国内外粒化高炉矿渣粉标准及产业发展概况

国内外粒化高炉矿渣粉标准及产业发展概况近年来我国矿渣粉行业产能过剩严重，产品竞争激烈。

国内有些矿渣粉企业为求发展，在深挖国内市场的同时，将眼光聚焦海外。

高炉矿渣经不同处理方法形成的几种产物，在世界各国的矿渣市场上分别占有不同的比例。

只有掌握当地标准并了解当地的市场行情，才能切实保证企业和用户的利益。

本文通过对磨细粒化矿渣粉生产及应用较为活跃的国家和地区的标准、产业发展情况调研，对比中国国标和其他国家标准的异同，研究矿粉走出国门的标准，集中讨论磨细粒化高炉矿渣粉作为混凝土掺合料标准和各国产业发展情况（对钢渣、矿渣骨料等其他产品不做讨论），旨在为国家标准和行业标准与国际标准对接提供技术依据，为准备进军海外市场的厂家提供研究方向和参考依据。

一、总体概念、分类、产出流程及发展当今世界主流的炼钢方法主要分成两种：一种是高炉、转炉（BOF）炼钢法，另一种是电弧炉（EAF）炼钢法（如图1所示）。

目前在世界范围内，高炉、转炉法生产的生钢产量约占总产量的71%，电弧炉炼钢法的产量占29%[1]。

高炉矿渣是高炉炼铁时所排出的一种废渣。

高炉矿渣的处理方法根据冷却方式不同，主要分为水淬渣、气冷渣和造粒渣三种产品。

水淬渣指的是高炉渣经冷水急速冷却形成的5毫米以下粒径的高炉水淬渣颗粒，以高炉水淬渣为主要原料，经干燥、粉磨处理而制成的粉末材料，即为磨细高炉矿渣粉。

高炉矿渣粉中玻璃质占80%~90%，具有潜在水硬性，用于混凝土中可增加混凝土强度、提高耐久性，多应用于水泥厂作为混合材料以及混凝土搅拌站作为掺合料。

气冷渣指的是高炉渣在空气中慢慢冷却后，经破碎、筛分等处理而形成的块状颗粒，一般用于公路建设或混凝土中取代部分天然砂石。

造粒渣是指高炉渣在空气中快速冷却后，经造粒处理形成的20毫米以下粒径的颗粒，较细的颗粒经破碎、粉磨等处理后可作为水泥混合材料，较粗的经破碎、筛分等处理后，作为轻骨料应用于混凝土中。

以上高炉矿渣经不同处理方法形成的几种产物，在各个国家的矿渣市场上分别占有不同的比例。

从高炉矿渣的产出流程可以看出，高炉矿渣的产量与高炉炼铁的生铁产量存在直接联系，一般认为每生产一吨生铁，产出的高炉矿渣为0.25~0.35吨。

因而，世界范围内的矿渣资源和市场分布与高炉生铁的产业分布息息相关。

图2为世界各大洲采用高炉法的生铁产量图[2]，从图2可以看出，高炉生铁产业在世界各地区的发展不平衡，产量从高到低分别是亚洲、欧盟、独联体、北美洲、南美洲等。

其中，2017年生铁年产量排名前十的国家和地区分别为中国、日本、印度、俄罗斯、韩国、德国、巴西、美国、乌克兰和台湾地区。

2017年亚洲生铁产量占全世界的78.1%，生铁年产量排名前十的国家和地区中有五个是亚洲国家。

由此可估计，亚洲地区高炉矿渣的产量和应用在全世界范围内也是第一位的。

矿渣在建筑工程领域应用始于2000多年前的罗马帝国时期[3]，生产生铁过程中产生的矿渣经破碎后，用于道路垫层。

1813年，第一条利用矿渣做路基材料的现代公路建成于英国。

1880年，矿渣浇筑的砌块用于欧洲和美国的路面上。

早期矿粉的最大用途是破碎之后的矿渣石用于火车轨道的路基。

随着世界生铁产量的攀升，矿渣数量也日益增多，寻找矿渣更多的应用途径成为必须。

1862年，德国商人Emil Langen发现了磨细高炉矿渣粉的潜在水硬性。

从此，矿渣被广泛应用于水泥混合材料[4]。

1909年，德国发布了第一个关于磨细高炉矿渣粉用于水泥生产的标准[5]。

目前，磨细高炉矿渣粉主要应用于水泥厂作为混合材料以及混凝土搅拌站作为掺合料。

但是由于生产技术、产业发展和标准制定等方面的情况不同，各国在磨细高炉矿渣粉应用的现状也不同。

有些国家的磨细高炉矿渣粉绝大部分应用于水泥混合材，比如日本和巴西；有些国家绝大部分用于混凝土掺合料，比如美国；有些国家和地区则两者兼有，比如中国和欧盟等。

从国际矿渣粉行业发展趋势来看，一方面是在某些地区矿渣粉的应用出现了明显的上升趋势，越来越多的国家开始重视矿渣粉的功能性和环保效益，如中东、东南亚地区；另一方面由于受到经济发展水平、炼钢工艺的技术升级、标准制定的局限和产业发展水平等方面的影响，矿渣粉在某些地区出现供不应求的局面，如欧洲、日本、台湾和美国等国家和地区[6]。

中国是生铁、水泥和矿渣粉生产大国，在“一带一路”经济的大背景下，中国企业积极“走出去”进行产业转移，协同、合理开拓海外市场对中国的矿渣粉企业是个不错的选择。

二、亚洲概况1. 中国我国是钢铁大国，矿渣资源丰富。

根据矿渣粉的国家标准要求及产品性能特点，我国的磨细高炉矿渣粉主要应用于水泥厂作为混合材料以及混凝土搅拌站作为掺合料。

此外，还有部分矿渣粉实现了出口。

（1）国标国标GB/T 18046《用于水泥和混凝土中的高炉矿渣粉》的制订经历了三个阶段，第一版发布于2000年，第二版发布于2008年。

随着生产力和矿粉应用的发展，2017年的最新版再次对各项指标进行了调整[7]，并将确保矿粉产品质量、杜绝乱掺违规材料作为修订标准的主要目标。

表1中给出了国标GB/T 18046三个版本的指标要求。

国标采用了国际上较为普遍的形式，根据活性指数和比表面积的大小进行分级，并对有害化学物质含量如三氧化硫、氯离子等进行了限定。

与较早版本相比，最新版的国标加入了初凝时间比、不溶物含量、玻璃体含量，并新加入了放射性的规定。

S95型号矿渣粉的7天活性根据产业实际情况，适当放宽了要求，从75%降到70%。

表2中列出了国标GB/T 18046-2018中对比水泥的指标要求。

（2）产业发展概况我国矿渣粉的应用研究工作始于上世纪90年代，经过20多年的发展，矿渣粉的应用在我国十分普遍，广泛应用于水泥产业、预拌混凝土以及预制混凝土产业。

表3列出了较有代表性的几种矿渣的典型组成[8]。

从表3可以看出，各地矿渣组成成分差异较大，其中氧化硅含量在27.90%～33.54%；氧化铝含量在12.52%～17.30%，与其他国家比相对较高；另外三氧化硫的含量较高，如首钢矿渣2.51%、唐钢矿渣2.77%。

从图2可以看出，2008年我国的高炉生铁产量已经达到世界总产量的一半以上。

2009年世界各国在经济危机影响下产能下降，中国高炉生铁产量占比跃居至60.9%，之后经过几年的调整稳定在60%左右。

由于生铁产量直接决定矿渣粉产量，从生铁产量可以推算出，中国矿渣粉的产量在十年的时间里基本呈增长趋势。

图3（a）、图3（b）和图3（c）分别列出了2011年至2016年中国矿渣粉、生铁和水泥的产量[9]，从中可以看出由于受到新常态、去产能等大经济环境的影响，近年来的矿渣粉产量存在波动，2011年中国矿渣粉的产量首次超过1亿吨，2013年产量达到1.26亿吨，2014年产量降为1.18亿吨，首次出现6%的负增长。

2015年矿渣粉产量继续下降至9550万吨，较2014年下降19%。

2016年由于供给侧结构性改革的推进，矿渣粉产量有所回升。

整体来看，中国矿渣粉年产量大体为水泥产量的4%~5%、高炉生铁产量的14%~17%。

在国际上，日本矿渣粉消耗量占水泥销量的30%，欧洲矿渣粉消耗量占水泥销量的25%。

说明中国矿渣粉的再生利用率是比较低的。

图2 世界各地区高炉生铁产量及中国占全球生铁产量百分比图3 2011年至2016年中国矿渣粉、生铁和水泥年产量截至2016年9月，全国已经建成矿渣粉生产线的总产能达到2.1亿吨，但是仅有约50%得到有效利用。

近年来，国内矿渣粉的销售价格也经历了较大波动。

表4列出2012年至2016年矿渣粉的年销售价格范围，从中可以看出，矿渣粉销售价格由2012年的每吨190~220元下降至2016年的每吨135~150元/吨。

随着我国经济新常态的发展，供给侧结构性改革的深入推进，我国经济有望向积极方向转化，形成良好的发展态势。

具体到混凝土相关行业，住房和城乡建设部、工业和信息化部共同力推的高性能混凝土正在日益成为混凝土行业的发展趋势，全国各省区市陆续通过立法发展绿色建筑以及在其他新兴领域的应用，这些都离不开矿渣粉等优质矿物掺合料。

中国矿渣粉产业的发展有望向好。

2. 日本在日本，粒化高炉矿粉用途主要是作为水泥混合材料加入矿渣水泥和硅酸盐水泥中，其中矿渣水泥中高炉粒化矿粉的掺量占水泥总量的40%~45%；硅酸盐水泥中掺量5%；作为掺合料掺入混凝土中的矿粉非常少，实际应用主要以水泥混合材料为主。

鉴于矿渣水泥具有优异的强度、抗硫酸盐侵蚀、抗海水侵蚀的能力以及降低碳排放等环保意义，在桥梁、隧道及海岸大坝等工程中，日本地方政府常指定产业界优先使用矿渣水泥[10]。

（1）标准日本应用矿渣和标准化的历史十分悠久。

高炉矿渣硅酸盐水泥的生产始于1910年，并于1926年制定了第一部关于高炉矿渣硅酸盐水泥标准[11]。

从此，日本矿渣协会（NSA）和日本钢铁联盟（JISF）开始制定矿渣在水泥和混凝土中的应用标准，并致力于在相关产业中推广。

日本磨细高炉矿粉作为混凝土掺合料的应用始于1985年，1995年日本制定了国标“JIS A 6206：混凝土用磨细高炉矿粉”。

无论是用于水泥还是混凝土中的粒化高炉矿渣粉，都必须满足该标准要求。

在该标准中，矿粉被分成4000级、6000级和8000级三个级别，并规定相应等级的比表面积和活性指数范围。

由于绝大部分矿粉的应用是矿渣水泥和硅酸盐水泥掺合料，4000级是应用最多的。

近年来出于减少混凝土温度裂缝的需要，对小于4000级比表面积的矿粉需求增加，2013年日本工业标准局对该标准进行了修改，增加3000级。

在日本标准JIS A 6206-2013中，矿粉被分成四个级别，见表5[12]。

与中国国标相比，由于对比表面积的要求较高，日本标准中的4000级相当于中国国标中的S95，日本标准中的6000级相当于中国国标中的S105。

此外，值得注意的是，日本标准对氯离子的含量要求不大于0.02%，较中国国标的标准不大于0.06%的标准更为严格；日本标准要求限制氧化镁的含量不大于10%，而中国国标则没有此项要求。

除此以外，2017年新版中国国标均与日本标准相当或高于日本标准。

（2）矿渣产业以2004年为例，日本矿渣的总产量为3470万吨[13]，其中高炉矿渣占总产量的91%，另外9%为电转炉矿渣。

经营高炉矿渣的企业主要有五家，其中新日本制铁公司（Nippon Steel）生产1260万吨的高炉矿渣，占总量的36%；其次是JFE 钢铁株式会社（JFE Steel）1190万吨，占总量的34%；其他三家钢铁企业，住友金属（Sumitomo Metal Industry）、神户制钢（Kobe Steel）和日新制钢公司（Nisshin Steel）产量总和占总量的21%，其他20多家采用电转炉的钢铁企业的矿渣产量占矿渣总量的9%。