煤基固废复合改性剂高温重构钢渣的性能及机理研究

为了促进钢渣(steel slag,SS)和煤基固废的综合利用,研究了煤基固废复合改性剂(CMCSR)(煤气化渣-硅钙渣-煤田区域水库底泥)对高温重构钢渣(SHTM)的胶凝性能和体积稳定性的影响,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等测试方法,对重构钢渣的物相组成、微观结构及高温重构机理进行分析。结果表明:CMCSR可以提高钢渣的胶凝性能,显著降低了钢渣中游离氧化钙(f-CaO)含量。当重构温度为1250℃,CMCSR掺量为25%时,重构钢渣28 d活性指数比原钢渣可提高16.1%,重构钢渣中f-CaO的含量由4.04%降至1.90%,满足《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(GB/T 20491—2017)中f-CaO含量≤3%的要求。CMCSR掺量由15%增加至35%,重构钢渣中形成透辉石(CMS2)、钙铝黄长石(C_(2)AS)、C_(3)A等硅铝基矿物。高温重构过程促使RO相(CaO-FeO-MnO-MgO固溶体)中的FeO转变为镁铁尖晶石(MgFe_(2)O_(4))和磁铁矿(Fe_(3)O_(4))。重构温度为1250℃,掺25%CMCSR的重构钢渣形成结晶良好、粒径可达10μm以上椭圆形的C_(2)S颗粒。掺入煤基固废复合改性剂的高温改性钢渣,其体积稳定性、胶凝活性和易磨性得到了有效改善,从而为钢渣的低能耗细磨加工进行制品开发,或在水泥和混凝土中的直接应用提供了可能,实现了煤基固废与冶金固废的协同利用。