钢渣中非稳定性物质微观结构和性能的研究现状与展望

钢渣中f-CaO、f-MgO和RO相等非稳定性物质是影响其安定性的主要物质,限制了钢渣大规模资源化利用。直接法研究表明：在中、高碱度钢渣中存在大量的大尺寸球形呈聚集分布的f-CaO,降低碱度和气淬、热焖等处理方式可降低f-CaO含量和颗粒尺寸;化学合成CaO法研究表明,Fe和Mn离子掺杂会使f-CaO致密度升高,晶粒尺寸减小,其中Mn²⁺对晶粒尺寸减小作用更强。进一步论述了钢渣中f-CaO水化特性、钢渣体积膨胀率,以及f-CaO水化膨胀的相应数学模型和钢渣集料体积膨胀演化模型,压蒸粉化率与单粒径钢渣膨胀力的相互关系等进展。之后,综述了钢渣中f-MgO和RO相微观结构和水化特性,结果表明：钢渣碱度增加可促进方镁石形成,有利于MnO固溶到MgO-FeO固溶体;RO相水化活性与碱度、KM=nMgO/n(FeO+MnO)直接相关,钢渣中RO相并非稳定,当KM≥1时可能造成稳定性破坏。最后,指出了今后的研究方向：在不同钢渣碱度、处理工艺、陈化时间、水化程度等因素下,非稳定性物质在钢渣中水化反应速度、离子传输过程、显微结构层面力的传导机制;钢渣中活性矿物水化产物离子对非稳定性物质水化过程影响及其与钢渣膨胀特性、长期稳定性的关系;钢渣稳定性的判定标准、评价方法与其长期稳定性的关系。     

钢渣比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料安定性的影响

钢渣中含有C_3S、C_2S胶凝活性物质,因此经粉磨后,具有用作胶凝物质掺合料的潜质。但是钢渣的安定性差是制约其利用的最重要限制因素之一。本文分别采用沸煮和压蒸方法研究钢渣的比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆安定性的影响;用灰色关联度分析法研究钢渣掺量与比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆安定性的影响程度;通过SEM分析钢渣不同比表面积时,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆的微观形貌。研究结果表明,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆可以通过提高钢渣的比表面积改善其安定性。钢渣掺量10%时,相较于钢渣比表面积454.99 m~2/kg的钢渣-水泥复合胶凝材料净浆,钢渣比表面积为598.43 m~2·kg的钢渣-水泥复合胶凝材料净浆沸煮膨胀率降低了72.14%,压蒸膨胀率降低了51.40%。灰色关联分析得出与比表面积相比,钢渣掺量对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆膨胀率的影响更大。限制钢渣的掺量仍是预防钢渣-水泥复合胶凝材料体积膨胀的主要方法。SEM微观结构分析表明,随着钢渣比表面积的增加,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆逐渐趋于致密,此结论与膨胀率评价结果一致。     

重质碳酸钙干法改性及其在环氧树脂中的应用

以咸丰县重质CaCO₃为原料，利用硬脂酸和钛酸酯偶联剂复合改性剂进行干法改性，采用正交试验优化改性工艺条件。结果表明，当硬脂酸用量为重质CaCO₃质量1.25%，改性时间为15 min，钛酸酯偶联剂的用量为重质CaCO₃质量0.75%，改性时间为12 min时，改性重质CaCO₃的吸油值最低，为0.132 2 g/g。利用热重(TG)分析、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对改性重质CaCO₃进行表征，结果表明，复合改性剂未改变重质CaCO₃的晶格结构，成功弥补了重质CaCO₃的表面缺陷，使重质碳酸钙表面光滑。将重质碳酸钙作为填料与环氧树脂复合，重质碳酸钙可以增强复合材料的拉伸强度，复合改性剂处理后的重质碳酸钙复合材料的拉伸强度可达4.79 MPa。     

磷石膏矿化CO2制备高纯碳酸钙及产物调控

针对CO₂减排与磷石膏资源化利用的巨大压力,基于CO₂矿化与磷石膏利用过程耦合的学术思想,以磷石膏为原料,研究氯化铵体系中氨水强化磷石膏浸出液制备高纯CaCO₃的反应过程。试验过程中系统讨论了不同工艺条件对磷石膏中二水硫酸钙浸出的影响;并就钙离子浸出液在不同条件下所得碳酸化产物的晶型与形貌进行了系统表征。结果表明:在优化的工艺条件下磷石膏中二水硫酸钙的浸出量为0.945×10-2 g/mL;所得碳酸化产物为球形球霰石,纯度99.80%,白度99.2%,碳酸化产物的基本性能满足普通工业沉淀碳酸钙标准（HG/T 2226—2010）中的指标要求;在碳酸化过程中通过工艺条件的调控成功实现球霰石和方解石与球霰石混合晶相的可控制备;通过化学分析揭示了磷石膏制备高纯碳酸钙的反应过程。该研究为磷石膏的资源化利用与高纯碳酸钙的制备提供了新的思路。      

高砷低品位金矿的提金实验研究

研究了高砷低品位金矿采用焙烧预处理进行氰化提金的工艺。以CaCO₃作为焙烧固定剂, Pb(NO₃)₂作为助浸剂, 最佳实验条件为: 磨矿粒度为-0.074 mm粒级占90%, 焙烧时间4 h, CaCO₃用量为矿量的2%, 焙烧温度650 ℃; 助浸剂Pb(NO₃)₂用量200 g/t, 预处理4 h, NaCN用量1.2 kg/t, 浸出时间22 h, 浸出温度20 ℃, pH=11, 液固比2.5, 搅拌速度900 r/min, 此条件下金的浸出率达到80.67%。     

高磷鲕状赤铁矿CaCO3脱磷中焙烧温度及褐煤用量的影响

为揭示褐煤用量和焙烧温度对CaCO₃作用效果的影响机制,以褐煤为还原剂、CaCO₃为脱磷剂对国外某高磷鲕状赤铁矿进行了直接还原焙烧试验。热力学计算、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM-EDS)分析表明,CaCO₃的作用效果是其分解的CaO和CO2共同作用的效果总和。CaO的主要作用是促进铁矿物中的磷生成磷灰石并抑制磷灰石的还原,减少铁橄榄石和铁尖晶石的生成;CO2可促进煤的气化反应,加快铁氧化物的还原。而褐煤用量和焙烧温度会影响CaO的反应程度,进而影响CaCO₃的作用效果。由于低褐煤用量和高焙烧温度时焙烧过程的熔融程度高,可促进CaO的固相反应,因此CaCO₃的作用效果好。试验研究发现,在CaCO₃用量28%、褐煤用量20%、焙烧温度1 200℃时,得到的直接还原铁产品的脱磷率高达92%。     

湿磨时间对钢渣泥碳化固结特性的影响机理研究

磁选回收铁是钢渣利用的有效方法之一,但由此产生的钢渣泥水化活性低,目前尚无有效利用手段。加速碳酸化养护技术对提高钢渣产品的早期强度和体积稳定性有积极作用,通过碳化养护方法研究了不同湿磨时间下钢渣泥碳化块体材料的抗压强度和碳酸化程度,并利用XRD和热重-差热分析阐明强度增强机制。结果表明：① 钢渣泥具有碳化固结特性,其中湿磨60 min钢渣泥碳化固结特性最好,钢渣湿磨有最优的时间,过长时间粉磨不利于碳酸化固结。② 钢渣泥强度与碳酸化程度成正比,在压制成型与碳化养护过程中,水化反应作用微乎其微,碳化产物的生成带来强度的提升。③ 钢渣在湿磨成为钢渣泥的过程中发生了水化反应,且部分水化产物容易与空气中的CO₂发生碳酸化反应,生成碳化产物。碳化养护可以使碳酸化反应进行得更为彻底,且碳化产物晶型更为稳定。研究成果为钢渣泥的综合利用提供参考。     

掺无机纤维钢渣胶凝材料的理化特性分析

本文研究了玻纤和矿纤分别掺入钢渣、水泥复合胶凝材料时对胶砂强度和膨胀性的影响。结果表明随着钢渣掺量的提高,各龄期胶砂强度下降;随着纤维掺量的提高,胶砂试件各龄期强度下降,相比纤维掺量为0时,玻纤掺量为0.1%、0.5%时,28 d抗压强度分别提高2.36%、降低10.6%,矿纤掺量为0.1%、0.5%时,28 d抗压强度分别提高7.4%、降低17.2%。沸煮和压蒸试验结果表明,钢渣与水泥配比相同时,玻纤掺量高的试件其压蒸膨胀率低;掺入质量分数0.3%的6 mm玻纤时,试件压蒸膨胀率比纤维掺量为0时降低18.87%;掺入混合玻纤的试件其压蒸膨胀率较单掺时低。SEM显示,随着水化的进行,纤维表面生长C-S-H凝胶以及Ca(OH)2晶体,纤维与基体的粘结程度提高,矿纤与基体的表面粘结程度较玻纤高。     

某高磷鲕状铁矿石气基直接还原-磁选提铁降磷研究

以国外某高磷鲕状铁矿石为原料, 研究了气基直接还原-磁选生产粉末还原铁工艺。考察了CaCO₃用量、还原温度、还原气体组成、还原气体总流量以及还原时间对提铁降磷的影响。结果表明, 该矿石通过气基直接还原提铁降磷是可行的, 在CaCO₃用量25%、还原温度1 200 ℃、还原时间90 min、H₂与CO流量比3∶1、还原气体总流量5 L/min条件下, 可获得铁品位、铁回收率以及磷含量分别为93.24%、92.83%以及0.085%的粉状还原铁。     

萤石浮选的新药剂和新工艺

以两性捕收剂6RO-12 为捕收剂、具有R-PO₃ 结构的药剂TXD为抑制剂, 采用具有特色的浮选工艺流程, 浮选萤石纯矿物和天然萤石矿石。结果表明, 对于含CaF₂ 30.25%, CaCO₃ 2.12 %, SiO₂ 36.20 %, Fe₂O₃ 10.18%的原矿, 可获得含CaF₂ 97.35%, SiO₂ 1.58%, Ca-CO₃ 0.43%的萤石精矿CaF₂ 回收率为68.60 %。     

微纳米臭氧对硫酸锌生产工艺中Fe2+、Mn2+去除

硫酸锌生产过程中,铁锰的存在会对硫酸锌生产结晶工艺造成不利影响,降低MgSO₄·7H₂O的产品纯度。传统化学处理方法成本较高且易引入新的杂质离子,为获得高质量硫酸锌,开发新的铁锰去除工艺十分重要。本实验采用微纳米气泡和臭氧氧化相结合技术,探究了不同气源、温度、CaCO₃投加方式与投加量等条件因素对Fe2+、Mn2+氧化效果的影响,分析该技术在实际生产应用中的可行性。实验结果表明:以臭氧为气源,铁锰去除率达99.5 %,远大于以空气和氧气为气源;温度升高会影响微纳米气泡稳定性与臭氧溶解度,不利于Fe2+、Mn2+的氧化,最高温度18℃时,Mn2+的处理时长相对24℃时缩短了12.5%;CaCO₃的投加较大幅度提高了微纳米臭氧除铁锰效率,每15 min以0.44 g/L相对用量投加CaCO₃时,CaCO₃有效投加总量为17.6 g,铁锰完全去除耗时约50 min,相对于不投加CaCO₃时处理时长缩短了33%。间歇式投加效果优于一次性投加,消耗的CaCO₃量更少。      

以可溶性磷酸盐为控制剂制备碳酸钙晶须

采用气液碳化法,以可溶性磷酸盐为控制剂,在普通重力场中一步法制备出结晶程度良好、文石相含量高的碳酸钙晶须。研究了可溶性磷酸盐添加量、碳化反应温度、CO₂充气速度、料浆Ca(OH)₂初始质量分数对产品的影响,分析了制备过程中不同阶段产物的XRD图谱,结果表明：作为文石相碳酸钙晶须结晶中心的是Ca₅(PO₄)₃(OH)而非Ca(HPO₄)·2H₂O或Ca₃(PO₄₎₂,适宜碳酸钙晶须生长的条件为n(Ca/P)=1: 0.25、碳化反应温度75 ℃,CO₂通气速度16.2~ 32.4 L/(h·kg)、Ca(OH)₂初始质量分数1.5%~5.6 %。     

纤维掺量对钢渣薄板碳化固结特性的影响研究

钢铁行业CO2排放量大,钢渣等冶金固废资源化利用困难。钢渣碳化材料安定性和耐久性良好,但抗拉强度低、易开裂,限制了其在建筑领域的应用。本文采用钢渣为碳化原料、聚丙烯纤维为增强材料、碳化养护为手段开发制备纤维增强钢渣碳化材料。以钢渣碳化材料抗压强度、抗折强度和碳酸化程度为判断依据,结合热重、压汞法等微观分析方法,研究聚丙烯纤维掺量对钢渣碳化材料力学性能、碳化固结性能的影响规律。研究发现聚丙烯纤维的加入会降低钢渣碳化材料的抗压强度,但适量的纤维掺入对于提高钢渣碳化材料抗折强度是有利的,随着纤维掺量的增加,钢渣碳化材料抗折强度呈现出先不变,后增加,再减小的变化趋势,在纤维掺量为7 kg/m3时达到最大值。此外,聚丙烯纤维的加入会促进钢渣的水化反应,降低钢渣的碳化反应,提高钢渣碳化材料的密度,降低钢渣碳化材料的孔隙率,但会提高碳化反应生成的碳酸钙的热稳定性。本文的研究结果对其它高钙镁含量材料制备碳化纤维薄板提供参考。     

由低品位菱镁矿制备高纯碳酸镁的研究

以低品位菱镁矿为原料, 经轻烧、消化, 在不同条件下进行碳酸化, 将消化料浆转化为碳酸氢镁进入液相而制得重镁水, 采用活性炭为吸附剂脱除钙、铁等杂质, 并研究了不同添加剂对重镁水热解产物形貌的影响。研究表明, 随着碳酸化温度升高, 氧化镁的收得率降低; 随着碳酸化时间的延长, 氧化镁的收得率增加; 随CO₂气体流量的增大, 氧化镁的收得率稍有增加, 但增加幅度很小。XRD分析表明重镁水热解产物的主要成分是3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O 和MgCO₃·3H₂O。经过提纯处理后, 热解产物纯度很高, CaO含量小于0.04%, TFe含量小于0.02%。SEM分析表明, 无添加剂时, 热解产物为片状; 加入酸性添加剂磷酸二氢钾时, 热解产物为花瓣状; 加入碱性添加剂碳酸铵时, 热解产物为球状; 加入可溶性镁盐时, 热解产物为晶须状。     

CaCO3/硅灰石复合材料制备及其疏水性能研究

以天然硅灰石为原料,采用一步碳化法制得CaCO₃/硅灰石（W@C）复合材料,并对其表面进行有机改性。采用BET、XRD、SEM、FT-IR和TG-DSC等表征复合材料的比表面积以及改性前后产物的物相组成、形貌、基团和热稳定性。结果表明:当CaO添加量为25%、碳化温度为15℃、CO₂流速为0.08 m3/h、聚乙二醇用量为4.37 g/L时,可制得比表面积为15.28 m2/g的W@C复合材料,其比表面积比天然硅灰石提高了500%。W@C复合材料未改性时,接触角为19.37°,活化指数为0;采用1.5%硬脂酸钠改性W@C复合材料,接触角和活化指数分别增大至118.02°,99.9%,疏水性能显著提高。硬脂酸钠通过物理吸附包覆在W@C复合材料表面。      

钢渣碳化技术研究进展

钢渣是炼钢过程中排出的废渣,CO₂则是导致温室效应的主要气体。从钢渣制备碳化制品的角度,分析了钢渣的组成及特点,并从碳化技术的反应机理及反应影响因素方面分别进行了讨论。钢渣组成中的C₂S、C₃S和CaO可以有效固定CO₂,将CO₂固定储存于钢渣中制备碳化制品,有助于实现二次资源的有效利用。基于目前钢渣碳化技术的研究现状,提出其发展前景和有待深入研究的方向。