矿渣-硅灰协同强化钢渣水化反应机理

 强化钢渣水化过程、激发钢渣胶凝活性对提高钢渣资源利用率具有重要意义。选取矿渣、硅灰作为复合激发剂,采用正交试验设计方法,研究钢渣粒度、矿渣与硅灰添加量对钢渣胶凝活性的影响,并针对钢渣胶凝试块3 d、28 d水化产物进行表征分析以揭示矿渣、硅灰协同强化钢渣水化的机理。正交试验结果表明,硅灰由于其高反应活性能够有效促进钢渣3 d龄期的水化,而矿渣中玻璃相的潜在活性使其对钢渣28 d龄期的水化影响更加显著,当硅灰添加量为2%、矿渣添加量为15%时,钢渣的3 d、28 d胶凝活性分别提高18.34%、28.26%;XRD、TG-DTA和SEM分析结果表明,硅灰的晶种效应、火山灰效应和微集料填充效应与矿渣中活性相对较高的铝氧四面体在钢渣高碱性的液相体系中能够协同强化水化反应,使复合胶凝体系中生成更多的C-S-H凝胶和AFt晶体,C-S-H凝胶紧密包裹AFt晶体,两者交错生长形成复杂密实的网络结构,从而提高胶凝材料的力学性能,达到激发钢渣胶凝活性的目的。将钢渣、矿渣、硅灰复合掺合料应用到混凝土中,结果表明,当复合掺合料替代水泥20%时混凝土力学性能和抗碳化性能均得到最大限度提升,其中3 d、28 d力学性能相比纯水泥混凝土分别提高31.53%、25.88%,3 d、28 d抗碳化性能相比纯水泥混凝土分别提高18.75%、24.11%。     

利用钢渣、矿渣生产全尾砂充填胶凝材料

 以机械研磨和化学激发相结合的方法提高钢渣和矿渣的胶凝活性,利用脱硫石膏、氯化钙、电石渣等助剂合理调控水化产物,强化水化过程,开发了一种以钢渣、矿渣为主要成分的全尾砂充填专用胶凝材料。胶凝材料适宜的物料配比为,钢渣35.5%、矿渣35.5%、硅酸盐水泥10%、矿物调控剂19%,胶凝材料28 d抗压强度达到29.47 MPa。适当调整物料配比,可以得到满足不同采空区充填要求的胶凝材料：胶凝材料与尾砂比为1[∶]5～1[∶]10,料浆浓度为70%,充填体28 d,抗压强度达1.0～2.8 MPa。借助XRD、SEM对胶凝材料水化产物和强度调控机理进行了分析,结果表明,对胶凝体系强度起到关键作用的物质为水化C-S-H凝胶和不同类型的高水产物（如AFt）。调控剂的合理搭配,强化了钢渣、矿渣水化过程,优化了水化产物构成。     

矿渣-粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料

通过优化配比组分、粒级设计和使用外加剂,制备出一种高掺量矿渣、粉煤灰且使用水泥熟料较少的矿渣-粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料.研究了物料粉磨方式、石膏掺量、矿渣与粉煤灰的掺量及比例对复合高性能胶凝材料体系强度的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析手段观察其微观结构和水化产物,阐明了复合胶凝材料活性与级配协同优化效应.复合胶凝材料胶砂水胶比为0.36时具有较好的流动度,胶砂试块养护28d抗压强度可以达到58.9MPa,抗折强度达到14.2MPa,并具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能,配制的混凝土具有良好的抗碳化性能.     

镍渣基矿井充填用胶凝材料的制备

以提高矿业固体废弃物综合利用水平,降低矿山充填采矿成本为目的,本文开展了利用水淬镍渣制备矿山井下充填用胶凝材料的研究.分别采用机械活化和化学活化的方法,对水淬镍渣进行了提高其胶凝性能的探讨.以井下充填体的强度指标为评价标准,分析了磨矿细度和激发剂对水淬镍渣活性的激发程度和胶凝性能的影响,对水淬镍渣的化学活化机理进行了分析.研究结果表明,以活化处理的水淬镍渣为主要原料(占原料总量的85%)制备的胶结剂,可以作为水泥的替代品用于矿井充填料的生产.     

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比：盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比：33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。     

镍渣直接还原提铁及同时制备胶凝材料的研究

通过控制温度和配比,使镍渣经过一次焙烧反应后同时生成还原铁与胶凝性物质硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)。考察了配碳量、还原温度、还原时间、氧化钙加入量及升温方式对试验的影响。结果表明,先在1 000℃还原40min,然后在1 480℃还原90min的两段法升温法可以同时生成铁单质和胶凝物质,镍渣中铁回收率为72%,生成的胶凝材料含55%的C3S。     

锂渣用作充填胶凝材料试验研究

锂渣是铁锂云母生产碳酸锂过程中产生的固体废物,通常富含氧化硅、氧化铝、氧化钙和氧化铁,同时焙烧后的锂渣可产生玻璃相,是制备建筑材料的潜在前驱体。通过检测锂渣的物理化学特性,设计了激发剂改善锂渣-水泥充填配比试验,测试充填体7 d和28 d抗压强度,并利用Design-Expert软件优化混料配方。结果表明,优化后的锂渣充填体28 d抗压强度达到充填要求,其可替代水泥作为井下充填胶凝材料,降低充填成本,实现固废资源化利用。     

污酸中和渣制备高性能建筑胶凝材料的研究

污酸中和渣为冶炼过程中产生的废渣,固含量中的主要成分为硫酸钙,另含微量的砷、汞、铅、锌、镉等重金属元素。现污酸中和渣一直未进行有效利用,处于堆存状态,而废渣的堆存有可能使废渣中的重金属发生迁移导致污染。文章对污酸中和渣制备高性能建筑凝胶材料进行了试验研究,成功制备了符合要求的凝胶材料(混凝土加气砌块),为该渣料的高值资源化利用提供了参考。     

基于GA?SVM的钢渣基胶凝材料开发及料浆配比优化

针对某露天转地下矿山充填成本高的问题,充分利用矿山周边的工业废弃物开发满足嗣后充填采矿法所要求的充填胶凝材料,并对充填料浆的配比进行了优化。首先,分析了材料的物化特性,采用不同的激发配方进行了室内试验,构建了用于钢渣基胶凝材料配方预测的GA?SVM模型,确定了钢渣基胶凝材料的最佳配方（质量分数）为:钢渣30%、脱硫石膏4%、水泥熟料12%、芒硝1%;其次采用XRD和SEM分析了钢渣基胶凝材料的水化机理;最后基于灰靶多目标决策模型对料浆配比进行优化实验,以强度（7 d和28 d）、工作特性（坍落度、泌水率）、成本为指标优化料浆配比。结果表明,采用新型钢渣基胶凝材料,充填料浆的最佳配比参数为:灰砂比1∶4,固相质量分数为72%。并进行了验证实验,得到相应强度参数和工作特性参数分别为1.74 MPa、3.61 MPa、24.2 cm和5.91%,均满足嗣后充填的要求,此配比条件下的充填成本为每立方米113元,较水泥充填成本降低了38.92%。      

利用不锈钢尾渣及矿渣制砖的试验研究

通过利用不锈钢尾渣及矿渣制砖的试验,确定了不锈钢尾渣及矿渣制砖的合理配比。在此基础上,开发了激发不锈钢尾渣及矿渣活性的技术。结果表明:配加质量分数分别占0.4%、0.6%的Na2SO4和NaCl作为激发剂,可激发不锈钢尾渣及矿渣的活性,使砖的抗压强度最大提高了42.6%。     

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.     

高炉炉渣脱硫能力分析

为研究高炉炉渣脱S能力、降低铁水含S量,针对某高炉S负荷进行来源分析,对其炉渣数据进行了热力学分析,得到了铁水Si含量、炉渣碱度以及出铁速度对炉渣脱S能力的影响规律,并提出了改善炉渣脱S能力的措施。     

Technology status and development of mineral wool made of blast furnace slag

Under the trend of low-carbon economy,the technique of producing mineral wool insulation material from molten blast furnace slag are of great significance both to Insulation materials industry and metallurgical industry on the aspects of energy conservation and emissions reduction.This paper presents characteristics and use of mineral wool made of blast furnace slag,and also introduces mineral wool production process and key techniques.It also put forward a number of issues need to be addressed in the process.The inherent mechanism affecting the performance of the of mineral wool is analyzed.And it points out the target and future direction of R & D in Baoshan Iron and Steel in mineral wool technology field.     

高炉渗铝渣口的试验研究

开发的渣口渗铝工艺设备简单,易于操作,主要工艺参数如下:渗铝剂配比为铝粉10％,氧化铝粉88％,氯化铵2％;加热温度为850℃;保温时间11h。渗铝层具有耐高温、耐磨损、抗氧化、与基材结合强度高等特性。生产试验表明,渗铝渣口的使用寿命比普通渣口高2.28倍。     

钢渣-矿渣-沸石胶结剂的开发及应用

基于活性激发和不同废渣的协同作用制备一种低成本胶凝材料——钢渣-矿渣-沸石(SBZ)胶结剂。通过响应面优化试验确定基础物料配比为:钢渣38.14%,矿渣38.14%,沸石10%,改性脱硫石膏10%,复合激发剂3.72%。在此基础上,外掺8%的多晶硅渣,物料比表面积为420 m2/kg,产品28天抗折强度达到6.3 MPa,抗压强度达到42.2 MPa。SBZ胶结剂能够有效固化重金属铅(Pb2+)和铬(Cr6+),与普通硅酸盐水泥相比,固化效果好,成本较低,具有良好的应用前景。体系中的水化硅酸钙、水化铝酸钙、钙矾石以及沸石类物质对重金属的固化具有重要贡献。     

高炉渣干法轮式粒化半工业试验

设计了高炉渣干法粒化轮式粒化器和炉渣竖式冷却器,并开展了600 kg/h规模的干法轮式粒化半工业试验。研究了轮式粒化器转速、雾化冷却水量等关键参数对炉渣粒化颗粒粒径分布、球形度、颗粒玻璃体含量等结果的影响,掌握了高炉渣干法轮式粒化设备的最佳运行参数,为后续工业试验提供了良好基础。试验结果表明,粒化器转速为1 400 r/min、冷却水量为40 L/h时,粒化颗粒的球形度良好,94%以上粒径均小于5 mm,玻璃体含量大于95%。     

由熔融高炉渣制备微晶玻璃

采用熔融法,由熔融高炉渣制备性能稳定的基础玻璃.通过对基础玻璃的差热分析确定微晶玻璃的热处理工艺制度.结合X射线衍射分析、扫描式电子显微镜观察等现代研究方法,确定了微晶玻璃热处理制度的最佳工艺参数,并研究了微晶玻璃的晶体生长方式.微晶玻璃的热处理最佳工艺参数为:核化温度850℃,保温1.5 h;晶化温度935℃,保温1 h.玻璃首先从表面开始析晶,然后逐步向内部生长.实验所得微晶玻璃的力学性能,如抗折强度、耐酸碱性和硬度,均优于天然大理石.     

含钛高炉渣钛富集工艺及钛资源利用

为实现高炉渣中钛的富集和利用,研究了炉渣钛富集的技术手段,分析了炉渣钛资源利用的可能性。结果表明,炉渣中的钛能够以四氯化钛、钛铁合金、钛白、碳化钛形式富集以及选择性析出富集,其中选择性析出富集是一种绿色环保的富集技术。炉渣中钛资源可被用于建筑材料、玻璃材料、功能材料以及肥料,炉渣提钛工艺流程均较为复杂,容易对环境造成污染,并且成本较高。将部分低钛渣直接用于建筑材料或肥料、高钛渣借助选择性析出技术富集后再利用是未来含钛炉渣综合利用研究的重点方向。