在发达国家,对于高炉渣的回收利用非常重视,美国于 1915 年所颁布的 ICC条例中,规定禁止将高炉渣作为废弃物随意排放,之后两年,美国成立矿渣学会,高炉渣被列为国家矿产资源,对高炉渣进行专业化、资源化、企业化管理,此时美 国的高炉渣回收利用率位居全球首位。美国于 1920 年到 1950 年,其国内的高炉渣 的排放与利用就已经达到了产排平衡状态,1970 年左右,美国历史上积存的高炉渣 都已用完。84580
在国外,其冶炼使用铁矿石中 TiO2 的含量不高,只有 3%~4%左右。在对含钛 高炉渣水泥性能研究中,日本、前苏联以及西欧等国家和地区做了相当多的实验, 结果表明,当水泥中添加的含钛高炉渣中钛含量在百分之十以下时,对水泥强度的 影响不大,当在其中添加的含钛高炉渣中钛含量在百分之十以上时,即高钛渣,水泥的强度随着高炉渣添加量的增大而下降,因此,日本、德国以及俄罗斯等国允许 在水泥中添加少量含钛高炉渣。在 1979 年,美国修订了 ASTM 标准,准许国内知 名水泥厂商 ISM 和 IS 在水泥生产过程中,分别添加 25%的含钛高炉渣和 70%的含 钛高炉渣。一些国家也高炉渣做为建筑材料,对高炉渣进行破碎、筛分之后,大块 状和小块状的含钛高炉渣分别被用于铺路和混凝土骨料,细砂用于水泥砂浆。
总之,国外冶炼所产生的高炉渣中钛含量比较低,因此其对含钛高炉渣的综合 利用难度不大,发达国家的含钛高炉渣的排放和回收利用差不多已经达到了平衡状 态,也就没有了所谓的源化综合利用问题。在国内,有些地区排放的高炉渣其 TiO2 特别是攀西地区,其高炉冶炼所产生的 高炉渣中含钛量都在 10%以上,有的甚至达到了 25%,其中丰富的钛资源如果不加 以提取回收利用,这是对我国钛这一宝贵资源的严重浪费。冶炼钛磁铁矿产生的含 钛高炉渣是我国特有的一类资源,从上个世纪 60 年代起,我国冶金科研人员就着 手了研究对含钛高炉渣进行综合利用。到目前为止,在含钛高炉渣的源化综合利用 方面取得了一定成果,但是就全国而言,含钛高炉渣总的利用率还是很低,缺乏高 效、合理、能源消耗与环境污染较小的利用方法,含钛高炉渣的综合利用之路任重 而道远。
1 国外含钛高炉渣研究利用现状
Ryszard Benesch[4]等人进行了 CaO-MgO-SiO2-Al2O3-TiO2 五元渣系原料的还原 实验,分别在 1623K、1673K 和 1723K 温度下,用过量的碳将难溶性的钛氧化物还 原成金属,还原处理时间为 6 小时。该实验数据确立了一系列的相关的热力学参数, 其中包含将四价钛离子还原成金属钛的自由焓、反应活化能、熵变以及反应平衡常数等。论文网
Morizane Y[3]等人在 1723K 下对 CaO-SiO2-11%MgO-Al2O3-TiO2 矿渣的饱和碳 离子和一氧化碳原子之间的平衡的研究,测定出炉渣中 TiO1。5 和 TiO2 的活性。这些 热力学参数对于预测高炉中钛的碳氮化物的形成起到了作用,他们可以通过测定钛 元素在碳饱和铁中与碳化钛的平衡溶解度[4]。因此来计算出 TiOx 的活度,检测了 Ti 在饱和的 Fe-C-Ti 中的活度系数。在 1773K 时,在铁液中,固体钛的溶解度与活 性系数分别为 1%与 0。0013%,在矿渣中,钛的活性系数和溶解度为 0。023 和 1。3%。 在已研究的浓度范围内,钛的活性系数受钛氧化物含量的影响不大。通过测定,该 渣的成分为 CaO 含量 35%-50%,SiO2 含量为 25%-45%,Al2O3 的含量为 7%-22%而 MgO 含量为 10%。他们通过已知的热力学参数,对钛的碳氮化物的形成条件成功 的进行了预测。并且他们通过设备检测得出 TiO1。5 和 TiO2 的活度系数,从而计算出 Ti 在碳饱和的铁液中与高炉渣中的平衡分布。结果表明:(%Ti)/(%TiO2)的数值在 0。1 到 0。2 之间变动。