含钒钢渣添加SiO2后的钒富集相与钒富集行为

为含钒钢渣设计富钒相,使钢渣中的钒主要富集于所设计的富钒相中.中国马钢的钢渣和瑞典SSAB的钢渣是本研究使用的样本.尽管炉渣的来源和化学组成各不相同,但是可以发现其矿物组成大致相似,而且无法仅仅通过对炉渣的热处理来实现钒的富集.本文根据钒和炉渣的基本物理化学性质设计了两种适合于作为富钒相的矿物:溶有w(Si)＜3%的3CaO·V2O5和3CaO·P2O5的固溶体以及另外一种w(Si)约10%的由3CaO·2SiO2,3CaO·V2O5和3CaO·P2O5的组成的矿物.通过添加SiO2对炉渣的化学成分进行调整,在炉渣中得到了所设计的富钒相,且炉渣中超过2/3的钒富集于其中.本研究为钢渣中的钒提出了一种新的回收利用途径.     

高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究

钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性. 在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO₂与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量. 本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析. 研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高. 在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO₂(C₂S)、3CaO·SiO₂(C₃S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求. 此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.      

钢渣改性对其易磨性影响的试验研究

主要讨论影响钢渣易磨性的因素,通过向钢渣中加入粉煤灰,对钢渣进行高温调质改性。结果表明磨30 min后的钢渣粒径主要分布在0.177 mm和0.094 mm 2个粒级上,加入9%的粉煤灰后,钢渣的易磨性指数G160+由原来的1.5增加到4.7,得到了显著改善,为钢渣在水泥等行业的大规模利用提供了理论支持。     

改性钢渣/橡胶复合材料导热性能及耐久性研究

利用自制钢渣助磨改性剂处理热闷渣、电炉渣与风淬渣,将改性后的钢渣微粉与炭黑、橡胶基体等复合形成改性钢渣/橡胶复合材料.采用导热系数仪,测定三种改性钢渣/橡胶复合材料热氧老化1、3、5、7、9、11 d的导热系数;根据Young’s与Flory方程计算出三种改性钢渣/橡胶复合材料热氧老化前后的接触角θ与交联密度;采用热重分析仪(TGA)、场发射扫描电镜(SEM)进行热氧老化前后分析.未热氧老化时,在三种改性钢渣/橡胶复合材料中改性电炉钢渣/橡胶复合材料的导热系数最低,为0.187 W·m^-1·K^-1,是因为改性电炉渣粒中位径(d₅₀)最小,即3.49μm,形成更致密的胶裹渣结构,不易形成导热通路,使其导热系数降低.热氧老化时,破坏胶裹渣结构,改性电炉渣/橡胶复合材料形成的孔隙大,分散性最好,降低界面热阻,更易形成导热通路,使其导热系数最高.热氧老化后,橡胶复合材料表面粗糙度变大且存在较长裂纹与较深孔洞,导致橡胶复合材料吸水性增加,接触角下降.由于改性热闷渣的粒径最大,在热作用下氧气更容易进入橡胶复合材料中与橡胶分子链(双键...     

高温改性及风淬处理对钢渣易磨性影响的工业性试验研究

通过工业性试验,采用向高温热态钢渣中掺入5%粉煤灰对钢渣进行改质,并采用风淬工艺处理。结果表明:与原渣相比,改性风淬钢渣中铁酸钙相、硅酸二钙和镁蔷薇辉石的含量升高,金属Fe、RO和自由CaO量降低。研磨试验结果显示:在相同的研磨条件下,改性风淬钢渣微粉表面积比未改性钢渣微粉高22.4%。理论分析表明:改质后并风淬处理,可有效降低难磨矿相Fe和RO的含量,提高钢渣的易磨性。该结果为钢渣微粉化处理提供理论支持和新的技术方向。     

烧结工序中转炉渣的优化利用

钢铁厂产生的矿渣中很大一部分来自氧气顶吹转炉(LD转炉)和吹氧转炉工序.LD工序的主要目的是将熔融的铁水和废钢转化为优质钢.在印度,每年产生的熔融钢渣超过400～450万t.总体看来,生产每吨钢会产生150～200 kg的钢渣,对这些钢渣的处理已经成为了严重的环境问题.金达尔钢公司是年产700万t的联合钢厂,每天产生钢渣3 200 t,其中2 000～2 500 t来自LD转炉.LD转炉渣中含有47.75%的CaO,22.0%的Fe以及8.22%MgO,由于CaO含量很高,LD转炉渣可直接替代烧结工序中的生石灰.目前在实验室范围已进行了一些研究,以确定烧结工序中所允许的LD转炉渣的最大投加量以及转炉渣的投加对烧结产率和性能的影响.实验中,LD转炉渣在烧结矿里的添加量从0依次到60 kg/t.随着添加率的增大,烧结料层温度的降低致使FeO含量降低,而烧结配矿中烧损的降低以及由于避免了石灰石煅烧过程带来的的重量损失,使得烧结产率上升.与此同时,LD转炉渣中缺少自由的CaO,使烧结矿强度及还原粉化指数变差,可参加反应的CaO的减少也导致了铁酸钙相减少,及残存Fe2O3自由相增加.试验结果最终得出:烧结矿中LD转炉渣的投加量为30～35 kg/t时,可获得预期的烧结矿性能.     

活性石灰对造渣速率的影响

由电阻炉在1150~1250℃煅烧石灰石制备试验用活性石灰,并按照ZBQ27002-85标准测定了石灰的活性度,利用熔点熔速仪和高温综合热分析仪测定了石灰与高炉渣混合试样的开始熔化温度、半球点温度、流动性温度和差示扫描量热法（DSC）曲线。结果表明,在1150℃、加热2h时石灰活性度最高为417 mL;当碱度（CaO/SiO₂）一定时,炉渣的开始熔化温度、半球点温度和流动性温度随着碱度的增加而降低;当石灰活性度一定时,炉渣的开始熔化温度、半球点温度和流动性温度随着碱度的增加先减小后增加;石灰活性度提高,生成2CaO·SiO₂的吸热峰和3CaO·SiO₂的放热峰会在较低的温度出现。利用FactSage软件模拟计算,其结果与实验结果相吻合。     

FeO-SiO_2-CaO-ZnO-5%Al_2O_3渣系熔化温度的研究

脆硫铅锑精矿富氧直接熔炼过程炉渣的熔化温度对熔炼过程的顺行高产具有重要影响。以FeO-SiO_2-CaO-ZnO-5%Al_2O_3渣系为研究对象,采用热力学软件FactSage计算并绘制了该渣系相图,探讨了温度、 Fe/SiO_2(质量比)、 CaO/SiO_2(质量比)及ZnO含量对炉渣熔化温度的作用规律。研究结果表明:升高温度可以显著增大炉渣的液相区,炉渣的熔化温度随Fe/SiO_2和CaO/SiO_2的增大而升高,且Fe/SiO_2对炉渣熔化温度的影响较CaO/SiO_2大。在Fe/SiO_2 1.1, CaO/SiO_2 0.6条件下,炉渣中ZnO含量在8%～16%范围内变化对炉渣的熔化温度影响较小,炉渣液相区随ZnO含量的升高而逐渐减小,在保证熔渣流动性较好的前提下,炉渣中ZnO的含量可控制在10%～12%。根据热力学分析结果,开展了验证试验,结果表明:在熔炼温度1250℃, CaO/SiO_2 0.6, Fe/SiO_2 1.1条件下,熔炼过程熔渣具有较好的流动性,合金直收率达到45.56%,渣中金属含量(Pb+Sb)为1.75%,渣中ZnO含量为11.91%。     

低钙钢渣中钙、铁分离及回收利用

针对中国钢铁行业所面临的钢渣综合利用和CO₂减排这两大迫切需求，研究了以低钙钢渣为原料、醋酸为提取剂浸出钙离子的方法。使钙、铁分离后，再利用钙浸出液碳酸化固定CO₂制备轻质碳酸钙，并磁选回收浸出渣中的铁元素。借助ICP、XRD、XRF、TG-DSC等手段，对钢渣中钙和铁元素浸出效果、浸出渣磁选效果以及沉淀CaCO₃的纯度进行表征。结果表明，在钢渣粒径为[58,74]μm、浸出时间为1 h、固液比为1∶10、酸浓度为2 mol/L、浸出温度为40℃的条件下，钙铁分离的效果最佳。浸出液改性后通入模拟烟气，每t转炉渣能固定103.72 kg CO₂,可回收240.1 kg CaCO₃,CaCO₃纯度可达到98.18%。在0.14 T的磁场强度下浸出渣的磁选效果最好，富铁矿物回收量可达每t钢渣201 kg,同时铁品位也能达到57.3%。固碳产物碳酸钙可以作为填充剂用于橡胶、塑料行业，富铁矿物可返回钢铁生产流程。研究结果可为钢渣的有效利用提供参考。     

PbO-FeO-CaO-SiO_2-ZnO五元渣系的熔化温度和黏度研究

在铅的富氧熔池熔炼中,高铅渣适宜的熔化温度和黏度对熔炼过程的顺行与高产有着至关重要的作用。以PbO-FeO-CaO-SiO_2-ZnO五元渣系为研究对象,采用灰熔点测定仪测定炉渣熔化温度,采用内圆柱体旋转式快速高温黏度仪测定炉渣黏度,分别探讨了Fe/SiO_2(质量比)(0.9～1.3)、CaO/SiO_2(质量比)(0.4～0.8)及ZnO含量(5%～11%)对炉渣熔化温度和黏度的影响规律。结果表明,随着Fe/SiO_2增加,炉渣的熔化温度和黏度都呈降低趋势,适宜的Fe/SiO_2值为1～1.1;炉渣的熔化温度随CaO的增加有所提高,而黏度随着CaO含量的增加而降低,适宜的CaO/SiO_2值为0.6;炉渣的熔化温度和黏度都随ZnO的增加而升高,在富氧熔池熔炼的操作温度内应保持ZnO含量低于7%。     

钢渣用作高炉熔剂

<正>钢渣直接返回高炉用作熔剂的主要优点是利用渣中CaO代替石灰石,节约了熔剂消耗,但由于目前高炉大都使用高碱度烧结矿,基本上不加石灰石,所以钢渣返回高炉的用量受到限制。但对于烧结能力不足的高炉,用钢渣作高炉熔剂的价值仍很大。此外,钢渣中较高的铁含量可代替部分铁矿石,钢渣中MgO可置换部分白云石,增加炉渣的流动性和稳定性。钢渣中的Mn O可回收进入铁水。     

高铁含量型CaO-FeO-ZnO-SiO2炉渣黏度研究

炉渣黏度对铅基固废熔炼过程的顺利进行具有重要影响,而炉渣黏度与炉渣结构存在内在联系。以CaO-FeO-ZnO-SiO₂四元系合成渣为研究对象,采用熔体物性综合测定仪测定合成渣的黏度,在FeO/SiO₂=1.5～2.4、CaO/SiO₂=0.3～0.7、ZnO=5%～15%范围内探讨了炉渣黏度随温度组成变化的关系。结果表明,所研究的炉渣均为典型的碱性炉渣,其黏度曲线具有明显的熔化性温度。当CaO、FeO和ZnO的含量过高,造成SiO₂小于24%时,黏度曲线的熔化性温度明显增大。适宜的炉渣组成为ZnO 11%、FeO/SiO₂=1.8、CaO/SiO₂=0.5。     

改质处理对钢渣矿物相转变和磷选择性浸出的影响

针对高碱度转炉钢渣,采用了选择性浸出法来分离含磷(P)的矿物相,以实现尾渣再利用。为了促进P在2CaO·SiO₂相中的富集及在稀酸溶液中的浸出,对转炉钢渣进行了重熔和改质处理,研究了钢渣矿物相的演变规律和各钢渣中主要元素在不同pH值时的溶出行为。结果表明：重熔处理后,转炉钢渣中P的溶出率显著升高,而金属元素的溶出被抑制。添加质量分数10%的Fe₂O₃改质可促进P₂O₅在2CaO·SiO₂相的富集,在pH=2时,改质钢渣中P的溶出率为91.1%,而Fe的溶出率仅为0.27%。浸出后的残渣主要由Fe₂O₃和CaO组成,P₂O₅含量极低,表明重熔改质处理可促进P的选择性浸出,且残渣可作为冶金熔剂再利用。     

熔融态下掺入粉煤灰对钢渣性质的影响研究

在实验室,高温炉重熔钢渣,通过QM-ISP2行星式球磨机粉磨后,对比钢渣75μm晒下量;测定f-CaO含量,以及分析改性钢渣的矿相,研究其在高温下成分改性对改善钢渣易磨性和稳定性的作用效果和作用机理,确定粉煤灰是一种改善钢渣应用性能的优良改性剂,解决了钢渣应用中的不稳定性和易磨性差问题。该技术的研究可为寻求大量应用钢渣的途径,开发出高质量的钢渣产品奠定基础。     

超高TiO2高炉渣黏度及熔化性温度

 提高高炉炉料中钒钛磁铁矿的配比(大于80%,甚至达到100%)对于实现攀西地区钒钛磁铁矿资源的深度开发与综合利用意义重大。针对高配比钒钛矿带来超高TiO₂高炉渣的情况,提出了“以镁代钙”的新造渣理念。系统地研究了w(TiO₂)和w(MgO)/ w(CaO) 对CaO-SiO₂-TiO₂-MgO-Al₂O₃渣系黏度和熔化性温度的影响规律。结果表明,惰性气氛下,随着w(TiO₂)从20%增加到34%,炉渣黏度逐渐减小;随着w(MgO)/ w(CaO) 从0.32增加到0.65,炉渣黏度略有增大。炉渣熔化性温度随着w(TiO₂)增加先升高后降低。“以镁代钙” w(MgO)/ w(CaO) 在0.32～0.65范围内增加时,熔化性温度呈先明显降低后略有升高的趋势, w(MgO)/ w(CaO)在0.57附近时,(w(MgO)为12%)炉渣熔化性温度达到最低点,降低幅度约为50 ℃。“以镁代钙”使得炉渣液相区从钙钛矿析出区域附近逐渐移至钙钛矿相与镁铝尖晶石相之间宽阔的区域。采用“以镁代钙” w(MgO)/ w(CaO) 造渣理念对降低超高TiO₂高炉渣熔化性温度具有可行性。     

CaO对气淬钢渣中C2S等温析晶动力学影响规律

 用CaO对气淬钢渣进行调质重构,对不同CaO含量的气淬钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件统计分析热处理后渣样中C2S等温析晶行为的规律, 采用Arvami等人提出的JMA方程研究CaO对C2S等温析晶动力学的影响规律。结果表明：随着CaO含量的增加,钢渣中C2S结晶量呈现出先增加后减少的趋势,在碱度为3.25,恒温时间为30min时,C2S结晶量达到最大为64.06%。碱度为3.25时,C2S等温析晶活化能最小为-6.36kJ/mol,此时C2S析晶的能量势垒最小,最有利于C2S析晶。     

钢渣/粉煤灰掺杂比例对水泥力学性能的影响

以钢渣和粉煤灰为主要原料,辅以废玻璃、石灰石、石膏,通过高温烧结附加水淬法制备水泥熟料.系统地研究了原料的矿物学特征,确定了水泥的配方组成与煅烧温度,并研究了煅烧温度、保温时间、钢渣掺杂比例、粉煤灰掺杂比例、钢渣/粉煤灰复合掺杂比例对水泥结构及物化性能的影响.通过XRF、XRD对其成分和矿物组成进行分析,测定抗压强度、抗折强度对其力学性能进行评价.结果表明:经XRD分析可知,水泥熟料主要由硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A等组成;随着钢渣掺杂比例增加,水泥的抗压强度和抗折强度都是先增大后减小,钢渣掺杂量(质量分数)为15%时水泥试件的抗压强度最优,达到64.25 MPa;掺杂量为12.5%时抗折强度达到最优,为7.17 MPa;随着粉煤灰掺杂比例增加,水泥的抗压强度和抗折强度也是先增大后减小,掺杂量为6%时水泥试件的抗压、抗折强度达到最优,分别为58.91 MPa和6.46 MPa;以转炉钢渣/粉煤灰的混合物为掺合料制成水泥试样,当钢渣掺量为10%、粉煤灰掺量为3%时,水泥试样的抗压强度、抗折强度最强,7d养护后分别达到36.62 MPa和5.98 MPa,符合国家要求的相关标准.     

CaO/SiO2对钢渣平衡物相的组成及含量的影响

为了提高钢渣的资源化利用率,找到合适的钢渣成分改质工艺,以CaO-SiO₂-MgO-FeO-Fe₂O₃-Al₂O₃六元渣系为研究对象,利用FactSage热力学软件计算并分析了不同w(CaO)/w(SiO₂)组成的模拟钢渣在1 600~200 ℃冷却过程中平衡物相组成和含量的变化规律。得出钢渣的平衡物相主要有Ca₂SiO₄相、Ca₂(Al,Fe)₂O₅相、MgO-FeO固溶体相、f-CaO相、少量的Ca₃MgAl₄O₁₀相以及w(CaO)/w(SiO₂)为2时钢渣中才会析出的Ca₃MgSi₂O₈相。w(CaO)/ w(SiO₂)越低,钢渣析出的有益相硅酸盐相含量越高,而铁酸盐相、MgO-FeO固溶体相和f-CaO相不利于钢渣循环利用的物相含量越低。因此,降低钢渣的w(CaO)/ w(SiO₂)可以改善钢渣在后续处理和使用过程中的易磨性以及安定性。     

含磷钢渣碳热还原脱磷及资源化利用的研究现状

摘要：针对脱磷转炉渣中磷资源高效回收及其资源化利用过程中存在的问题,系统总结了含磷钢渣除磷方式及其应用优缺点,并着重总结了不同条件（炉渣温度、炉渣碱度、钢渣中FeO质量分数、碳当量、底吹气体流量、冶炼时间等）对碳热还原气化脱磷的影响规律。同时,以应用前景较好的碳热还原气化脱磷方法为基础,提出了脱磷转炉渣在碳热还原气化脱磷过程磷的流向规律,展望了渣中磷资源回收制备磷铁及其循环利用模式。这为实现渣中磷资源高效回收及处理后残渣资源化利用提供重要研究基础和方向。     

锌冶炼渣搭配铅精矿侧吹还原熔炼直接炼铅渣型理论研究

以FeO-Fe_2O_3-SiO_2-CaO-ZnO-PbO渣系为研究对象,采用热力学软件FactSage计算温度、Fe/SiO_2(质量比)、CaO/SiO_2(质量比)、ZnO含量及PbO含量等因素对炉渣熔化温度及液相生成区的影响。热力学分析表明,随着Fe/SiO_2的增大,炉渣熔化温度减小,随着CaO/SiO_2的提升呈先减小后增大的趋势。炉渣中ZnO含量在10%～18%变化时,炉渣的熔化温度变化较大。随着ZnO含量的增加,炉渣的液相区有所减小,当渣中ZnO含量低于12%时,可保证还原熔炼的顺利进行。验证试验表明,在熔炼温度1 200～1 250℃、CaO/SiO_2=0.5、Fe/SiO_2=0.9、ZnO含量12%的条件下,采用侧吹还原熔炼处理液态高铅渣可顺利进行,熔炼过程金属直收率为85%,渣中铅含量为2.06%。