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-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%。     

大掺量冶金渣制备高强度人工鱼礁混凝土的试验研究

通过正交试验研究了用作制备高强度人工鱼礁的钢渣-矿渣-熟料-石膏体系胶凝材料的强度.净浆正交试验表明:钢渣:矿渣的复合比为5:3,并与10%的水泥熟料和10%的脱硫石膏复合的胶凝材料具有较高的强度.以优化后的胶凝材料代替水泥,并以热闷法稳定化的钢渣颗粒为骨料,可以制备出抗压强度达到50 MPa以上的人工鱼礁混凝土.利用X射线衍射和扫描电镜分析净浆的水化过程,发现体系在早期水化主要生成AFt相和C-S-H凝胶,在后期钢渣和矿渣的火山灰活性反应对强度的增长起主要作用.      

膏体充填用矿渣--钢渣基胶结剂协同固化Pb2+

利用矿渣-钢渣基胶凝材料（简称冶金渣胶凝材料）代替传统充填料中使用的水泥作为胶结剂,掺入含铅尾砂制成胶结充填料试样,通过流动度和抗压强度表征其工作性能,通过Pb2+浸出质量浓度表征其固化效果,通过X射线衍射、红外光谱、差示扫描量热法等手段分析其物相组成,并与P·I 42.5硅酸盐水泥作对比.在相同条件下,冶金渣胶凝材料试样的流动度平均高出水泥50 mm,且28 d强度符合一般矿山3.0 MPa的要求.冶金渣胶凝材料试样28 d龄期铅浸出质量浓度低于地下水环境质量标准Ⅲ类水0.05 mg·L-1的限值,而水泥为0.1 mg·L-1左右.冶金渣固化铅性能优于水泥的机理在于冶金渣胶凝材料水化生成更多钙矾石.此外,冶金渣胶凝材料水化产物可能存在类沸石相,更有利于吸附固化PbPb2+.      

大掺量钢渣-尾矿蒸压砖水化过程的强化

 因活性低、体积稳定性差,钢渣在蒸压砖中的用量受到限制。以钢渣-尾矿-水泥蒸压体系为基础,增加旨在改善钢渣安定性的预养护阶段。同时,加入柠檬酸钠作为抑制剂,减少预养护阶段钢渣中胶凝成分的损失。结果表明,当柠檬酸钠掺量为钢渣掺量的2%时,钢渣在尾矿蒸压试块中的安全用量由未改性时的11%提高至45%,水泥用量由7%降低至4%,其抗压强度从10.6提高到30.1 MPa。借助化学结合水量、游离氧化钙质量分数及XRD分析了钢渣的水化特征,柠檬酸钠在大掺量钢渣-尾矿-水泥体系中既是钢渣改性过程中硅酸二钙和硅酸三钙水化的抑制剂,又是蒸压条件下激发钢渣的水化活性激发剂。机械磨细、湿热条件和柠檬酸钠的协同作用强化了体系的水化反应过程。     

含钢渣的低熟料混凝土耐久性及水化机理研究

研究了不同钢渣掺量对C40低熟料胶凝材料混凝土的碳化、电通量、抗冻等耐久性的影响,结果表明,钢渣掺量为15%时,混凝土碳化深度最小,抗碳化等级为T-Ⅳ;抗氯离子渗透和抗冻性能在钢渣掺量为10%时最佳,分别达到Q-Ⅴ和F275等级。采用XRD、IR和SEM等手段分析了10%钢渣掺量的低熟料胶凝材料水化机理,结果表明,胶凝体系主要水化产物是水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt);水泥熟料和钢渣先后水化,产生的OH-维持体系的碱性环境,使矿渣中的硅(铝)氧四面体逐渐解离,在SO2-₄的共同作用下形成C-S-H凝胶和AFt;矿渣和钢渣的水化相互促进,使胶凝体系在后期仍然产生大量水化产物,为混凝土后期强度和密实度的提高起到了重要作用。     

赤泥-矿渣-脱硫石膏-少熟料胶结剂的适应性及早期水化

使用赤泥、矿渣、脱硫石膏和质量分数10%的水泥熟料制备了一种充填采矿用胶结剂,研究了将胶结剂应用到不同类型矿山的适应性,并通过扫描电镜和核磁共振分析了净浆试块水化早期微观结构以及硅酸盐和铝酸盐结构变化.结果表明胶结剂制备的充填料适用于铁矿及普遍采用充填法开采的铅锌矿、铜矿和金矿,且比水泥充填料在强度和保水性方面上具有更明显的优势.胶结剂2.5 h终凝,在2.5 h内钙矾石开始形成,对凝结硬化起了重要作用.4 h后大量四配位铝向六配位铝转化,硅酸盐聚合度增加,钙矾石、C-S-H凝胶和沸石等不断形成.这些水化产物尺寸和形态各异,且交织在一起,试块结构开始变得致密,这是胶结剂4 h后强度形成并快速发展的原因.      

钢渣尾泥制备超高性能混凝土

采用机械活化与多固废协同反应技术,利用钢渣尾泥的胶凝性质与细集料特性,协同其他工业固废制备超高性能混凝土(简称UHPC),实现钢渣尾泥的高掺量、高附加值利用。探讨了钢渣尾泥掺量、矿渣与石膏质量比、单方用水量、养护温度等对超高性能混凝土强度性能的影响。结果表明,在钢渣尾泥掺量60%、矿渣和脱硫石膏的质量比4、单方用水量210 kg、养护温度50℃、钢纤维体积掺量5%时,UHPC试块28 d抗压强度可达140 MPa以上,抗折强度可达35 MPa以上。借助X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重-差热分析(TG-DSC)测试方法,研究了钢渣尾泥-矿渣-脱硫石膏体系的水化硬化特性,随着反应的不断进行,水化产物钙矾石和C-S-H凝胶强度物质的生成数量不断增长。     

钢渣作为钾盐矿充填料胶结剂的固化机理

以有效解决钾盐矿尾盐和尾液导致的环境污染、资源浪费、安全隐患等问题为出发点,以改善钾盐矿充填料流动度和强度为目的,利用钢渣水化反应缓慢持久的特点,制备了以钢渣为胶结剂的钾盐矿充填料,初步证明钢渣细度和养护温度对充填料的性能有较大影响.所制备的充填料8 h内流动度保持在200 mm以上,28 d抗压强度可达2 MPa,满足充填料的性能要求.本文着重从微观角度分析了其固化机理,X射线衍射技术、扫描电子显微镜、热重分析、红外分析等分析结果表明:钢渣粉与钾盐矿尾液水化反应的产物主要为C-S-H凝胶、水铝钙石(或称费里德尔盐)、类水滑石等,在水化反应过程中水化产物之间相互穿插包裹使体系结构的致密度和强度不断增长.在微观结构呈层状的水铝钙石和类水滑石中出现类质同象代替现象,Ca2+、Mg2+、Fe2+,Fe3+、Al3+和Si4+都可相互取代而使得OH-和Cl-参与其中,这对体系中的杂质离子起到固定作用,对充填料的稳定性有利.该研究结果初步表明钢渣具有充当钾盐矿充填料胶结剂的潜力.      

激发剂对赤泥-黄金尾矿-碱矿渣体系性能的影响

为提高危险固体废弃物的综合利用水平,依据赤泥、黄金尾矿及矿渣三种固体废弃物的特性,研究NaOH、KOH和Na₂SiO₃三种激发剂对赤泥-黄金尾矿碱矿渣体系性能的影响。并在此基础上通过XRD、FT-IR、TGA/DSC和SEM等表征手段明晰其微观反应机理。结果表明,当Na₂SiO₃为激发剂时,复合胶凝材料体系的激发效果最好,标养3天的胶砂抗折强度和抗压强度分别达到5.5和23.5 MPa;标养28天的胶砂试件抗折强度和抗压强度分别为8.8和43.21 MPa,可达到P·I42.5水泥强度指标。通过微观分析得知,试件的主要强度来源物质为钙矾石和水化硅铝酸钙凝胶,力学性能高的材料其微观结构更为密实,碱激发水化产物数量更多。     

钢渣-矿渣-钡渣基胶凝材料水化过程强化

针对钢渣(SS)矿渣(GBFS)钡渣(BS)复合胶凝材料水化硬化慢的问题,提出一种活性激发晶种强化的方法,以加速水化硬化过程.通过正交试验设计得到活性激发剂配比(质量分数)为煅烧脱硫石膏11％、铝酸钙3％、元明粉0.75％.利用含该激发剂的胶凝材料快速预水化制备复合晶种,能够显著促进胶凝材料水化结晶过程,提高早期强度,...     

钢渣-锰渣复混肥的制备、结构与性能

为探索钢渣、锰渣多行业大宗固废耦合利用的可行之路,利用锰渣与钢渣的水化性能制备了钢渣-锰渣复混肥,并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、荧光X射线(XRF)、紫外线分光光度计、电感耦合等离子发射光谱仪等方法对复混肥的微观结构、物相、成分、浸出毒性及其他物理化学性能进行分析。结果表明,复混肥中钢渣、锰渣最佳质量比为9∶1,其堆积密度为1.019 g/cm3,表观密度为1.942 g/cm3,吸水率为15.23%,筒压强度为2.28 MPa,内部具有疏散毛细孔结构,主要物相为硅酸盐类、水合硅酸盐类、水合磷酸盐类、石英和硅酸二钙。该复混肥具有较高的Si、Ca、Fe、Mg等利于植物生长的中量元素和微量元素,其有效硅质量分数为18.876%,且毒性检测符合国家肥料检测标准。     

钢渣在废水治理中的应用

钢渣是炼钢过程中的副产品,具有较大的比表面积和复杂的化学组成。钢渣处理废水主要用作重金属离子吸附剂,有机物的滤料以及制备絮凝剂。综述钢渣在治理废水中作吸附剂、滤料及絮凝剂的情况以及作用机理,指出钢渣处理废水应用前景广阔。     

钢渣中钙镁离子的选择性浸出行为

钢渣富含大量的碱性氧化物,是CO₂矿化的潜在廉价原料。以乙酸作为浸出剂,探究了钢渣颗粒粒度、浸出温度、时间、固液比和乙酸浓度对钢渣中主要元素钙、镁、铁、硅溶出行为的影响。试验结果表明钢渣颗粒粒径的降低、乙酸浓度的提高均能有效促进钙、镁离子的浸出,同时也发现延长浸出时间反而会带来铁、硅离子浸出率的降低。在乙酸浓度为1 mol/L、浸出温度为80 ℃、浸出时间为90 min、固液比为1∶20的条件下,能够实现钢渣中钙、镁离子的选择性高效浸出,其最高浸出率达到了92%和52%,而铁离子、硅离子为29.5%和15.9%。浸出渣的物相分析表明经乙酸浸出后滤渣中主要的物相为RO相与磁铁相,这意味着乙酸酸浸不仅能够高效浸出钙、镁,其浸出液能够作为CO₂间接矿化的原料,而且浸出后得到的滤渣中富含含铁相,可以作为优质的炼铁原料。     

低成本钢尾渣-矿渣基矿山充填料的优化开发

 为实现多固废协同利用、降低充填成本,在矿渣基全粒级细尾砂胶结充填料基础上,以流动性和抗压强度为表征,利用热闷钢渣磁选尾渣(钢尾渣)替代部分矿渣作为胶凝材料,脱硫灰和水泥熟料替代部分专用添加剂作为外加剂,采用正交试验探寻掺量规律,优化固体填充料配比,开发钢尾渣-矿渣基软性矿山充填料,并研究了外加剂与胶材比、灰砂比等因素的影响。对比分析了矿渣基准组、钢尾渣-矿渣基准组(B1)、强度最优外加剂组分钢尾渣-矿渣组(B7)等3组充填料的微观形貌及XRD图谱以探究其水化机理。结果表明,钢尾渣替代矿渣量增加、外加剂与胶材比减小,充填料浆流动性改善,但充填体抗压强度下降。强度正交试验结果表明,钢尾渣掺量大小决定强度低高,脱硫灰掺量宜高于水泥熟料。进一步调整外加剂组分配比,在灰砂比为1∶6、钢尾渣替代矿渣为20%条件下,找出B7组外加剂组分为脱硫灰、水泥熟料分别替代30%、20%专用添加剂,B7组料浆扩展度为143 mm,充填体形貌为富铁绿泥石胶结假方体钙硅灰石,28 d抗压强度达2.13 MPa,较基准组低0.19 MPa,较B1提高0.26 MPa。该替代方案满足现场充填C2级强度的要求,改善流动性并显著降低了充填成本。优化的外加剂组分配比在灰砂比为1∶4条件下同样具有强度优化作用,但较灰砂比为1∶6条件下低。     

首钢京唐热态渣、钢绿色循环利用体系开发

为实现“全三脱”工艺少渣冶炼,进一步降低辅料消耗,首钢京唐开发了热态脱硫渣、液态脱碳渣及铸余渣钢直接返回利用工艺。对热态渣、钢的可回收性进行了分析,并通过工业试验验证了工艺的应用效果。结果表明,回收利用5 t的脱硫渣,脱硫剂消耗可降低30%～40%,铁水温降相对减少10～15 ℃,总渣量减少30%～40%,同时可降低铁损,减少对环境的污染;对于脱碳渣,每炉回收热态渣20 t,可节约石灰3.2 t,若铁水硅质量分数小于0.15%,脱磷炉可不加石灰,钢铁料消耗相应减少2.4 kg/t,并且可取消萤石及轻烧的使用,可实现脱磷炉零辅料消耗;对于钢包铸余,通过控制高炉出铁量,将精炼工序RH/LF/CAS产生的热态精炼渣及钢包铸余兑入半钢包,连同半钢一起兑入脱碳炉中进行冶炼,铸余钢回包次数可达到6～8次,实现液态铸余直接回收。     

电石渣-煤基固废混合胶凝体系制硅酸钙板的试验

为减少制备硅酸钙板对矿物原浆资源的损耗和提高对固体废弃物的协同利用效果, 试验以电石渣-煤基固废胶凝体系为原料来研制高强度的纯固废硅酸钙板, 并通过热重-差示扫描量热法、X射线衍射测试来分析硅酸钙板中生成的主要矿物成分及不同配比对硅酸钙板的强度变化关系.研究表明: 在水灰比为0.3的条件下, 使用电石渣完全替代水泥, 将粉煤灰和硅灰按1:1的质量比互掺调制所得的混合胶凝体系最终制得托贝莫来石型纯固废硅酸钙样板.在硅灰占原料的质量分数为0~10%范围内, 样板抗折强度随硅灰添量增加而升高, 硅灰添量为10%时样板达到最大抗折强度, 不同粒径的原料颗粒相互填充, 板内晶体与水化胶凝体相互咬合, 最终使得样板力学性能得到大幅提升; 样板的抗折强度随着NaOH添量的增加呈现先增后降的趋势, NaOH添加质量分数为4%时样板板面平滑, 强度达到最大值11.8 MPa, 该添量为NaOH的最佳添量, 通过扫描电镜分析发现加入4% NaOH时对该胶凝体系的水化反应起到最佳激发作用, 且样板料坯的微观结构对其最终的力学性能有重要影响, 但不起决定性作用, 其中决定其最终强度的是板坯内水化胶凝体的数量、形态以及其相互间的联结方式.