Enhancement of the Cementitious Properties of Steelmaking Slag

Abstract

The overall objective of this work was to determine whether steel slag might be processed into a sufficiently cementitious material to allow it to be recycled as an additive to ordinary Portland cement clinker. Steel slag has limited cementitious properties due to both a lack of tricalcium silicate and the presence of wustite solid solutions as a predominant mineral phase. This work explores the effects of Fe oxidation state, overall composition, and cooling rate on the mineral structure, crystalline formation, and glass forming ability of several synthetic slags and one commercial BOF slag. XRD, SEM, and EDX analyses were performed on both slow cooled and quenched slags which had been oxidized. The granulated slag product was blended with Portland cement in varying ratios and hydrated to form cylindrical compression specimens. By controlling certain slag processing conditions, specifically the oxidation of bivalent xiron and the quenching rate of the molten slag, the cementitious nature of the material is enhanced. This allows the material to be blended with Portland cement (at additions of up to 20% by weight), without affecting the strength and performance of the material. © 1998 Published on behalf of Canadian Institute of Mining and Metallurgy by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

L'objectif général de ce travail consistait à déterminer si on pouvait transformer le laitier de l'acier en un matériau ayant des propriétés ad é quates permettant de le recycler comme additif de clinker de ciment Portland ordinaire. Le laitier ctacier a des propriétés limité es comme ciment dll à la fois au manque de silicate tricalcique et à la présence de solutions solides de wustite dans la phse minerale pr é dominante. Ce travail explore les effets de l'état d'oxydation du Fe, de la composition générale et du taux de refroidissement su la structure minerale, sur la formation de cristaux et sur la capacité de formation de verre de plusieurs laitiers synthétiques et d'un laitier de fournaise basique a oxyg è ne. On a effectu é des analyses XRD, SEM et EDX, tant de laitiers refroidis lentement que de laitiers trempes, qui auparavant avaient ete oxydes. On a melange le produit de laitier granule avec du ciment Portland en diverses proportions et on l'a hydrate pour former des echantillons de compression cylindriques. En controlant certaines conditions de traitement du laitier, plus specifiquement l'oxydation du fer bivalent et le taux de trempe du laitier fondu, les propi étés-ciments de ce materiau sont ainsi ameliorées. Ceci permet de melanger le matériau avec du ciment Portland (additions jusqu' à 20% en poids), sans affecter la résistance ni la performance du matériau. © 1998 Published on behalf of Canadian Institute of Mining and Metallurgy by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.