目前我國(guó)鋼渣產(chǎn)量接近1億噸,但利用率較低,大量鋼渣被棄置堆積,不僅污染環(huán)境、占用土地,更是對(duì)資源的巨大浪費(fèi)。建材化利用是鋼渣消納的最主要途徑之一,但鋼渣組成中含有大量游離CaO(f-CaO)造成建材安定性惡化是目前亟待解決的共性難題。本文通過不同改性方式(氧化改性劑、還原改性劑、氣體改性劑)對(duì)熱態(tài)鋼渣進(jìn)行高溫改性,并研究了改性鋼渣的應(yīng)用性能如安定性能和膠凝性能,對(duì)比分析不同改性技術(shù)對(duì)改性鋼渣組成及性能的影響規(guī)律。在對(duì)鋼渣進(jìn)行化學(xué)成分和礦物組成分析的基礎(chǔ)上,首先采用冶金熱力學(xué)系統(tǒng)分析了鋼渣改性高溫反應(yīng)熱力學(xué)過程和反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明：在鋼渣出渣溫度條件下：(1)以Si02等氧化物作為改性劑,改性劑與f-CaO反應(yīng)均可以生成膠凝相硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)和鋁酸三鈣(C3A),實(shí)現(xiàn)鋼渣的改性；(2)加入焦炭作為改性劑,碳可使高價(jià)態(tài)含鐵氧化物還原至低價(jià)態(tài)氧化物,有利于提高鋼渣金屬鐵的回收率；(3)采用通入不同氣體(02、CO2、水蒸氣等)改性鋼渣,熱力學(xué)分析表明,采用C02、水蒸氣條件有助于降低鋼渣的f-CaO含量,但對(duì)含鐵氧化物會(huì)造成不同程度的氧化�；跓崃W(xué)分析結(jié)果,結(jié)合CaO-SiO2-Al2O3體系中鋼渣與膠凝相C3S、C2S和C3A的組成分布,設(shè)計(jì)以Si02、工業(yè)固廢如礦渣、粉煤灰、煤矸石等作為改性劑,研究氧化物加入對(duì)鋼渣的改性效果,并對(duì)改性鋼渣開展了粘度和飽和磁化強(qiáng)度測(cè)定。結(jié)果表明：改性后鋼渣組成中的f-CaO含量顯著降低,Si02和工業(yè)固廢改性劑的加入均有利于提高鋼渣中膠凝相如C3S, C2S、C3A等的含量,降低非膠凝相RO相(Mg1-xFexO)的含量,提高Fe3O4的含量,且上述變化隨著改性劑添加量的增大而顯著；礦渣添加量可以達(dá)到30%,而粉煤灰、煤矸石中由于含有較高含量的Al2O3組成,當(dāng)配加量較高時(shí)(粉煤灰、煤矸石添加量20%)鋼渣中出現(xiàn)了大量的鈣黃長(zhǎng)石(C3AM3S7)相,因此其添加比例不應(yīng)超過15%。對(duì)添加SiO2、粉煤灰的改性鋼渣進(jìn)行粘度和飽和磁化強(qiáng)度測(cè)定,結(jié)果表明改性劑添加量越高,鋼渣粘度越低,流動(dòng)性越大,改性效果更好,其飽和磁化強(qiáng)度明顯高于原鋼渣,因此有利于改性鋼渣的后續(xù)磁選分離提鐵。以焦炭和焦炭-氧化物(SiO2、高鋁礬土)復(fù)合作為鋼渣還原改性劑配入鋼渣,結(jié)果表明單獨(dú)配入焦炭改性后可實(shí)現(xiàn)鋼渣中含鐵氧化物還原,但顯著增加了f-CaO含量,改性效果較差；采用焦炭-SiO2改性鋼渣的方式,可使改性鋼渣的C3S、C2S的含量增加,RO相含量顯著降低,Fe203和FeO組成的含量大幅降低,配入比例為8.6%的Si02時(shí)改性鋼渣的f-CaO含量均滿足莖3%的要求,金屬化率較好；采用焦炭-高鋁礬士改性鋼渣的方式,可使鋼渣中的C3S、C2S的含量增加,同時(shí)出現(xiàn)C3A, RO相的含量顯著降低,Fe203和FeO組成的含量大幅降低,當(dāng)高鋁礬土的加入量高于4.6%時(shí),鋼渣中的f-CaO含量均滿足≤3%的要求。綜合比較,配入4.6%焦炭+4.6%高鋁礬土復(fù)合添加的改性鋼渣綜合效果最好,f-CaO含量為2.74%,金屬化率為85%。以不同氣體(空氣、空氣+水蒸氣、CO2、CO2+水蒸氣)作為氣體改性劑通入高溫?zé)釕B(tài)鋼渣,結(jié)果表明：不同氣體通入對(duì)熱態(tài)鋼渣的化學(xué)組成影響較小,但對(duì)物相組成的影響較大。熱力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好一致性,可以有效用于熱態(tài)鋼渣改性。單獨(dú)通入空氣條件下低價(jià)含鐵氧化物將向高價(jià)含鐵氧化物轉(zhuǎn)化,單獨(dú)通入CO2則改變較小,采用空氣+水蒸氣與CO2+水蒸氣復(fù)合通入后改性鋼渣的f-CaO顯著降低；鋼渣中含鐵相的氧化程度由大到小分別是空氣空氣+水蒸氣CO2+水蒸氣CO2；對(duì)鋼渣f-CaO的消解能力由差到好分別是空氣C02空氣+水蒸氣C02+水蒸氣；四種氣體中,采用CO2+水蒸氣復(fù)合氣氛對(duì)鋼渣f-CaO的消解(f-CaO含量為0.85%)和避免渣中Fe相氧化(MFe含量為0.14%)的綜合效果最好,熱力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,可以有效用于熱態(tài)鋼渣改性。在分析不同改性技術(shù)對(duì)鋼渣組成影響的基礎(chǔ)上,進(jìn)而研究了不同改性方式對(duì)改性鋼渣安定性能和膠凝性能的影響,結(jié)果表明：安定性能的提高和鋼渣的f-CaO含量降低緊密相關(guān),三種改性方式改性后的鋼渣安定性良好,膨脹量均≤5.00 mm,均可以滿足安定性要求；采用固體氧化物添加和焦炭-氧化物還原改性可以提高鋼渣的膠凝性能,膠凝性能活化指數(shù)均在二級(jí)以上；在氣體改性中采用CO2+水蒸氣復(fù)合氣體改性后的鋼渣膠凝材料具有較好的膠凝性能。綜合考慮熱態(tài)鋼渣改性劑添加方式和改性渣性能,以及熱態(tài)鋼渣現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出的特點(diǎn),氣體改性技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn),因此進(jìn)一步開展了利用CO2+水蒸氣處置現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的大顆粒鋼渣的改性實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明：改性后的鋼渣組成得到改善,安定性滿足使用要求。因此可成為熱態(tài)鋼渣改性的重要發(fā)展方向,為大批量處理鋼渣提供了一條新思路。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X757;TF534

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 楊南如;堿膠凝材料形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)（Ⅰ）[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1996年02期

2 宮晨琛;余其俊;韋江雄;李建新;鐘根;郭輝;;以電爐還原渣重構(gòu)轉(zhuǎn)爐鋼渣的組成與性能[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年14期

本文編號(hào)：2809758