Complementation in the composition of steel slag and red mud for preparation of novel ceramics

A method for preparing novel ceramics was developed in this study. Different ratios red muds were added to steel slags to optimize the preparation of novel ceramics by a traditional ceramic preparation process. The sintering mechanism, microstructure, and performance were studied by X-ray diffraction techniques, scanning electron microscopy, and combined experiments of linear shrinkage, water absorption, and flexural strength. The results confirmed that red mud can reduce the volumetric instabilities through the complementarity of red mud and ferroalloy slag. The crystal phases in the ceramics are all pyroxene group minerals, including diopside ferrian, augite, and diopside. The flexural strength of the ceramic that contains 40 wt% red mud and was prepared at the optimal sintering temperature(1140°C) is greater than 93 MPa; its corresponding water absorption is less than 0.05%.

水泥和钢渣粉协同固化高含水率疏浚泥的力学性能研究

研究了钢渣粉的掺入方式(内掺、外掺)和掺量(0、5%、10%、15%)对水泥固化高含水率疏浚泥力学性能的影响。结果表明:当水泥掺量一定时,随着钢渣粉外掺量的增加,固化疏浚泥的3、7、14、28、90 d无侧限抗压强度均先增大后减小,14 d峰值应力和峰值应变也呈先增大后减小的趋势,钢渣粉的最佳外掺量为10%;对于纯水泥固化疏浚泥,其变形系数随着水泥掺量的增加而增大,抵抗变形的能力降低;外掺适量钢渣粉降低了固化疏浚泥的变形系数,提高了固化疏浚泥抵抗变形的能力;钢渣粉内掺取代部分水泥降低了固化疏浚泥的无侧限抗压强度,建议钢渣粉采用外掺方式。

活化赤泥基胶凝材料的抗冻融性能研究

赤泥资源化利用对氧化铝行业可持续发展和环境保护具有重要意义。本文以赤泥和热活化赤泥为主要原料与钢渣等多种固废协同制备赤泥基胶凝材料,并对其抗冻融性能进行了研究。分别对养护14和28 d的胶凝材料试样进行冻融试验,用万能试验机、XRD、SEM、工业CT等检测方法对试样冻融前后的强度、物相、显微结构、孔隙率等进行表征,并对冻融损伤机理进行了探究。结果表明,赤泥基胶凝材料冻融前后的质量损失、强度损失、显微结构差异显著。其中,赤泥-普通硅酸盐水泥胶凝材料较其他赤泥基胶凝材料的抗冻性能优异,其养护14 d试件冻融前后的质量损失和强度损失分别为23.68%和50.75%;用热活化赤泥制备的赤泥-钢渣胶凝材料冻融后的质量损失率较冻融前降低了16.30%。

赤泥-钢渣基免烧陶粒的制备及除磷特性研究

针对传统烧结陶粒制备过程中成本高、能耗大的缺点,以赤泥和钢渣为主要原料,通过免烧工艺制备出了具有磷吸附性能的陶粒。以解体率为其力学性能指标,通过正交实验确定了陶粒的最佳质量配比(赤泥、钢渣质量比4:3、稻壳灰添加量10%、石膏添加量4%、水泥添加量10%),最佳制备工况下的陶粒解体率为3.90%;所制作陶粒无重金属浸出风险,属于环境友好型材料。陶粒对水中磷的吸附特性实验结果表明,陶粒在酸性溶液中具有最佳的除磷效果;对于初始磷浓度为20 mg/L的溶液,设置30 g/L的陶粒投加量,除磷率可达96.40%;陶粒吸附过程遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,最大理论吸附量为0.99 mg/g;磷与陶粒表面的CO_(3)^(2-)、Ca^(2+)、Fe^(3+)、Al^(3+)发生离子交换和磷酸盐共沉淀反应,是水中的磷去除的机理,沉淀物质主要由Ca_(3)(PO_(4))_(2)、FePO_(4)、AlPO_(4)组成。

碱性工业固废堆存对周边环境的危害分析及应对措施

碱性大宗工业固废产量巨大且利用率低,导致堆存量大,高达数十亿吨。本文综述了钢铁渣、电石渣、粉煤灰、赤泥几种大宗碱性工业固废的产生以及堆存后对周边生态环境污染和危害,并对碱性大宗工业固废堆存场地的环境风险管控和未来处置利用方向提出了建议,提出碱性工业固废资源化利用及其矿化固碳技术将是未来的产业化发展方向,以期为碱性工业固废处置及综合利用提供参考,减少不规范堆存对周边生态环境的污染。

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-赤泥-水泥基复合砂浆的水化硬化特性

为探明二元固废间的协同胶凝作用,本文研究了不同配合比条件下钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的力学性能,并采用水化热、XRD、TG-DTG、SEM等手段来表征复合砂浆的水化特征及微观形貌。研究结果表明:与纯水泥组相比,单掺30%(以下均为质量分数)钢渣会抑制浆体的水化反应,从而降低砂浆的力学性能,而在单掺30%钢渣的基础上复掺适量的赤泥可以有效降低钢渣对砂浆力学性能的负面影响。其中,当钢渣掺量为15%、赤泥掺量为15%时,复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度均最高,分别为6.8和39.8 MPa,与单掺30%钢渣组相比,复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度分别提高了11.5%和20.6%,这主要是因为掺入的赤泥不仅起到物理填充作用,而且为钢渣的水化反应提供了良好的碱性环境,促进钢渣参与水化反应,生成更多的钙矾石和水化硅酸钙凝胶,改善砂浆的微观结构。

湿选钢渣尾泥的机械活化及其在混凝土中的应用

为实现湿选钢渣尾泥的大规模资源化利用,通过机械活化方法制备钢渣尾泥复合胶凝材料,以铁尾矿和废石为骨料制备C40混凝土,并研究钢渣尾泥复合胶凝材料对混凝土性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫面电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等微观测试手段分析钢渣尾泥复合胶凝材料的水化机理。结果表明:钢渣尾泥比表面积为490 m^(2)/kg时,胶凝材料中钢渣尾泥掺量30%、矿渣55%、脱硫石膏15%条件下,C40混凝土的28 d抗压强度可达42.16 MPa,满足混凝土强度设计要求。复合胶凝材料的水化产物主要为AFt和C-S-H凝胶,随着水化龄期的增加,C-S-H凝胶大量生成并与AFt晶体紧密交织,保证了混凝土的强度增长。

赤泥-钢渣粉-水泥固化流态土性能试验研究

为节约水泥资源,响应“双碳”目标,本文探究以工业固废赤泥和钢渣粉与水泥复合固化流态土,对不同赤泥和钢渣粉掺量下流态固化土的工作性能、抗压强度、电化学阻抗谱和微观结构进行试验研究。结果表明,改变赤泥-钢渣粉掺量可以调控流态固化土工作性能,坍落度随赤泥掺量的增大呈先增大后减小的趋势,赤泥掺量为10%(质量分数)时,坍落度达到最大值,为203.0 mm,凝结硬化时间随赤泥掺量的增大逐渐缩短,初凝时间为250~285 min。流态固化土的抗压强度主要由水化反应生成的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石构成,赤泥掺量为20%(质量分数)时,28 d龄期的抗压强度达到最大值,为4.67 MPa,赤泥和钢渣粉存在协同作用,复掺赤泥和钢渣粉使C-S-H凝胶的生成量增加,流态固化土的力学性能得到了提升。随着赤泥掺量的增大,容抗弧半径、阻抗模值和相位角峰值、孔溶液电阻R_(e)和凝胶中双电层电容Q均呈先增大后减小的趋势,当赤泥、钢渣粉和水泥的质量比为2∶3∶5时均达到最大值,电化学阻抗谱及其等效电路拟合结果与抗压强度变化规律一致,电化学阻抗谱技术用于流态土固化效果的无损测试具有可行性。

钢渣基胶凝材料强度试验与充填料浆管输特性研究

以某选矿高泥全尾砂为骨料,进行新型钢渣基充填胶凝材料强度试验。在胶砂比和料浆浓度相同条件下,该高泥全尾砂充填体强度显著高于42.5水泥,且成本更低。在此基础上,开展不同料浆浓度和胶砂比的高泥全尾砂充填料浆的管输特性试验,包括料浆的流动性参数和稳定性参数,并建立充填料浆管输特性数学模型。结果表明:当料浆浓度提高时,充填料浆稠度、泌水率、分层度均逐渐减小;当胶砂比增大时,料浆稠度逐渐增大,而泌水率逐渐减小。

钢渣—赤泥微晶玻璃的制备及性能

本文以钢铁废渣和赤泥工业废弃物为主要原料，在不外加晶核剂和助熔剂的情况下，利用熔融法制备了微晶玻璃，并对所制备的微晶玻璃进行了DTA、XRD和SEM测试分析。结果表明：在固体废弃物总量达到90％时仍能得到析晶良好的微晶玻璃，其主晶相为钙铝黄长石，次晶相为钙铁透辉石，晶粒形状为颗粒和块状，尺寸在0．2～1μm之间。当钢渣掺量为50％0时获得的微晶玻璃性能最优，其抗折强度达到161．57MPa，显微硬度为839．5MPa，并有较好的化学稳定性。

转炉钢渣球磨尾泥粉作混凝土掺合料的研究

钢渣尾泥是转炉钢渣经湿法球磨、磁选处理后的副产品,其水硬胶凝活性较低。介绍了转炉钢渣球磨尾泥经活化处理后,其水硬胶凝活性明显改善,能生产高性能混凝土,在拓宽钢渣尾泥综合利用途径的同时,实现钢渣综合利用经济效益和环保效益的最大化。

电炉氧化钢渣全组分高效利用的试验研究

提出一种电炉氧化渣资源化利用的新方法并进行了试验研究,即首先对钢渣中铁质金属组分进行磁选回收,然后将剩余尾泥采用3种石膏分别活化处理后用于生产钢渣硅酸盐水泥。结果表明,回收的渣铁粉折合品位为69%,回收率为50.51%,产率为25%;延长电炉氧化钢渣粉磨时间,使钢渣解离度增大,不利于弱磁性矿物的选出,降低了铁质资源的回收率;增加磁选管磁感应强度,可提高弱磁性矿物的选出率,对提高钢渣中铁质资源回收率效果显著;加入适量的石膏类激发剂能够对钢渣尾泥进行化学活化,其中半水石膏的活化效果最佳;活化后的钢渣尾泥可以达到一级钢渣微粉的国标要求,掺入30%尾泥粉的钢渣硅酸盐水泥的各龄期力学性能均达到42.5强度等级的国标要求。

工业固体废弃物在阻燃材料领域的应用进展

随着工业化进程的不断推进,工业固体废弃物的产生量持续增加,不仅对生态环境和人类的健康造成了巨大的负面影响,还导致了资源的严重浪费,也给我国“双碳”目标的顺利实现带来了严峻挑战,如何有效、高值化利用工业固体废弃物已成为亟待解决的关键问题。基于此,从阻燃材料领域的角度综述了粉煤灰、钢渣、尾矿、赤泥等大宗固体废弃物的资源化利用现状,以期为提高我国固体废弃物的利用效率和发展绿色阻燃材料提供参考。在工业固体废弃物产生量大、利用不充分、综合利用产品附加值低的现实背景下,其资源化利用未来应朝着绿色、高效、高质、高值化、规模化的方向发展。

转炉钢渣球磨尾泥活化技术的实验研究

钢渣尾泥是转炉钢渣经湿法球磨、磁选处理后的副产品,其水硬胶凝活性较低。本文介绍了物理和化学活化技术对钢渣尾泥的活化研究,实验结果表明,物理活化法可以显著改善钢渣尾泥的活性,石膏类激发剂对球磨钢渣尾泥化学活化效果较好,烧石膏掺入4%,或者天然石膏掺入5%时,尾泥粉的活性均能达到一级微粉的国标要求。钢渣尾泥粉和钢渣尾渣粉存在互补性,将二者进行复合配比配制钢渣水泥时,尾渣粉可以提高钢渣水泥的力学强度,而尾泥粉则可以改善钢渣水泥的体积安定性。

赤泥、电解锰渣复合激发钢渣活性的研究

选用赤泥、电解锰渣复合激发钢渣活性,系统研究不同比例复合激发剂对钢渣活性的影响以及激发机理。利用XRD和SEM对钢渣胶凝材料水化产物进行矿物相分析和微观表征,比较不同龄期的钢渣活性指数。结果表明,当钢渣、赤泥、电解锰渣三者的质量配合比为3∶1∶2时,对钢渣活性激发效果最佳,钢渣7 d的活性指数从46%提高到82%,28 d的活性指数从61%提高到82%。赤泥、电解锰渣复合激发剂能够促进钢渣水化产物中C-S-H凝胶、AFt晶体的形成,减少了Ca(OH)_2的形成,增大了钢渣水化浆体的密实度,从而提高了钢渣的活性。

钢渣尾泥制备改性粘结剂的研究

通过研究不同活化剂对改性粘结剂的活化效果,选取最佳配比。按照莱钢配比进行造球试验,球团质量差别不大。红外光谱分析表明,该改性添加剂与膨润土相类似,可以用作铁矿球团的造球粘结剂。

钢渣尾泥和电炉渣中磷的赋存状态EPMA分析

高磷钢渣中磷的存在状态非常复杂,导致其作为混凝土掺合料时对水泥的水化过程和水化产物的影响都较为复杂。主要利用电子探针X射线显微分析仪(EPMA)对钢渣尾泥和电炉渣中磷的赋存状态进行了深入研究,为钢渣尾泥和电炉渣在建筑胶凝材料中的大掺量利用及其中磷元素的有效控制提供理论指导。研究表明:钢渣尾泥和电炉渣的主要矿物组成为硅酸二钙(Ca_2SiO_4)、硅酸三钙(Ca_3SiO_5)、氢氧化钙(Ca(OH)_2)、方解石(CaCO_3)、氧化亚铁(FeO)和RO相(MgO、FeO和MnO的固溶体),钢渣尾泥中还含有水化硅酸钙(C-S-H凝胶);钢渣尾泥和电炉渣中P_2O_5的含量分别为1.741%和1.834%;钢渣尾泥和电炉渣中磷主要以固溶体的形式富集于硅酸二钙(Ca_2SiO_4)和硅酸三钙(Ca_3SiO_5)等硅酸盐物相中,P_2O_5的含量为3.195%~7.513%。

改性拜耳法赤泥对钢渣活性激发的研究

选用改性赤泥和水泥熟料作为激发剂,重点研究改性赤泥掺量对钢渣活性的影响.利用XRD和SEM对水化产物和微观形貌进行分析.研究表明,改性赤泥中的可溶性碱能够促进钢渣中的硅铝质活性矿物溶解,有效的提高了钢渣胶凝材料后期强度.后期强度的提高主要是由于水化产物中生成了絮状的C-S-H凝胶,以及片状的物质,但片状物质之间孔隙较多,导致强度提高不明显.综合考虑力学性能、流动性能,改性赤泥的掺量不宜超过8%。

湿选钢渣尾泥制备充填胶凝材料试验研究

钢渣尾泥是转炉钢渣经过湿磨磁选后排出的二次废渣,堆存量大且难以实现大规模资源化利用。以钢渣尾泥为主要原料,协同其他工业固废制备胶凝材料可用于矿山充填。本文开展了钢渣尾泥基充填胶凝材料配合比正交试验、充填材料力学性能测试,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等多种微观测试手段对钢渣尾泥基胶凝材料的水化机理进行分析。结果表明,钢渣尾泥掺量为55%(质量分数,下同),矿渣掺量为30%,脱硫石膏掺量为15%,胶砂质量比为1∶4,料浆浓度为72%时,所制备的充填材料28 d抗压强度可达4.78 MPa,满足矿山充填材料性能的要求。钢渣尾泥基胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石,以及少量的Ca(OH)2,体系内水化产物C-S-H凝胶和钙矾石晶体的数量随着水化龄期的增加而明显增长。