優(yōu)化鋼渣物相組成、控制MgO分布及其機(jī)理研究.pdf

1、鋼渣作為鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)品,其排放量巨大。由于鋼渣中含有較多的游離CaO和游離MgO使得鋼渣體積安定性很差,從而嚴(yán)重制約著鋼渣在建材方面的應(yīng)用。游離CaO的問(wèn)題目前已得到較為妥善的解決,但游離MgO仍未得到有效的解決。在鋼渣中MgO的存在形式受鋼渣堿度的影響較大。在堿度較低的鋼渣中如電爐渣,主要以化合狀態(tài)形式存在,形成鈣鎂橄欖石和鎂薔薇輝石;在堿度較高的鋼渣中(如轉(zhuǎn)爐渣),主要與FeO和MnO形成固溶體,即RO相;只有在電爐還原渣中,由于鐵

2、被還原,鋼渣中幾乎不含F(xiàn)eO,以純方鎂石存在,純方鎂石與水發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2,引起鋼渣的體積安定性不良。
　　 本文主要研究重構(gòu)過(guò)程中鋼渣的化學(xué)組成、熱歷史以及常見(jiàn)微量元素對(duì)MgO存在形式的影響規(guī)律及作用機(jī)理。利用XRD、巖相、SEM、DSC和相分離方法等分析測(cè)試手段,定量測(cè)定了重構(gòu)鋼渣中各礦相固溶MgO的含量,探討了鋼渣的鈣硅比、硅鋁比、率值、熱處理制度及微量元素等對(duì)重構(gòu)鋼渣中MgO存在形式的影響規(guī)律及作用機(jī)理,結(jié)論如

3、下:
　　 (1)鋼渣的化學(xué)組成對(duì)MgO的含量分布及存在形式影響顯著。鋼渣的鈣硅比值為2.5時(shí),重構(gòu)鋼渣中膠凝性礦物固溶了較多的鎂離子,固溶量占鎂離子總量的43.50％,游離MgO占7.48％。再增大比值時(shí)膠凝性礦物中MgO的固溶量會(huì)降低。而鋼渣中硅鋁比值為3.0時(shí),重構(gòu)鋼渣中膠凝性礦物固溶的鎂離子相比鈣硅比為2.5時(shí)略多,為44.49％,但游離MgO占8.44％。若鋼渣重構(gòu)時(shí)按率值為:KH=0.92,n=2.5,p=1.5時(shí)重

4、構(gòu)鋼渣中游離態(tài)MgO最少。
　　 (2)重構(gòu)鋼渣中MgO的含量分布及存在形式受熱處理制度的作用顯著。在重構(gòu)溫度為1300℃,采用風(fēng)冷保溫60min時(shí),游離MgO含量約占鎂離子總量的7.62％。急冷有助于膠凝性礦物固溶更多的鎂離子,采用水冷時(shí)雖然游離MgO只占6.24％,但采用水冷又帶來(lái)了水處理等一些經(jīng)濟(jì)環(huán)保問(wèn)題,選擇風(fēng)冷更為合適。重構(gòu)過(guò)程中保溫時(shí)間的延長(zhǎng)有助于充分利用RO相中有效離子,但90min時(shí)游離態(tài)MgO反而達(dá)到了10.0

5、4％,故過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間也不利于鎂離子的固溶。
　　 (3)礦化劑對(duì)改善重構(gòu)鋼渣中MgO的含量分布及存在形式具有顯著效果。研究表明CaF2作為礦化劑含量為0.8％時(shí),重構(gòu)鋼渣的硅酸鹽相礦物固溶鎂離子最多,為46.81％,中間相中固溶量為15.72％,游離MgO只有4.18％。CaSO4作為礦化劑含量為4％時(shí),重構(gòu)鋼渣中游離態(tài)MgO僅有3.80％,雖然其硅酸鹽相中固溶的鎂離子為44.88％,不及CaF2,但其中間相固溶的鎂離子可達(dá)到

6、19.14％。從膠凝性礦物固溶鎂離子的總量和游離MgO的含量來(lái)看,CaSO4作為鋼渣重構(gòu)時(shí)的礦化劑,其性能要優(yōu)于CaF2。
　　 (4)鋼渣中錳磷等微量元素對(duì)重構(gòu)鋼渣中鎂離子的含量分布具有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)錳離子含量為0.09％時(shí),重構(gòu)鋼渣中游離態(tài)MgO只有6.27％,但其硅酸鹽相和中間相中固溶量可達(dá)46.62％。而磷離子含量在1.0％時(shí),硅酸鹽相和中間相中占57.54％,游離MgO含量占18.53％。與錳離子相比,磷離子更有

7、助于重構(gòu)鋼渣中膠凝性礦物的形成,但對(duì)鎂離子固溶作用非常有限,甚至在一定程度上會(huì)促進(jìn)游離MgO生成。
　　 (5)從重構(gòu)過(guò)程中MgO的析晶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析可以看出,MgO的析晶放熱峰的峰頂溫度在DSC曲線上隨著升溫速率不斷增大逐漸升高,大致出現(xiàn)在1523～1618K范圍內(nèi)。通過(guò)計(jì)算其反應(yīng)級(jí)數(shù)可以表明MgO的析晶反應(yīng)屬于一級(jí)固相反應(yīng),實(shí)驗(yàn)近似模擬的鋼渣重構(gòu)過(guò)程中MgO析晶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型為:dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-