钢渣可用于减少混凝土和水泥行业的碳排放,但随着钢铁行业采取各种措施减少碳足迹,未来可用的钢渣正在逐渐减少。
二氧化碳排放最主要的来源是建筑环境。在建筑行业中,钢铁、混凝土和水泥都是重要参与者,因此,这些行业正在共同或分别采取多种措施,以减少碳排放。其中一个合作项目涉及在水泥和混凝土生产中使用钢渣,经研究证实,这一方法可以在水泥和混凝土生产过程中减少碳排放。
有鉴于此,钢渣,正式术语为高炉矿渣微粉(GGBFS),可用作熟料的替代品。全球水泥和混凝土协会水泥、创新和ESG总监Claude Loréa表示:“GGBFS就是我们所说的熟料替代品。熟料替代品或辅助性凝胶材料(SCM)是一种天然和工业副产品材料,用途广泛,包括替代硅酸盐水泥中的一部分熟料。由于熟料在水泥生产中会产生大量碳排放,降低水泥的熟料含量(也称为熟料系数)亦有利于降低其对环境的不利影响。”
钢渣不是一种新的水泥成分
钢渣在水泥中的应用并不是一件新鲜事。Loréa表示:“钢渣的第一次商业应用可以追溯到150多年前,即1865年,在德国商业化生产一种石灰渣水泥。到1901年,它被用于硅酸盐水泥中,制造出高炉矿渣微粉含量可达30%的铁性硅酸盐水泥,1907年制造出高炉渣水泥,其高炉矿渣微粉含量可达85%。
“从那时起,高炉矿渣微粉一直是水泥生产中重要的辅助性凝胶材料,并具有以下关键优势:可以像熟料一样处理和运输,并且比其他辅助性胶凝材料的替代率更高(例如,在欧洲混凝土标准中,其使用限制很小)。此外,高炉矿渣微粉在世界各地也广泛用于水泥生产。”
Loréa补充道:“高炉矿渣微粉在混凝土制造方面也有许多优势。用高炉矿渣微粉生产的混凝土的水化放热速率较低,可降低开裂的风险,并保持更长时间的强度,从而获得更高的极限强度。此外,高炉矿渣微粉降低了碱-硅反应导致的损坏风险,同时对化学侵蚀环境具有更高的耐腐蚀性。因此,高炉矿渣微粉混凝土在其生命周期内可持续时间更长,所需的维护次数更少,若是将其用作建筑材料,建筑物的经济、社会和环境可持续性将显著提高。”
在水泥或混凝土厂,可以通过添加磨碎的高炉矿渣、粉煤灰、磨碎的石灰石和其他材料生产混凝土,这不仅减少了二氧化碳排放量,并且保持其性能不变或更强。
可用钢渣逐渐减少
然而,由于钢铁行业也在努力减少碳排放,水泥和混凝土行业可用的钢渣量将逐渐减少。Loréa表示,该行业已在寻找替代品。
她说:“不仅是现在,即使在未来,全球合适材料的可用情况也是各有不同,例如,粉煤灰来自燃煤发电站,高炉矿渣微粉来自钢铁行业的高炉,而这些行业也在寻求转型。在未来几十年,将增加使用细磨石灰石,并引入煅烧粘土,以弥补粉煤灰和高炉矿渣微粉供应的减少,并进一步降低熟料粘合剂的比例。煅烧粘土源自粘土矿床,地理分布广泛,且储量丰富,可满足预计的需求。”
全球水泥和混凝土协会的数据表明,目前全球平均熟料粘合剂系数为0.63,预计到2030年和2050年分别降至0.58和0.52。然而,就当前情况而言,钢渣仍是水泥行业减少二氧化碳排放量的重要因素, Loréa指出,尽管它仍需要得到一些水泥买家的认可,而且其供应有限。
她说:“虽然材料的供应可能会限制熟料粘合剂的比例,但在一些发达国家和新兴经济体,客户的接受度仍是目前充分利用这一方法的障碍。由于材料供应不足,以及市场要求各不相同,地区甚至国家之间的差异仍旧无法避免。”