鋼渣的建材資源化利用說(shuō)課講解

1、鋼渣的建材資源化利用一、鋼渣的產(chǎn)生及帶來(lái)的問(wèn)題一、鋼渣的產(chǎn)生及帶來(lái)的問(wèn)題1.1 鋼渣鋼渣的的產(chǎn)生產(chǎn)生 鋼渣是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣。鋼鋼渣是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣。鋼渣主要來(lái)自爐料中各元素被氧化后生成渣主要來(lái)自爐料中各元素被氧化后生成的氧化物和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的氧化物和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料。的造渣材料。1.2 鋼渣帶來(lái)的問(wèn)題鋼渣帶來(lái)的問(wèn)題圖1.1 粗鋼和鋼渣產(chǎn)量走勢(shì)圖20072008200920102011201201234567億噸年份 鋼渣產(chǎn)量粗鋼產(chǎn)量我國(guó)我國(guó),2011,2011年累計(jì)鋼渣堆存量為年累計(jì)鋼渣堆存量為9.269.26億噸，億噸，20122012年為年為101

2、0億噸左億噸左右。大量的鋼渣，不僅侵占耕地，而且還會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境和地下右。大量的鋼渣，不僅侵占耕地，而且還會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境和地下水造成污染。水造成污染。二、鋼渣綜合利用的現(xiàn)狀二、鋼渣綜合利用的現(xiàn)狀u冶金領(lǐng)域的應(yīng)用：作冶煉熔劑，作脫冶金領(lǐng)域的應(yīng)用：作冶煉熔劑，作脫S S劑。劑。u工程領(lǐng)域的應(yīng)用：路基材料、回填工程材料。工程領(lǐng)域的應(yīng)用：路基材料、回填工程材料。u建材領(lǐng)域：混凝土摻合料、集料，生產(chǎn)鋼渣磚或微晶建材領(lǐng)域：混凝土摻合料、集料，生產(chǎn)鋼渣磚或微晶玻璃等。玻璃等。u水泥工業(yè)：水泥工業(yè)：作水泥混合材、作水泥混合材、生產(chǎn)鋼渣水泥、水泥生產(chǎn)生產(chǎn)鋼渣水泥、水泥生產(chǎn)的鐵質(zhì)原料等。的鐵質(zhì)原料等。u農(nóng)業(yè)方面：作磷

3、肥和酸性土壤改良劑農(nóng)業(yè)方面：作磷肥和酸性土壤改良劑 。u環(huán)保方面：處理廢水。環(huán)保方面：處理廢水。u其它其它: :工業(yè)或醫(yī)用發(fā)熱劑、干燥劑工業(yè)或醫(yī)用發(fā)熱劑、干燥劑。2.1 鋼渣的利用領(lǐng)域鋼渣的利用領(lǐng)域（2 2）國(guó)內(nèi)：）國(guó)內(nèi)：我國(guó)我國(guó)20112011年鋼渣綜合利用率約為年鋼渣綜合利用率約為95%95%（？）（？）。但。但是按資源性和有效性評(píng)定，我國(guó)鋼渣實(shí)際利用率僅為是按資源性和有效性評(píng)定，我國(guó)鋼渣實(shí)際利用率僅為40%40%左右左右, ,而且僅有而且僅有10%10%用于建材領(lǐng)域；只有約用于建材領(lǐng)域；只有約3%3%用于水泥。用于水泥。（1 1）發(fā)達(dá)國(guó)家：）發(fā)達(dá)國(guó)家：鋼渣總體利用率相對(duì)較高，己接近鋼渣總

4、體利用率相對(duì)較高，己接近100%100%； 但在水泥及混凝土方面利用的效率還相當(dāng)?shù)?。但在水泥及混凝土方面利用的效率還相當(dāng)?shù)汀?.2 國(guó)內(nèi)外鋼渣利用現(xiàn)狀對(duì)比國(guó)內(nèi)外鋼渣利用現(xiàn)狀對(duì)比日本日本的鋼渣在水泥生產(chǎn)中的利用率不到的鋼渣在水泥生產(chǎn)中的利用率不到6%6%；德國(guó)德國(guó)的鋼渣利用率雖高，但基本上全部用作了集料，很的鋼渣利用率雖高，但基本上全部用作了集料，很少用于水泥。少用于水泥。美國(guó)美國(guó)在上世紀(jì)在上世紀(jì)9090年代以前僅年代以前僅1%1%的水泥生產(chǎn)利用了鋼渣。的水泥生產(chǎn)利用了鋼渣。三、鋼渣利用中存在的問(wèn)題三、鋼渣利用中存在的問(wèn)題 制約鋼渣利用的因素制約鋼渣利用的因素 鋼渣具有類似硅酸鹽水泥熟料的礦物組

5、成，理論上分鋼渣具有類似硅酸鹽水泥熟料的礦物組成，理論上分析應(yīng)該具有較高的膠凝性，在水泥和混凝土方面具有很大析應(yīng)該具有較高的膠凝性，在水泥和混凝土方面具有很大的應(yīng)用潛力。但鋼渣在水泥領(lǐng)域的利用量尚不足總排放量的應(yīng)用潛力。但鋼渣在水泥領(lǐng)域的利用量尚不足總排放量的的3 3。主要原因是存在以下幾個(gè)問(wèn)題：。主要原因是存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1） 鋼渣安定性不良鋼渣安定性不良鋼渣中含有大量不穩(wěn)定的游離鋼渣中含有大量不穩(wěn)定的游離MgOMgO和和f-CaOf-CaO、FeOFeO。游離游離MgOMgO和和f-CaOf-CaO形成溫度較高、結(jié)晶較好，因而活性形成溫度較高、結(jié)晶較好，因而活性較低，水化很慢，容易造成

6、水泥硬化后期的膨脹。所較低，水化很慢，容易造成水泥硬化后期的膨脹。所以鋼渣用于生產(chǎn)水泥，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，以解決以鋼渣用于生產(chǎn)水泥，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，以解決安定性不良問(wèn)題。安定性不良問(wèn)題。鋼渣的礦物雖與硅酸鹽水泥熟料相似，但活性礦物量鋼渣的礦物雖與硅酸鹽水泥熟料相似，但活性礦物量較少，另外鋼渣經(jīng)歷了過(guò)高溫度的作用，其礦物活性較水較少，另外鋼渣經(jīng)歷了過(guò)高溫度的作用，其礦物活性較水泥熟料中的礦物低的多。鋼渣在急冷過(guò)程中形成了大量的泥熟料中的礦物低的多。鋼渣在急冷過(guò)程中形成了大量的玻璃體玻璃體，使鋼渣在自然條件下無(wú)法與水反應(yīng)。，使鋼渣在自然條件下無(wú)法與水反應(yīng)。（2） 鋼渣活性較低鋼渣活性較低鋼渣

7、中含有大量的金屬鐵，使其難以磨細(xì)。為使鋼鋼渣中含有大量的金屬鐵，使其難以磨細(xì)。為使鋼渣具有較好的水化活性，必須將鋼渣粉磨至一定細(xì)度，渣具有較好的水化活性，必須將鋼渣粉磨至一定細(xì)度，使得鋼渣的處理成本增加。使得鋼渣的處理成本增加。 （3）鋼渣易磨性差）鋼渣易磨性差四、四、鋼渣性能優(yōu)化處理技術(shù)鋼渣性能優(yōu)化處理技術(shù)針對(duì)制約鋼渣利用存在的問(wèn)題，要使鋼渣高效、針對(duì)制約鋼渣利用存在的問(wèn)題，要使鋼渣高效、大量地應(yīng)用于水泥和混凝土生產(chǎn)，必須采用適當(dāng)大量地應(yīng)用于水泥和混凝土生產(chǎn)，必須采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▽?duì)其性能優(yōu)化，目前常用的方法是對(duì)的處理方法對(duì)其性能優(yōu)化，目前常用的方法是對(duì)其活性激發(fā)，包括物理激發(fā)、化學(xué)激發(fā)、熱

8、力激其活性激發(fā)，包括物理激發(fā)、化學(xué)激發(fā)、熱力激發(fā)以及復(fù)合激發(fā)等。發(fā)以及復(fù)合激發(fā)等。4.1 激發(fā)活化技術(shù)激發(fā)活化技術(shù)即用機(jī)械的方法提高鋼渣的細(xì)度。細(xì)度越大，其潛即用機(jī)械的方法提高鋼渣的細(xì)度。細(xì)度越大，其潛在的水硬性被激發(fā)出來(lái)的速度越快。當(dāng)鋼渣比表面積在的水硬性被激發(fā)出來(lái)的速度越快。當(dāng)鋼渣比表面積達(dá)到達(dá)到400-500m400-500m2 2/kg/kg時(shí)，其內(nèi)在活性能較充分地發(fā)展，從時(shí)，其內(nèi)在活性能較充分地發(fā)展，從而使水泥的早期強(qiáng)度增大。而使水泥的早期強(qiáng)度增大。甄廣常等用足夠細(xì)的磨細(xì)鋼渣粉制得了鋼渣摻量達(dá)3050 的525#復(fù)合硅酸鹽水泥。寶鋼也多次用磨細(xì)鋼渣粉作砼摻合料并在場(chǎng)坪、道路中獲得成功

9、應(yīng)用。（1）物理激發(fā)）物理激發(fā)通過(guò)加入激發(fā)劑來(lái)激發(fā)鋼渣的活性。通過(guò)加入激發(fā)劑來(lái)激發(fā)鋼渣的活性。提高液相堿度的方法來(lái)加速鋼渣的水化硬化。堿性提高液相堿度的方法來(lái)加速鋼渣的水化硬化。堿性激發(fā)劑提高液相的堿度，液相的激發(fā)劑提高液相的堿度，液相的pHpH值保持在接近值保持在接近1212，當(dāng)與硫酸根離子共存時(shí)，促進(jìn)鈣礬石的形成；促進(jìn)當(dāng)與硫酸根離子共存時(shí)，促進(jìn)鈣礬石的形成；促進(jìn)C C3 3S S、C C2 2S S水化，使膠凝產(chǎn)物的量增加。常用的激發(fā)劑有石膏、水化，使膠凝產(chǎn)物的量增加。常用的激發(fā)劑有石膏、熟料、石灰和堿金屬的硅酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物等。熟料、石灰和堿金屬的硅酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物等。（2）

10、化學(xué)激發(fā)）化學(xué)激發(fā)林宗壽等將鋼渣、粉煤灰、石膏按比例混合均勻，林宗壽等將鋼渣、粉煤灰、石膏按比例混合均勻，加水成型、蒸氣養(yǎng)護(hù)、陳化、烘干、磨細(xì)作為預(yù)處加水成型、蒸氣養(yǎng)護(hù)、陳化、烘干、磨細(xì)作為預(yù)處理料。經(jīng)過(guò)測(cè)試可知，采用熱力活化可以得到活性理料。經(jīng)過(guò)測(cè)試可知，采用熱力活化可以得到活性相當(dāng)高的鋼渣粉煤灰處理料，摻量達(dá)相當(dāng)高的鋼渣粉煤灰處理料，摻量達(dá)35-40%35-40%時(shí)時(shí), ,仍可仍可穩(wěn)定生產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)425425號(hào)早強(qiáng)型水泥。號(hào)早強(qiáng)型水泥。Guangren QianGuangren Qian和和Caijun ShiCaijun Shi分別采用高壓水熱反應(yīng)分別采用高壓水熱反應(yīng)法，使無(wú)膠凝性的鈣鐵

11、橄欖石生成水榴石和水化硅法，使無(wú)膠凝性的鈣鐵橄欖石生成水榴石和水化硅酸鈣，提高了鋼渣的活性。酸鈣，提高了鋼渣的活性。（3）熱力激發(fā)）熱力激發(fā) 造成鋼渣安定性不良的主要原因是游離造成鋼渣安定性不良的主要原因是游離CaOCaO、MgOMgO及及MgOMgO含量較高的含量較高的RORO相活性低、水化慢，相活性低、水化慢，后期慢慢水化造成體積膨脹。后期慢慢水化造成體積膨脹。 為了解決鋼渣安定性問(wèn)題，可采用以下措施對(duì)為了解決鋼渣安定性問(wèn)題，可采用以下措施對(duì)其膨脹進(jìn)行抑制。其膨脹進(jìn)行抑制。4.2 改善鋼渣安定性的措施改善鋼渣安定性的措施燜渣是將熱態(tài)燜渣是將熱態(tài)(600(600以上以上) )鋼渣置于密閉的鋼

12、罐內(nèi)，鋼渣置于密閉的鋼罐內(nèi)，然后對(duì)其進(jìn)行間歇式噴水使鋼渣急冷，利用急冷時(shí)然后對(duì)其進(jìn)行間歇式噴水使鋼渣急冷，利用急冷時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使鋼渣龜裂破碎。噴水產(chǎn)生的飽和產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使鋼渣龜裂破碎。噴水產(chǎn)生的飽和蒸氣滲入渣中，使渣中蒸氣滲入渣中，使渣中f-CaOf-CaO燜解，鋼渣中燜解，鋼渣中f-CaOf-CaO含含量顯著降低量顯著降低(1.5%)(1.5%)，從而使鋼渣安定性得到改善。，從而使鋼渣安定性得到改善。燜渣處理后，鋼渣的活性有時(shí)會(huì)降低。但也有研燜渣處理后，鋼渣的活性有時(shí)會(huì)降低。但也有研究報(bào)道，燜渣處理使鋼渣比表面積大幅度提高，鋼究報(bào)道，燜渣處理使鋼渣比表面積大幅度提高，鋼渣中活性礦物的水

13、化速率提高，從而使得鋼渣的活渣中活性礦物的水化速率提高，從而使得鋼渣的活性得到提高。性得到提高。（1）燜渣處理）燜渣處理 陳化處理是消除鋼渣中膨脹組分的最簡(jiǎn)單有陳化處理是消除鋼渣中膨脹組分的最簡(jiǎn)單有效的方法，可有效降低效的方法，可有效降低f-CaOf-CaO含量，但陳化的時(shí)含量，但陳化的時(shí)間一般較長(zhǎng)，另外需要大面積的堆放場(chǎng)地，容間一般較長(zhǎng)，另外需要大面積的堆放場(chǎng)地，容易對(duì)渣場(chǎng)環(huán)境造成污染。易對(duì)渣場(chǎng)環(huán)境造成污染。 （2）陳化）陳化細(xì)磨加工，提高了細(xì)磨加工，提高了f-CaOf-CaO的分散度，可以大幅的分散度，可以大幅度降低水化時(shí)產(chǎn)生的局部膨脹應(yīng)力；產(chǎn)生機(jī)械力度降低水化時(shí)產(chǎn)生的局部膨脹應(yīng)力；產(chǎn)生機(jī)

14、械力化學(xué)變化化學(xué)變化( (如：礦物晶格畸變、缺陷等如：礦物晶格畸變、缺陷等) )，使鋼渣中，使鋼渣中f f-CaO-CaO的活性提高，水化速率加快。提高了鋼渣中的活性提高，水化速率加快。提高了鋼渣中玻璃體的活性，改善了漿體內(nèi)部的應(yīng)力匹配，從而玻璃體的活性，改善了漿體內(nèi)部的應(yīng)力匹配，從而有效地改善了鋼渣的安定性。有效地改善了鋼渣的安定性。 朱明等對(duì)死燒f-CaO的研究表明，當(dāng)將f-CaO粉磨至1110m2/kg時(shí)，向普通水泥中外摻6.8%的f-CaO時(shí)，水泥的安定性仍然合格。（3）機(jī)械力化學(xué)改性）機(jī)械力化學(xué)改性 從生產(chǎn)源頭控制膨脹組分的含量。從生產(chǎn)源頭控制膨脹組分的含量。 為降低鋼渣中的為降低鋼

15、渣中的f-MgOf-MgO含量，盡量不用白云石或含量，盡量不用白云石或方鎂石作造渣料。方鎂石作造渣料。 為降低為降低f-CaOf-CaO含量，在初次處理時(shí)選用合適的處理含量，在初次處理時(shí)選用合適的處理工藝。例如：往高溫液態(tài)鋼渣中加入氧氣和砂，使工藝。例如：往高溫液態(tài)鋼渣中加入氧氣和砂，使f f-CaO-CaO熔解并化學(xué)結(jié)晶，該工藝于熔解并化學(xué)結(jié)晶，該工藝于19961996年應(yīng)用到德國(guó)年應(yīng)用到德國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)線上，使鋼渣中的鋼鐵生產(chǎn)線上，使鋼渣中f-CaOf-CaO的含量降到的含量降到1 1以以下。下。 （4）改進(jìn)煉鋼工藝）改進(jìn)煉鋼工藝5.1 鋼渣重構(gòu)鋼渣重構(gòu) 要大量、高附加值的利用鋼渣，最好的處

16、理方式就要大量、高附加值的利用鋼渣，最好的處理方式就是將其用于水泥和混凝土方面。為此，提出鋼渣重構(gòu)，是將其用于水泥和混凝土方面。為此，提出鋼渣重構(gòu)，即按水泥熟料組成調(diào)整鋼渣化學(xué)成分，使其形成較多即按水泥熟料組成調(diào)整鋼渣化學(xué)成分，使其形成較多的活性礦物并改善安定性。的活性礦物并改善安定性。表表5 5.1 .1 鋼渣和硅酸鹽熟料化學(xué)成分對(duì)比鋼渣和硅酸鹽熟料化學(xué)成分對(duì)比五、鋼渣利用研究五、鋼渣利用研究185.1.1 重構(gòu)鋼渣的制備重構(gòu)鋼渣的制備重構(gòu)鋼渣原料配比如下表，重構(gòu)溫度為重構(gòu)鋼渣原料配比如下表，重構(gòu)溫度為12801280，保溫保溫60min60min，快速風(fēng)冷。，快速風(fēng)冷。表表5 5. .2

17、2 鋼渣重構(gòu)配比鋼渣重構(gòu)配比樣品樣品A1(%) A2(%) A3(%) A4(%) A5(%)鋼渣鋼渣10070778085石灰石石灰石020151510粘土粘土0108551020304050602/A5A4A3A1A2C3S C2S C2F C6A2F Fe2O3 與原始鋼渣相比，重構(gòu)鋼渣中與原始鋼渣相比，重構(gòu)鋼渣中C3S和和C2S等膠凝性礦物等膠凝性礦物對(duì)應(yīng)的衍射峰顯著增強(qiáng)，包含的面積也有一定程度的增大，對(duì)應(yīng)的衍射峰顯著增強(qiáng)，包含的面積也有一定程度的增大，這說(shuō)明鋼渣經(jīng)重構(gòu)后，生成了更多的膠凝性礦物這說(shuō)明鋼渣經(jīng)重構(gòu)后，生成了更多的膠凝性礦物。圖5.1 重構(gòu)鋼渣的XRD圖譜5.1.2 重構(gòu)鋼

18、渣的物理性能重構(gòu)鋼渣的物理性能樣品樣品標(biāo)準(zhǔn)稠標(biāo)準(zhǔn)稠度需水度需水量量/%/%初凝時(shí)初凝時(shí)間間/min/min終凝時(shí)間終凝時(shí)間/min/min沸煮安定沸煮安定性性壓蒸安定性壓蒸安定性A1A10.260.26485485756756合格合格0.510.51（不合格）（不合格）A2A20.270.27425425654654合格合格0. 0.3939（合格）（合格）A3A30.280.28396396581581合格合格0.360.36（合格）（合格）A4A40.280.28372372552552合格合格0.050.05（合格）（合格）A5A50.270.27433433635635合格合格0.35

19、0.35（合格）（合格）與原始鋼渣比，重構(gòu)鋼渣的凝結(jié)時(shí)間明顯縮短，安定性與原始鋼渣比，重構(gòu)鋼渣的凝結(jié)時(shí)間明顯縮短，安定性得到顯著改善。得到顯著改善。表表5 5. .3 3 不同配比下重構(gòu)鋼渣的性能不同配比下重構(gòu)鋼渣的性能 將鋼渣粉磨至過(guò)將鋼渣粉磨至過(guò)200200目篩篩余目篩篩余10%10%，按照標(biāo)稠用水量成，按照標(biāo)稠用水量成型型2 22 22cm2cm凈漿試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)其各齡期抗壓強(qiáng)度。凈漿試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)其各齡期抗壓強(qiáng)度。復(fù)摻校正復(fù)摻校正材料制備的重材料制備的重構(gòu)鋼渣與鋼渣構(gòu)鋼渣與鋼渣相比，抗壓強(qiáng)相比，抗壓強(qiáng)度顯著提高。度顯著提高。圖5.2鋼渣重構(gòu)后試樣各齡期的強(qiáng)度0102030101

20、520253035A5A4A3A2A1抗壓強(qiáng)度/MPa時(shí)間/d樣樣品品鋼渣鋼渣/%重構(gòu)鋼渣重構(gòu)鋼渣/%P.O熟料熟料/%標(biāo)準(zhǔn)稠度標(biāo)準(zhǔn)稠度/%初凝時(shí)間初凝時(shí)間/min終凝時(shí)終凝時(shí)間間/min壓蒸壓蒸安定性安定性A1400600.28321432不合格不合格A2040600.27253367合格合格A3300700.28286377A4030700.28235367A5200800.28286377A6020800.28220337A7100900.28217327A8010900.28203325A9001000.271823055.1.3 重構(gòu)鋼渣對(duì)水泥物理性能的影響重構(gòu)鋼渣對(duì)水泥物理性能的影

21、響l 摻重構(gòu)鋼渣制備的水泥的凝結(jié)時(shí)間縮短，壓蒸安定性合格，而摻摻重構(gòu)鋼渣制備的水泥的凝結(jié)時(shí)間縮短，壓蒸安定性合格，而摻原始鋼渣的水泥壓蒸安定性不合格。原始鋼渣的水泥壓蒸安定性不合格。l 說(shuō)明添加重構(gòu)鋼渣制成的水泥物理性能較好，水化活性較高說(shuō)明添加重構(gòu)鋼渣制成的水泥物理性能較好，水化活性較高。表表5 5. .4 4重構(gòu)鋼渣摻量對(duì)水泥性能的影響重構(gòu)鋼渣摻量對(duì)水泥性能的影響圖圖5. 5.3 3 按鋼渣按鋼渣: :石灰石石灰石: :粘土為粘土為16:3:116:3:1的比例重構(gòu)鋼渣。將重構(gòu)鋼渣和的比例重構(gòu)鋼渣。將重構(gòu)鋼渣和鋼渣粉磨至過(guò)鋼渣粉磨至過(guò)200200目篩篩余目篩篩余10%10%，按不同摻量添加

22、到硅酸鹽水，按不同摻量添加到硅酸鹽水泥熟料中，添加泥熟料中，添加5%5%石膏，按照標(biāo)稠用水量成型石膏，按照標(biāo)稠用水量成型2 22 22cm2cm凈漿凈漿試樣，養(yǎng)護(hù)，測(cè)其各齡期抗壓強(qiáng)度。試樣，養(yǎng)護(hù)，測(cè)其各齡期抗壓強(qiáng)度。摻量相同時(shí)，摻重?fù)搅肯嗤瑫r(shí)，摻重構(gòu)鋼渣的水泥漿體構(gòu)鋼渣的水泥漿體各齡期抗壓強(qiáng)度明各齡期抗壓強(qiáng)度明顯高于摻鋼渣的水顯高于摻鋼渣的水泥漿體。泥漿體。0102030405060152025303540455055606570758085b-7db-28da-28da-7db-3da-3d抗壓強(qiáng)度/MPa摻量/%表表5.5 重構(gòu)鋼渣中重構(gòu)鋼渣中MgO分布情況分布情況名稱名稱MgO硅酸鹽相硅

23、酸鹽相中間相中間相RO 游離態(tài)游離態(tài)總量總量/g質(zhì)量質(zhì)量/g百分比百分比/w%質(zhì)量質(zhì)量/g百分比百分比/w%質(zhì)量質(zhì)量/g百分比百分比/w%質(zhì)量質(zhì)量/g百分比百分比/w%原鋼渣原鋼渣8.770.809.180.202.243.0434.614.7353.97重構(gòu)重構(gòu)鋼渣鋼渣CaO/CaO/SiO2SiO22.252.258.16 62.3 3028.1928.190.880.8810.780.784.164.1650.9850.980.828210.0510.052.52.50 08.16 62.5 5631.3 370.990.9912.13134.004.0049.029.020.6 617

24、.487.482.752.758.182.3428.618.610.95958.398.394.114.1150.2450.240.78789.549.54 5.1.4 重構(gòu)對(duì)鋼渣中重構(gòu)對(duì)鋼渣中MgO分布的影響分布的影響255.2.1 地質(zhì)聚合物定義地質(zhì)聚合物定義地質(zhì)聚合物是一類新型的無(wú)機(jī)非金屬材料，它地質(zhì)聚合物是一類新型的無(wú)機(jī)非金屬材料，它以富含硅、鋁、氧等元素的硅鋁質(zhì)材料以富含硅、鋁、氧等元素的硅鋁質(zhì)材料(鋼渣、粉煤鋼渣、粉煤灰、礦渣、高嶺土等灰、礦渣、高嶺土等)為原料，在激發(fā)劑的作用下，原為原料，在激發(fā)劑的作用下，原料中的料中的Si-O、Al-O、Si-O-Al斷裂，使其解聚形成斷裂，使

25、其解聚形成SiO44-、AlO45-等離子，同時(shí)這些離子重新聚合、晶等離子，同時(shí)這些離子重新聚合、晶化，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體?；纬扇S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體。5.2 利用鋼渣等廢棄物制備地質(zhì)聚合物塊體材料利用鋼渣等廢棄物制備地質(zhì)聚合物塊體材料265.2.2工藝流程圖工藝流程圖粉煤灰粉煤灰礦渣礦渣砂子砂子干干混混均均勻勻 水水+ +激發(fā)劑激發(fā)劑攪攪拌拌均均勻勻壓壓制制成成型型養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)性性能能測(cè)測(cè)試試鋼渣鋼渣275.2.3 地質(zhì)聚合物塊體材料的性能地質(zhì)聚合物塊體材料的性能制備地質(zhì)聚合物塊體材料的最佳原料配比制備地質(zhì)聚合物塊體材料的最佳原料配比為為30%30%鋼渣、鋼渣、30%30%礦渣、礦渣、1

26、0%10%粉煤灰、粉煤灰、3030砂子，砂子，在在30MPa30MPa的壓力下進(jìn)行成型，試樣的主要性的壓力下進(jìn)行成型，試樣的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表能指標(biāo)見(jiàn)表1 1。項(xiàng)目項(xiàng)目非燒結(jié)垃圾尾礦磚非燒結(jié)垃圾尾礦磚指標(biāo)指標(biāo)實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值結(jié)論結(jié)論強(qiáng)度強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度平均值抗壓強(qiáng)度平均值25.0MPa81.7MPa 合格合格吸水率吸水率單塊值單塊值18%1.45%合格合格軟化系數(shù)軟化系數(shù)軟化系數(shù)平均值軟化系數(shù)平均值0.800.89合格合格抗凍性抗凍性單塊磚的質(zhì)量損失單塊磚的質(zhì)量損失2.0%，凍后抗壓強(qiáng)度平均值凍后抗壓強(qiáng)度平均值22.0MPa1.4%合格合格68.8MPa 合格合格表表5.6地質(zhì)聚合物砌塊的主要性能地質(zhì)聚

27、合物砌塊的主要性能28表表5.7 5.7 不同濃度硫酸侵蝕后試樣質(zhì)量損失率不同濃度硫酸侵蝕后試樣質(zhì)量損失率/%/% 時(shí)間時(shí)間/天天溶溶液液% %3714280.52.61 3.11 2.06 4.82 12.57 3.46 4.05 5.74 33.57 3.77 3.52 5.10 （1）耐酸性）耐酸性隨著侵蝕齡期的增加，試樣的質(zhì)量損失率增大；同一齡隨著侵蝕齡期的增加，試樣的質(zhì)量損失率增大；同一齡期的試樣，隨著濃度的增加質(zhì)量損失率增大，但在酸溶液中期的試樣，隨著濃度的增加質(zhì)量損失率增大，但在酸溶液中浸泡浸泡2828天后，不同酸濃度下，試樣的質(zhì)量損失率相差不大。天后，不同酸濃度下，試樣的質(zhì)量損

28、失率相差不大。5.2.4 其它性能其它性能290 05 510101515202025253030707075758080858590909595100100105105110110115115 0.5% 0.5% 1 % 1 % 3 % 3 %抗壓強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa浸 泡 時(shí) 間 / 天浸 泡 時(shí) 間 / 天圖5.3.試樣在不同濃度的H2SO4中浸泡28d后的強(qiáng)度從試驗(yàn)結(jié)果可知，地質(zhì)聚合物砌塊在從試驗(yàn)結(jié)果可知，地質(zhì)聚合物砌塊在3%3%的硫酸溶液中浸泡的硫酸溶液中浸泡28d28d后質(zhì)量損失率僅為后質(zhì)量損失率僅為5.1%5.1%，強(qiáng)度仍達(dá)到，強(qiáng)度仍達(dá)到80MPpa80MPpa以上，說(shuō)明

29、具有良好以上，說(shuō)明具有良好的耐酸性。的耐酸性。30（2）耐高溫性）耐高溫性02004006008001000-20246810121416質(zhì)量損失率/%質(zhì)量損失率/%煅燒溫度/煅燒溫度/圖圖5.45.4試樣在高溫下的質(zhì)量損失率試樣在高溫下的質(zhì)量損失率02004006008001000020406080100120強(qiáng)度/MPa強(qiáng)度/MPa煅燒溫度/煅燒溫度/ 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度圖圖5.55.5試樣在高溫下的質(zhì)強(qiáng)度試樣在高溫下的質(zhì)強(qiáng)度從圖可知，地質(zhì)聚合物砌塊隨溫度的增加，質(zhì)量損失率增大，溫度達(dá)到從圖可知，地質(zhì)聚合物砌塊隨溫度的增加，質(zhì)量損失率增大，溫度達(dá)到800800時(shí)，再增加溫度

30、，質(zhì)量損失率不變；時(shí)，再增加溫度，質(zhì)量損失率不變；800800時(shí)，砌塊強(qiáng)度仍達(dá)到時(shí)，砌塊強(qiáng)度仍達(dá)到30MPa30MPa。31從前面的試驗(yàn)結(jié)果可知，地質(zhì)聚合物塊體材料從前面的試驗(yàn)結(jié)果可知，地質(zhì)聚合物塊體材料強(qiáng)度高、耐水性好，且具有優(yōu)良的耐酸性、抗凍強(qiáng)度高、耐水性好，且具有優(yōu)良的耐酸性、抗凍性、耐高溫性；制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，具性、耐高溫性；制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，具有很好的有很好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。325.2.5 地質(zhì)聚合物塊體材料實(shí)物圖地質(zhì)聚合物塊體材料實(shí)物圖申請(qǐng)了一項(xiàng)專利：申請(qǐng)了一項(xiàng)專利：廢棄物基地質(zhì)聚合物砌塊及其制備方法廢棄物基地質(zhì)聚合物砌塊及

31、其制備方法，公開(kāi)號(hào)：公開(kāi)號(hào)：CN103011733CN1030117335.3 鋼渣碳化鋼渣碳化碳化是指將溫室氣體碳化是指將溫室氣體COCO2 2以碳酸鹽（以碳酸鹽（CaCOCaCO3 3、MgMgCO3CO3）的固體形式永久儲(chǔ)存。碳化作為一項(xiàng)發(fā)展中）的固體形式永久儲(chǔ)存。碳化作為一項(xiàng)發(fā)展中的先進(jìn)技術(shù)，是處理鋼渣的有效方法。的先進(jìn)技術(shù)，是處理鋼渣的有效方法。原理：原理：COCO2 2與鋼渣中的堿性金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)與鋼渣中的堿性金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)形成碳酸鹽，將鋼渣中的形成碳酸鹽，將鋼渣中的C CaOaO、MaOMaO等固定成穩(wěn)定等固定成穩(wěn)定的固體碳酸鹽，以消除鋼渣中堿性金屬氧化物與水的固體碳酸鹽

32、，以消除鋼渣中堿性金屬氧化物與水發(fā)生反應(yīng)膨脹。發(fā)生反應(yīng)膨脹。5.3.1 鋼渣碳化原理：鋼渣碳化原理： 稱取鋼渣粉稱取鋼渣粉800 g，用噴瓶噴入，用噴瓶噴入w=12.6 %的蒸餾水的蒸餾水(H2O)，在砂漿攪拌機(jī)中混合均勻后，立即裝入在砂漿攪拌機(jī)中混合均勻后，立即裝入90 mm40 mm10 mm的矩形模具中壓制成型，成型的最大壓力設(shè)為的矩形模具中壓制成型，成型的最大壓力設(shè)為4.25 MP。壓制成型后的試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)壓制成型后的試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)60 min后，放入碳化養(yǎng)后，放入碳化養(yǎng)護(hù)釜中，通入濃度為護(hù)釜中，通入濃度為c=99.9 %的的CO2氣體，氣體，CO2分壓始終為分壓始終為0

33、.35 MPa，碳化時(shí)間，碳化時(shí)間t=60 min進(jìn)行碳化反應(yīng)。進(jìn)行碳化反應(yīng)。5.3.2碳化純鋼渣碳化制品性能測(cè)試碳化純鋼渣碳化制品性能測(cè)試試樣試樣孔隙率孔隙率 %孔徑分布孔徑分布 %2000 nm碳化前碳化前21.766.220.613.315.19.829.25.8碳化后碳化后13.3414.319.744.114.73.962.70.5表表5.8 碳化碳化60min后孔隙率變化情況后孔隙率變化情況養(yǎng)護(hù)方式養(yǎng)護(hù)方式抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 /MPa壓蒸安定性壓蒸安定性f-CaO 含量含量 /%未碳化未碳化6.69不合格不合格5.34碳化碳化 30 min27.23合格合格1.59碳化碳化 60 m

34、in42.14合格合格0.12碳化碳化 90 min50.37合格合格0.11碳化碳化120 min54.69合格合格0.11水養(yǎng)水養(yǎng) 10 h8.37不合格不合格4.62水養(yǎng)水養(yǎng) 1 d9.12不合格不合格4.27水養(yǎng)水養(yǎng) 3 d14.35不合格不合格3.87水養(yǎng)水養(yǎng) 14 d20.57不合格不合格2.46碳化養(yǎng)護(hù)鋼渣試樣碳化養(yǎng)護(hù)鋼渣試樣6060 minmin后，孔隙率由反應(yīng)前的后，孔隙率由反應(yīng)前的21.76 %21.76 %降至降至13.3413.34 %，抗壓強(qiáng)度由，抗壓強(qiáng)度由6.696.69 MPaMPa提高至提高至42.1442.14 MPaMPa，并且經(jīng)碳化養(yǎng)，并且經(jīng)碳化養(yǎng)護(hù)后鋼渣

35、的護(hù)后鋼渣的f-CaO f-CaO 含量大幅下降，壓蒸安定性合格。含量大幅下降，壓蒸安定性合格。 表表5.9碳化及水化鋼渣試樣的強(qiáng)度及安定性碳化及水化鋼渣試樣的強(qiáng)度及安定性試樣試樣鋼渣摻量鋼渣摻量/%摻加污泥含量摻加污泥含量/%碳化增重率碳化增重率/%抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度/MPa吸水率吸水率/%體積密體積密度度/ kgm-3M190107.6911.363.5611.862.65M280208.4313.873.8912.932.46M370306.8910.892.2014.292.27M460406.537.761.8914.412.03M550505.946.651.

36、6515.611.82M640605.354.320.4617.231.735.3.3鋼渣復(fù)合造紙污泥碳化制品的物理性能分析鋼渣復(fù)合造紙污泥碳化制品的物理性能分析 稱量一定質(zhì)量的鋼渣微粉，與烘干后的污泥混合攪拌均勻，裝入模稱量一定質(zhì)量的鋼渣微粉，與烘干后的污泥混合攪拌均勻，裝入模具中壓制成型，成型壓力具中壓制成型，成型壓力p p=5 MPa=5 MPa。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室下自然養(yǎng)護(hù)。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室下自然養(yǎng)護(hù)t t=120 min=120 min。然后，將試樣放入反應(yīng)釜中用濃度為然后，將試樣放入反應(yīng)釜中用濃度為c c=99.9%=99.9%的的COCO2 2氣體進(jìn)行碳化養(yǎng)護(hù)。氣體進(jìn)行碳化養(yǎng)護(hù)。碳化養(yǎng)護(hù)期

37、間控制系統(tǒng)的碳化養(yǎng)護(hù)期間控制系統(tǒng)的COCO2 2分壓分壓P PCO2CO2=0.1 MPa=0.1 MPa，碳化，碳化t t=45 min=45 min，然后，然后P PCO2CO2=0.3 MPa=0.3 MPa，碳化，碳化t t=45 min=45 min。然后測(cè)其性能。結(jié)果如下：。然后測(cè)其性能。結(jié)果如下：表表5.10 5.10 鋼渣復(fù)合造紙污泥碳化制品物理性能鋼渣復(fù)合造紙污泥碳化制品物理性能 隨著污泥摻量增多，碳化增重率呈現(xiàn)先升后降的變化，隨著污泥摻量增多，碳化增重率呈現(xiàn)先升后降的變化，M2M2試樣的增重率和抗壓強(qiáng)度均達(dá)最大值。碳化增重率與抗壓強(qiáng)度試樣的增重率和抗壓強(qiáng)度均達(dá)最大值。碳化增

38、重率與抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)具有一致性。的變化趨勢(shì)具有一致性。375.3.4鋼渣復(fù)合造紙污泥碳化制品實(shí)物圖鋼渣復(fù)合造紙污泥碳化制品實(shí)物圖385.4 鋼渣少熟料水泥鋼渣少熟料水泥實(shí)驗(yàn)號(hào)實(shí)驗(yàn)號(hào)硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料熟料/ /wt%硫鋁酸鹽水硫鋁酸鹽水泥熟料泥熟料/wt%/wt%鋼渣鋼渣/ /wt%礦渣礦渣/ /wt%石灰石石灰石/ /wt%石膏石膏/ /wt%a1a120200 03535303010105 5A1A10 020203535303010105 5b1b115150 04040303010105 5B1B10 015154040303010105 5c1c115150 03535202025255 5C1C10 015153535202025255 5d1d115150 03535353510105 5D1D10 015153535353510105 5表表5.11 5.11 硅酸鹽和硫酸鹽熟料水泥摻量配比硅酸鹽和硫酸鹽熟料水泥摻量配比 將不同摻量的原料按照標(biāo)稠進(jìn)行砂漿成型，制成將不同摻量的原料按照標(biāo)稠進(jìn)行砂漿成型，制成404040401 160mm60mm的砂漿試樣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)其的砂漿試樣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)