一種工業固體廢物。高爐煉鐵過程中排出的渣,又稱高爐礦渣,可分為煉鋼生鐵渣、鑄造生鐵渣、錳鐵礦渣等。中國和蘇聯等國一些地區使用鈦磁鐵礦煉鐵,排出釩鈦高爐渣。依礦石品位不同,每煉1噸鐵排出0.3~1噸渣,礦石品位越低,排渣量越大。中國目前每年約排放2000多萬噸。礦渣棄置不用會佔用土地,浪費資源,污染環境。

  1589年德國即開始利用高爐渣。20世紀中期以後,高爐渣綜合利用迅速發展。目前美國、英國、加拿大、法國、德意志聯邦共和和國、瑞典、比利時等許多國傢都已做到當年排渣,當年用完,全部實現瞭資源化。日本1980年利用率為85%,蘇聯1979年利用率在70%以上,中國1981年利用率為83%。

  成分 高爐渣含有鈣、矽、鋁、鎂、錳、鐵等的氧化物,各種成分的含量見表1。高爐渣主要的礦物相為:黃長石、矽酸二鈣、假矽灰石、輝石以及少量硫化物等。錳鐵渣的礦物相還有方錳礦等。釩鈦渣的礦物相為鈦輝石、鈣鈦礦、巴依石、安諾石、尖晶石,以及少量的硫化物等。

高爐渣的化學成分(%)

  處理和利用 高爐溶渣可采用各種工藝加工成下列各種材料。

  氣冷渣 又名熱潑渣、重礦渣。在高爐前從地坪至爐臺高度砌築隔墻,構成潑渣坑,熔渣出爐後經過渣溝流入坑內,鋪展成厚約15厘米的薄層,噴水冷卻,凝固後掘出,經破碎、篩分,制成碎石和渣砂以代替天然砂石,作為混凝土、鋼筋混凝土以及500號以下預應力鋼筋混凝土骨料, 工作溫度700℃以下的耐熱混疑土骨料,要求耐磨、防滑的高速公路、賽車場、飛機跑道等的鋪築材料,鐵路道碴,填坑造地和地基墊層填料,污水處理介質等。這種礦渣碎石被稱為“全能工程骨料”。

  粒化渣 又名水淬渣、水渣。熔渣用大量水淬冷後,可制成以玻璃體為主的細粒水渣。它具有潛在的水硬膠凝性能,在水泥熟料、石灰、石膏等激發劑的作用下,就可顯示出這種性能,所以是優質水泥原料。中國每年有80%以上的高爐熔渣制成粒化渣,作為水泥混合材料。全國生產的水泥有70%左右摻用瞭不同數量的粒化渣。中國國傢標準GB175-77規定摻15%粒化渣,生產普通矽酸鹽水泥;GB1344-77規定摻20~70%粒化渣,生產礦渣矽酸鹽水泥。摻用粒化渣可節約能源20~40%,降低成本10~30%。通行的水淬工藝是利用壓力為1.5~2.5千克力/厘米2,用量為渣量5~10倍的水,在爐前沖淬。近年來發展瞭攪拌罐法、底濾池法、集氣泵法等循環用水的新工藝,同時解決瞭生產過程中排放的硫化氫等污染問題,但建設投資較高。粒化渣還可作保溫材料,混凝土和道路工程的細骨料,土壤改良材料等等。

  膨脹礦渣 每噸熔渣用水1噸左右處理,可膨脹成多孔體,經過破碎、篩分後成為膨脹礦渣,可作混凝土的輕骨料(容重400~1200 公斤/米3)。生產膨脹礦渣有池式法、噴霧塹坑法、離心機法、流槽法、翻轉流槽法等工藝。許多國傢都生產膨脹礦渣。

  膨珠 又名渣球。1953年加拿大研究成生產膨珠的工藝。生產過程是在爐前安裝直徑1米,長2米,每分鐘轉速約300轉的滾筒,將熔渣分散拋出20米左右。熔渣在滾筒離心力的作用以及水和空氣的急速冷卻作用下,形成內含微孔、表面光滑、大小不等的顆粒(粒徑10毫米以下),即膨珠,容重為1噸/米3左右。膨珠是優質的混凝土輕骨料,比用膨脹礦渣可節省水泥20%;還可作水泥混合材料、道路材料、保溫材料、濕碾或濕磨礦渣以及穩定地基、改良土壤的材料等。膨珠粒度比熱潑渣、膨脹礦渣小,一般無須再次破碎加工。膨珠生產具有設備簡單、冷卻迅速、場地周轉快、操作方便等優點。制膨珠用水較制水淬渣節省,排放的蒸汽和硫化氫數量少,對環境污染較輕,而且無須進行廢水處理。因此,中國、美國、加拿大、法國、英國等國在新建或改建高爐時都註意增加這種工藝設備。

  礦渣棉 用壓縮空氣或高壓蒸汽噴吹纖細的熔渣流,可制取礦渣棉,用作保溫、吸音、防火材料等。直接噴吹高爐熔渣,工藝簡單,投資較少,但渣棉質量難以保證。以礦渣為主要原料,加入矽石、玄武巖、安山巖,有時還可加入石灰等調劑成分,再熔化後吹制,可得到優質礦渣棉。許多國傢都在生產礦渣棉。

  此外,高爐渣還可作為鑄石、微晶玻璃、肥料、搪瓷、陶瓷等的原料。幾個國傢高爐渣排量和處理方法見表2。

表2 幾個國傢1974年高爐渣排量和處理方法