FeO調(diào)控CaO--SiO2--MgO--Al2O3--Cr2O3體系中尖晶石晶體析出行為的基礎研究.pdf

1、不銹鋼渣是不銹鋼冶煉的副產(chǎn)品，可用作路基材料和混凝土骨料及用于水泥生產(chǎn)、制磚及砌塊、燒結(jié)煉鐵等。不銹鋼渣中存在Cr6+溶出風險，限制了其資源化利用。因此，欲將不銹鋼渣加以綜合利用以取得良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，必須解決不銹鋼渣中Cr6+的溶出問題。研究含F(xiàn)eO的CaO-SiO2-MgO-Al203-Cr2O3基熔渣中鉻尖晶石析出及鉻穩(wěn)定性對不銹鋼渣的無害化處理和資源化利用具有重要意義。本文根據(jù)冶金熱力學原理，結(jié)合熱力學數(shù)據(jù)庫FactS

2、age7.0對CaO-MgO-SiO2-Al2O3-Cr2O3基體系凝固過程的模擬進行不銹鋼渣中鉻尖晶石形成的理論基礎研究，采用掃描電子顯微鏡觀察微觀形貌并用EDS進行微區(qū)成分分析、元素的線分布及面分布規(guī)律研究，采用XRD進行礦物成分分析，基于IPP圖像分析軟件統(tǒng)計樣品中晶體的粒徑，采用標準浸出程序HJ/T299-2007對不銹鋼渣做浸出毒性檢測以驗證鉻的穩(wěn)定性。
　　本文首先基于理論分析和FactSage軟件模擬研究了FeO調(diào)控

3、CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體形成的基本理論，研究結(jié)果表明合成不銹鋼渣樣品中析出的晶體主要包含尖晶石晶體、硅酸二鈣、鎂硅鈣石、黃長石和硅鈣石，其中尖晶石晶體為高溫析出相。隨著FeO添加量的增加，尖晶石晶體的析出量分為高溫區(qū)和低溫區(qū)兩段;析出量在高溫段逐漸降低，而在低溫段逐漸增加。而析出溫度隨著FeO的添加而降低，當FeO添加量由0增加至20wt％時，尖晶石析出溫度從1910℃降低至1800℃。尖晶石固溶

4、體主要由MgCr2O4和FeCr204組成。
　　在理論分析的基礎上，通過在實驗室內(nèi)制備合成渣來研究FeO對CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體的析出量、晶粒尺寸、成分等的影響，并且通過毒性浸出實驗來探索FeO對含Cr2O3鋼渣體系中鉻穩(wěn)定性的調(diào)控行為，發(fā)現(xiàn)隨著FeO添加量的增加，尖晶石析出量有增加的趨勢，析出溫度逐漸降低;FeO能夠有效促進CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO體系中

5、尖晶石晶體的長大;尖晶石中鐵元素的含量增加，鈣、硅、鎂、鋁等元素的含量降低，而基質(zhì)中鉻元素含量降低;FeO添加量的增加有效提高了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中鉻元素的穩(wěn)定性。當FeO添加量從0增加至20wt％時，Cr6+溶出量從0.1434mg/L降低至0.0021mg/L。
　　保溫時間和冷卻速率是凝固過程中的重要影響參數(shù)，但對CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO體系中尖晶石晶體析出行

6、為的影響較小。在1350℃～1450℃長時間(≤120min)保溫條件下，CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO體系的礦物相結(jié)構(gòu)保持不變，尖晶石晶體尺寸稍微有所增加，在1350℃、1400℃和1450℃時的增幅分別為17.04％、23.11％和13.91％。冷卻速率對尖晶石晶體形成和長大的影響較小。在高溫階段(＞1500℃)冷卻速率對尖晶石尺寸的影響略強于低溫階段(≤1500℃)。在1580℃時，同冷卻速率為12℃/m

7、in相比，冷卻速率為1℃/min所得的尖晶石晶體的尺寸要增大4.02％;而在1400℃時，同冷卻速率為12℃/rmin相比，冷卻速率為1℃/min所得的尖晶石晶體的尺寸僅增大0.62％。
　　利用合成渣系統(tǒng)研究了FeO和Fe2O3耦合作用對CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體析出行為的影響，實驗結(jié)果表明在CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中，F(xiàn)e2O3添加量的增加在促進尖晶石晶體析出的

8、同時并有效抑制α-C2S的形成和析出。Fe2O3促進尖晶石晶體析出量的增加和晶體長大。當Fe2O3添加量由2wt％增加至20wt％時，尖晶石晶體的平均尺寸從2.74μm增加至8.10μm。在Fe2O3添加量較低（≤16wt％）時，隨著Fe2O3添加量增加，尖晶石晶體尺寸增大速率較大;而當Fe2O3添加量較大（≥16wt％）時，尖晶石晶體尺寸增大速率較低、增幅較小。隨著Fe2O3添加量的增加，尖晶石晶體中鉻、鈣和硅元素的含量逐漸降低，而鐵

9、元素的含量逐漸增加。當CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-8wt％FeO體系中Fe2O3添加量由0增加至12wt％時，鉻、鈣和硅含量分別從21.71at％、3.65at％和3.02at％降至12.79at％、1.39at％和1.15at％，而鐵從6.48at％增加至l6.99at％。同F(xiàn)eO或Fe2O3單獨作用相比，F(xiàn)eO和Fe2O3耦合作用更有利于促進尖晶石晶體的長大。
　　綜合爐渣堿度和氧化性對CaO-SiO2-

10、MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體析出行為的影響，探索了FeO和堿度耦合作用條件下含Cr2O3爐渣中鉻尖晶石晶體的長大和化學成分變化規(guī)律以及鉻穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著爐渣堿度的增大，尖晶石晶體的尺寸減小。當堿度從0.6增加至1.0時，尖晶石晶體的尺寸從12.30μm銳減至6.22μm，降幅高達49.43％。當堿度由1.0增加至2.2時，尖晶石晶體的尺寸由6.22μm降低至4.47μm，趨勢比較平緩。堿度的增加對鉻的賦存狀態(tài)產(chǎn)生