RO相氧化焙烧特性及其氧化产物的醋酸溶解性

通过差示扫描量热分析法(TG-DSC)和物相分析研究RO相氧化焙烧特征,阐明RO相氧化焙烧产物的醋酸溶解性,并检验惰性矿物产品焙烧料的醋酸浸出效果.结果表明:RO相氧化焙烧经历了保持原矿相、一次氧化反应和二次氧化反应3个阶段;一次氧化产物为Ⅰ型镁铁尖晶石,二次氧化产物为Ⅱ型镁铁尖晶石和方镁石,这2类镁铁尖晶石均具有醋酸不溶性;RO相氧化焙烧形成镁铁尖晶石后,可避免因醋酸溶液浸出所导致的全铁(TFe)损失;惰性矿物产品经中温或高温氧化焙烧后,因醋酸溶液浸出所导致的TFe质量损失率可降低98.2%.

钢渣粉磨制备方式对RO相气力选别性的影响

针对3种粉磨设备所制备的5种钢渣粉,从粉体粒度分布均匀性和RO相的粒级分布差异性角度,探索了适合RO相气力分选的钢渣粉磨方式.结果表明:5种钢渣粉粒度分布均符合RRB(Rosin-Rammler-Bennett)方程和分形维数方程;均匀性系数n和分形维数D显示钢渣粉粒度越粗均匀性越好,RO相的密度分离效应就越高;粉磨设备制备钢渣粉均匀性次序为立磨>辊压机>球磨;当钢渣粉在-55μm粒级时,5种钢渣粉中RO相含量随粒度增大而提高,表现出RO相的粒度分离效应,当钢渣粉在+55μm粒级时,RO相含量较低且随粒度增大而降低,大部分RO相与脉石以矿物集合体形式存在;挤压法破碎对RO相选择性解离作用比冲击法强,钢渣粉粗粒级中RO相含量高;根据钢渣粉筛分分选效果,粉磨方式优选次序为辊压机>立磨>球磨.工业化RO相气力分选作业中并存有密度分离效应和粒度分离效应,且前者作用更大.

不同粉碎机理的钢渣中RO相解离性能

为寻求钢渣中RO相解离的最佳粉碎机制,选取高压辊磨机(辊压机)、立式辊磨机(立磨)和球磨机制备的4种粒度分布钢渣粉,每种钢渣粉机械筛分为7个粒级并制成光片。人工统计RO相在5种解离类中分布率、相表面参数,以单体解离度和解离> 75%的含量,2个指标表征解离性能;以相比界面面积和自由表面率,2个参数表征脱离解离量。4种钢渣粉中脱离解离量都高,RO相属于易解离矿物。粉碎设备脱离解离量高低次序为辊压机、立磨、球磨,同一设备粉磨细度越高,脱离解离量越大。RO相粒级解离度以嵌布粒度为界分为解离度平稳区和下降区,平稳区解离度稳定在高值且与设备无关;下降区挤压粉碎设备解离度高,粒级解离度随粒度增大降低幅度较大。

钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征

以钢渣为研究对象,通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)和光学显微分析等研究方法,探究了在微波加热过程中熔融温度、保温时间、降温速率和结晶温度对钢渣中RO相晶体生长的影响,获得了钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征。研究结果表明:钢渣熔融温度为1400℃;降温过程中,RO相的平均粒径随着降温速率的减小而增大,但降温速率过低会导致晶体粒径尺寸分布不均匀。降温速率为1℃/min时,RO相晶体的粒径分布均匀且晶界清晰,结晶温度降低,RO相晶体平均粒径先增加后减小;结晶温度为1180℃时,RO相晶体的平均粒径达到最大值,RO相晶体粒径从26μm长大到43μm,是原晶体平均粒径的近2倍,实现了钢渣中RO相晶体粒径的长大,且晶体形貌完整、晶界分明。微波处理后钢渣分选精矿中全铁(TFe)含量提高至原钢渣分选后精矿的1.2倍。

助磨剂及RO相分选对钢渣胶凝活性的影响

针对钢渣易磨性差、活性低的问题,采用加入助磨剂和RO相分选的方法以降低能耗和提高其活性。通过加入6种助磨剂后对钢渣进行粉磨,探究助磨剂对钢渣粉比表面积、粒度分布、RO相解离度的影响;并对粉磨后的钢渣粉进行RO相分选,研究分选对钢渣RO相含量、活性和水化微观性能的影响。结果表明:助磨剂和RO相分选对钢渣的胶凝活性提高作用明显。助磨剂的加入改善了钢渣粉的粒度分布均匀性,增加了粒径为3~32μm的颗粒含量,提高了钢渣粉的比表面积和RO相解离度,分选降低了钢渣粉中RO相的含量。助磨剂TD(三异丙醇胺和二乙二醇按质量比1∶1复配)的助磨效果最好且对RO相的解离效果达到最大,分选后钢渣粉中RO相含量降低了38.58%,钢渣粉掺量为30%时7和28 d活性指数相较于空白组分别提高了27.32%和21.48%。

钢渣高温重构中RO相的转变规律

对韶钢转炉钢渣进行高温重构,采用化学萃取、XRD分析、化学分析等检测手段分析重构钢渣中C/S对RO相(MgO.FeO)转变的影响。结果显示:当C/S大于2.3时,高温重构促使钢渣中RO相分离,产生游离氧化镁(f-MgO);当C/S介于1.8～2.3时,钢渣中大部分RO相转变为镁铁尖晶石(MgO.Fe2O3),少数RO相保持稳定;当C/S小于1.8时,钢渣中RO相保持稳定。

石灰重构钢渣过程中的物相变化

以石灰作为单一调节材料高温重构钢渣,利用X射线衍射、岩相分析、扫描电子显微镜研究了重构过程中钢渣的矿物组成及RO相的变化,并测定了重构钢渣的安定性和活性指数.结果表明:RO相在CaO作用下优先发生分解反应,其中的FeO随CaO掺量增加依次生成Fe3O4、CF(铁酸一钙)、C2F(铁酸二钙)及Ca2(AlFe)O5(铁铝酸钙)、C4AF(铁铝酸四钙),其中的MgO部分以MgO晶体存在,部分固溶在硅酸盐相和液相中;当CaO/SiO_2摩尔比不够大时,原钢渣中的C3S(硅酸三钙)在重构过程中分解成C2S(硅酸二钙);由于CaO优先与含量较高的铁元素反应,CaO/SiO2摩尔比达到3时仍没有C3S生成,只有当与铁反应完全后多余的CaO才会与C2S反应生成C3S;石灰重构钢渣不会产生安定性不良且胶凝活性明显提高.

钢渣的膨胀相及其对水泥体积稳定性的影响

借助XRD、DTG和SEM分析了钢渣中石灰相和RO相的结构形态、化学组成和水化条件，并讨论了二者与水泥体积稳定性的关系。分析结果表明：石灰相和RO相与水反应的总体能力偏低，且二者的微晶与水反应的能力有强有弱，具有不均一性；石灰相在沸煮条件下就可以水化，RO相在压蒸条件下才能水化，因此，石灰相是影响水泥的沸煮安定性和压蒸安定性的主要原因，RO相只影响水泥的压蒸安定性，且不是引起水泥压蒸安定性不良的主要原因；钢渣水泥的体积安定性不仅与钢渣中石灰相和RO相的化学组成有关，而且还和钢渣的掺量有关。

高活性钢渣粉的制备及性能分析

使用4种不同助磨剂对钢渣进行粉磨,并对粉磨后的钢渣粉进行MgO、FeO、MnO等二价金属氧化物固溶体(RO)相分选。对分选前后钢渣粉活性进行研究,通过RO相含量的变化,探索了分选前后钢渣粉的活性差异。结果表明:分选后的钢渣粉活性高于粉磨钢渣粉。其中木钙分选组钢渣粉中RO相降低了43.18%,其水化活性最好,钢渣-水泥浆体28 d强度达到55.83 MPa,非蒸发水含量为18.50%;分选后的钢渣粉浆体水化产物的种类没有改变,但水化产物的数量增加,钢渣的活性得到有效提高。

钢渣引起水泥体积安定性问题的探讨

应用X射线衍射分析、差热-热重分析、扫描电子显微镜-能量色散仪观察分析等手段,研究转炉钢渣中MgO,f-CaO相和RO相的微观结构特征、水化特点和膨胀规律.结果表明:转炉钢渣中MgO与FeO,MnO形成MgO基连续固溶体RO相,化学式为MgO.1.20FeO.0.05MnO.0.03CaO,压蒸条件下稳定.MgO固溶FeO和MnO会使其水化活性下降,当FeO/MgO摩尔比和MnO/MgO摩尔比分别为1︰1和0.5︰1时,RO相是稳定相.钢渣对水泥安定性的不良影响是由其f-CaO相水化反应造成的.钢渣中f-CaO相固溶0.15mol FeO,晶粒大,晶胞参数小,分布均匀,标准沸煮法检验只有46.2%(质量分数)水化消解,即使沸煮8h也只有70.8%(质量分数)水化消解.钢渣水泥安定性应采用压蒸法检验.钢渣水泥20℃水养护条件下快速膨胀2个月、慢速膨胀约15个月,膨胀缓和、周期长,有补偿大体积混凝土温度应力的作用.

钢渣的体积安定性问题及稳定化处理的国内研究进展

钢渣的体积安定性不良问题是制约其大宗量开发利用的重要原因之一。分析了引起钢渣体积安定性不良的三个重要因素(游离氧化钙、游离氧化镁和RO相),综述了钢渣骨料和钢渣微粉对水泥基材料体积稳定性的影响及危害,并介绍了一些改善钢渣骨料混凝土体积稳定性的探索工作,最后分析总结了钢渣体积安定化处理的技术进展。基于钢渣体积安定性问题及稳定化处理的研究现状,提出了今后需要加强探索与研究的几点建议。

低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究—V钢渣的膨胀及抑制

通过XRD、DTA -TG、OM等手段研究了钢渣的膨胀及抑制机理。结果表明 :RO相在压蒸条件下是相对稳定的 ;f—CaO较高会影响蒸养安定性 ;压蒸安定性不良是由于方镁石含量较高所致 。

钢渣中非稳定性物质微观结构和性能的研究现状与展望

钢渣中f-CaO、f-MgO和RO相等非稳定性物质是影响其安定性的主要物质,限制了钢渣大规模资源化利用。直接法研究表明:在中、高碱度钢渣中存在大量的大尺寸球形呈聚集分布的f-CaO,降低碱度和气淬、热焖等处理方式可降低f-CaO含量和颗粒尺寸;化学合成CaO法研究表明,Fe和Mn离子掺杂会使f-CaO致密度升高,晶粒尺寸减小,其中Mn^(2+)对晶粒尺寸减小作用更强。进一步论述了钢渣中f-CaO水化特性、钢渣体积膨胀率,以及f-CaO水化膨胀的相应数学模型和钢渣集料体积膨胀演化模型,压蒸粉化率与单粒径钢渣膨胀力的相互关系等进展。之后,综述了钢渣中f-MgO和RO相微观结构和水化特性,结果表明:钢渣碱度增加可促进方镁石形成,有利于MnO固溶到MgO-FeO固溶体;RO相水化活性与碱度、KM=nMgO/n(FeO+MnO)直接相关,钢渣中RO相并非稳定,当KM≥1时可能造成稳定性破坏。最后,指出了今后的研究方向:在不同钢渣碱度、处理工艺、陈化时间、水化程度等因素下,非稳定性物质在钢渣中水化反应速度、离子传输过程、显微结构层面力的传导机制;钢渣中活性矿物水化产物离子对非稳定性物质水化过程影响及其与钢渣膨胀特性、长期稳定性的关系;钢渣稳定性的判定标准、评价方法与其长期稳定性的关系。

转炉钢渣中MgO存在形态及压蒸检验方法探讨

通过对一条热浸镀锌铝合金生产线产渣率高问题案例的分析，论证了以下事实：铁在锌铝合金熔体内的实际溶解量达到其平衡溶解度数倍，析出的铁铝合金化合物数量随着含铝量的下降显著减少，大约在低于35％铝成分时底渣全部转变为顶渣，铁铝化合物会相互碰撞聚集而长大，并吸附大量的熔体一起成为顶渣。

Fe2O3-FeO-MgO-O2体系中二价金属氧化物形成的热力学分析

采用Factsage热力学软件模拟了Fe2O3-FeO-MgO-O2体系中二价金属氧化物(RO相)的形成过程,包括不同成分、不同温度和不同氧分压对RO相形成过程的影响,并对RO相中各组元的活度进行了模拟计算。结果表明,随原料中Fe2O3含量的增加,RO相的开始熔化温度逐渐降低。模拟形成的RO相由MgO、Fe2O3和FeO组成,并且随温度升高,体系中Fe2O3逐渐失去O转变成FeO。在1650℃条件下,原料中Fe2O3含量的增加能够提高RO相中Fe2O3和FeO的活度,降低MgO的活度。降低氧分压能够加速Fe2O3向FeO转变,当氧分压从21.278 kPa降到1.013×10^-6kPa,RO相中的Fe2O3能够降到1.96 g以下,Fe元素主要以FeO的形式存在,模拟计算得到的RO相的成分更接近实际转炉渣中RO相的成分。

钢渣中水化惰性矿物的化学物相分析

为评价钢渣胶凝活性和检测钢渣活化加工工艺技术指标,探索了钢渣中金属Fe、Fe_3O_4和RO相3种惰性矿物含量的化学物相分析方法。钢渣中Fe含量测定采用碘乙醇溶液选择性溶解法,在该法中Fe是唯一可溶性矿物成分,由溶解量测定出Fe含量。Fe_3O_4含量测定采用10%HNO3溶液选择性溶解法,不溶性矿物包括Fe_3O_4和耐火材料杂质,磁性不溶物即为Fe_3O_4。钢渣中RO相含量测定采用EDTA-DEA-TEA(乙二胺四乙酸二钠-二乙胺-三乙醇胺)选择性溶解法,不溶性成分包括Fe、Fe_3O_4、RO相和耐火材料杂质,由磁性不溶物量减去Fe、Fe_3O_4含量即为RO相含量。钢渣矿物相粒度小且相互包裹,为确保溶解精度需采用溶解(1.5 h)–湿磨–再溶解(1.5 h)3步工序,中间湿磨后试样为6或8μm以下,溶液温度保持30℃。

转炉钢渣矿物相分析和水化反应动力学

以太钢转炉钢渣为研究对象，采用光学显微镜、扫描电子显微镜和能量色散谱仪，鉴定钢渣矿物相并测定岩相的化学成分，转炉钢渣不含游离态的方镁石。MgO与FeO、MnO形成连续固溶体RO相，f-CaO相，硅酸盐矿物相C2S、C3S，和复杂的铁铝酸钙固溶体等矿物相。采用XRD的K值法测定钢渣中主要矿物相含量为β—C：S（30．8％），C2F（18．1％），RO相（14．48％），C，S（10．14％），C，A（8．87％），f-CaO（4．5％）及Ca（OH）：（4．3％）。热导式等温量热仪测定钢渣水化放热特征，20℃等温水化放热曲线只有一个窄小的放热峰，3d、7d放热量分别是24．8J／g和44．8J／g，为硅酸盐水泥的1／10、1／7。其水化反应的历程为结晶成核与晶体生长（NG），相边界反应（I）两个过程；NG、I过程的反应速率常数分别为硅酸盐水泥的33．3％、38．2％。钢渣水化反应速率低，一直水化到7d，也没有转化为扩散（D）控制过程。转炉钢渣水化反应活化能分别为硅酸盐水泥的27．4％、51．1％。

钢渣膨胀抑制的最新进展

介绍了游离氧化钙和RO相引起钢渣膨胀的最新理论和抑制膨胀的措施。

钢渣膨胀机理及抑制方法的研究

钢渣是炼钢过程中产生的一种副产品,长期以来作为废弃物抛弃。钢渣的资源化利用是我国发展循环经济的重要内容之一,带来巨大的经济效益、环境效益和社会效益。我国钢渣在道路工程、建材原料、农业肥料以及化工原料等领域中的资源化利用的现状和进展,指出我国的钢渣具有很大的潜力。但是钢渣的膨胀性制约了钢渣应用的范围,本文介绍了游离Ca0和R0相引起钢渣膨胀的最新理论和抑制膨胀的措施。

低碱度含FeO渣热分解H_(2)O/CO_(2)制取H_(2)/CO

以转炉钢渣为原料,通过高温重熔获得不同碱度渣样并开展H_(2)O/CO_(2)氧化试验,在获得H_(2)/CO气体能源的同时改善渣样磁性,提升渣综合利用率。试验结果表明,随着碱度增加,析出主要物相从橄榄石到镁蔷薇辉石最终向硅酸二钙转变,与此同时,固溶在其中的RO相逐渐溶出。相同亚铁含量下,高碱度渣样能够大幅度改善氧化反应效率,碱度1.83渣样最高产气量为H_(2)(32.3 cm^(3)/g)、CO(22.1 cm^(3)/g),反应率分别达到了83.7%、57%,碱度1.13的渣样反应率分别仅为40.5%、32%。氧化后的渣样磁选效率均有提高,碱度2.13渣样从14.85%增加到78.75%。