渣烘干后磨细用于商品混凝土中。20世纪60年代，随着预拌混凝土工业的兴起和发展，矿渣粉作为混凝土的独立组分得到了广泛应用。目前，国外一些发达国家已将掺有矿渣粉的混凝土普遍用于各类建筑工程。西欧掺有矿渣粉的水泥约占水泥总用量的20%；荷兰矿渣粉掺量65%-70%的水泥约占水泥总销量的60%，荷兰几乎各种混凝土结构都采用矿渣水泥；英国矿渣粉的每年销售量已达到200多万吨；美国、加拿大、日本、新加坡、东南亚地区矿渣粉普遍应用于各种建筑工程中[1]。如今，欧美一些发达国家已做到当年排渣，当年用完，全部实现了资源化。我国高炉矿渣的利用率在85%以上[2]。
2 国内高炉矿渣的综合利用
2.1用于生产矿渣水泥
粒化高炉矿渣与硅酸盐水泥熟料混合，再加入3-5%的石膏混合磨细制成矿渣硅酸盐水泥，经试验测量，这对于降低水泥成本是十分有利的。矿渣水泥在许多性能方面均优于普硅水泥，矿渣水泥具有较强的抗溶出性和抗硫酸盐侵蚀性能，能较好的应用在水上工程、海港及地下工程等。且矿渣水泥的水化热较低，特别适合大体积混凝土的施工。矿渣水泥的耐热性较强，故其可以使用在有高温高热要求的混凝土中[3]。
2.2用作高性能混凝土掺合料
高性能混凝土是二十一世纪中国建筑业的主要结构材料。高性能混凝土是指具有高强度、高耐久性极高流动性的混凝土。高强度指强度等级在C60以上， 高耐久性是指混凝土有良好的耐磨性、抗冻性、脆性、韧性、抗碳化性、抗碱骨料反应及水化热低、收缩率小等。高流动度是指混凝土拌合物应具有良好的施工性能、粘聚性、不泌水性、可泵性等[4]。
2.3用于生产无机无机涂料
近利用水淬矿渣粉与碱、水玻璃、外加剂、颜料制备无机环保涂料。在碱性条件下，矿渣水化为硅酸钙凝胶和沸石类的水化产物，形成的固体结构十分致密，用它制备的无机涂料具有高强、快硬、耐洗刷、耐水、耐碱、耐冻等优良性能，产品质量指标优于国家标准，尤其突出的是天然、无毒、无污染的环保安全性能，且制作简单、原料来源广、价格便宜，有较强的市场竞争优势，是国内外涂料研究和发展的方向，目前的缺陷是施工需要湿养护以及控制不当容易“泛碱”[5]。
2.4用于生产矿渣纤维
水淬矿渣中加入硼砂等辅料，经冲天炉高温熔化，融体经过高速离心机甩丝，生产的渣纤维用于隔热、保温、填料等。方法具有熔融温度低、节能、产品用途广等特点。如果在倾倒的熔融炉渣中直接加入硅砂等原料，提高熔化温度形成玻璃液，生产玻璃棉、玻璃纤维，则市场前景也较好，经济效益更佳[6]。
2.5用于道路工程
目前矿渣碎石具有缓慢的水硬性，这个特点在修筑公路时可以利用。矿渣碎石含有许多小孔，对光线的漫反射性能好，摩擦系数大，用它做集料铺成的沥青路面既明亮，制动距离又短。矿渣碎石还比普通碎石具有更高的耐热性能，更适用于喷气式飞机的跑道[2]。
2.6用作铁路道渣
矿渣道碴在我国铁道线上的应用已经有很长的历史。目前，我国钢铁企业专用铁路线上已广泛应用矿渣道碴，并且取得了良好的效果。从1953 年，鞍山钢铁公司就开始在专用铁路线上大量使用矿渣道碴，已广泛用于木轨枕、预应力钢筋混凝土轨枕和钢轨枕等各种线路，适用效果良好，没有发现有害问题[3]。
2.7用于其它用途
近年来利用水淬高炉矿渣制免烧砖的技术在国内外发展较快，有不少专利相继问世。而传统的建筑砖为粘土砖，这种砖不仅大量使用粘土，占用耕地，破坏植被，而且需要烧结，消耗能源。水淬高炉矿渣制免烧砖解决了这些问题，也可用于生产城市步道砖及植草砖。水淬矿渣经过烘干、粉磨可代替现场搅拌的建筑砂浆，易于施工，质量有保证，有利于环保。使用时需掺少量水泥或石灰及外加剂，这种砂浆国外使用较多，国内成本太高，不易推广[7]。
3 展望
随着现代社会的飞速发展，建设基础设施的钢铁用量也日益增加。因此，对于高炉矿渣的综合循环利用问题，已成为钢铁企业能否持续发展的一个重要问题，也是衡量一个企业综合实力的标志，现在，我们国家和企业都清醒地认识到这一点。相信在社会各方面的努力下，我国的高炉矿渣应用率将达到100%，并且能更大程度的节省自然资源，并将其应用于更重要的位置。
[1] 李培彦，陈贯卓，张旺和.冶金高炉矿渣综合利用[J].山东科学，2007，6（20）：79-82.
[2] 诸铮.高炉矿渣的处理和利用[J].科技情报开发与经济. 2005， （1）：13
[3] 张国忠，李广军，司有宝，等.浅析高炉矿渣的综合利用[J].价值工程，2014：145-146
[4] 信颖， 吕晓姝.粒化高炉矿渣综合利用的研究和应用进展[J].辽宁科技学院学报，2016，4（8）：37-38
[5] 蒋伟锋.水淬矿渣综合利用及发展前景[J].中国资源综合利用，2002：16-19
[6] 罗雪梅，唐朝培，韦星华，等.水淬矿渣的综合利用[J].中国资源综合利用，2006，4（24）：1
8-21
[7] 朱晓丽，周美茹.水淬高炉矿渣综合利用途径[J].中国资源综合利用， 2005，7：8-10