机械力化学作用活化钢渣的研究
低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理研究
低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理研究随着建筑业的发展，对可持续性建材的需求越来越大。
低热钢渣矿渣水泥作为一种新型绿色建材，在减少碳排放和降低能耗方面具有巨大潜力。
本文将探讨低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理，以期为其进一步应用提供科学依据。
低热钢渣矿渣水泥是一种采用钢渣和矿渣为主要原料制备而成的水泥。
钢渣和矿渣都是钢铁冶炼过程中产生的副产品，其含有的主要成分为硅酸盐和铝酸盐，这些成分可在水化过程中生成水化产物，并形成水泥石。
与传统水泥相比，低热钢渣矿渣水泥在早期水化反应和水化热释放方面具有独特的特性。
首先，低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应是一个复杂的过程。
研究表明，钢渣和矿渣会与水中的氢氧根离子发生反应，生成硬化产物。
同时，水泥中的硅酸盐和铝酸盐也会与水发生反应，形成新的水化产物。
这些反应过程导致水泥石的形成和硬化。
低热钢渣矿渣水泥的水化反应速度较慢，需要一定的时间才能完全水化。
因此，在生产过程中需要控制适当的水化时间，以保证水泥石的品质。
其次，低热钢渣矿渣水泥的水化热释放机理与其水化反应密切相关。
水化热是水泥在水化过程中释放的能量，是水化反应进行的必然结果。
研究表明，水化热释放受到多种因素的影响，包括水泥中的矿物组成、水化反应速率、温度等。
低热钢渣矿渣水泥具有较低的水化热释放，主要原因是其水化反应速率较慢，导致能量释放相对较少。
这意味着在使用低热钢渣矿渣水泥进行施工时，可以减少早期水化反应带来的热应力，从而提高施工质量和水泥石的耐久性。
在研究低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理时，我们可以采用多种方法进行实验。
首先，可以使用X射线衍射、傅里叶红外光谱等分析技术对水泥的水化产物进行表征，以了解水化反应的类型和速度。
其次，可以通过浸泡试验和热流量仪等设备，测量水化热释放的时间和强度，从而揭示水化热释放机理。
此外，还可以通过调整水泥中添加物的种类和含量，研究其对早期水化反应和水化热释放的影响，以优化低热钢渣矿渣水泥的性能和工艺。
6粉体工程-粉碎机械力化学及表面改性
是双亲分子。该分散剂的主要作用是空间位阻 效应，同时可显著降低表面能。如用高沸点的 伯醇对纳米粉体如SiO2、TiO2等弱酸性或中性无 机纳米粉体进行表面改性可使原来亲水疏油的 表面变成亲油疏水的表面。
b.偶联剂法（如钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂）
3、超分散剂
超分散剂是一类高效的聚合物型颜料分散助 剂。其概念是国外在80年代初期首次提出的。它 的主要特点是： 快速充分地润湿颗粒，缩短达到合格颗粒细度的 研磨时间;
可大幅度提高研磨基料中固体颗粒含量，节省加 工设备与加工能耗； 分散均匀，稳定性好，从而使分散体系的最终使 用性能显著提高。
（1）超分散剂简介
可提高粉体的应用性能和附加值。许多高附加 值产品要求有要有良好的光学效果和视觉效果 ，使制品更富色彩，这就需要对一些粉体原料 进行表面处理，使其赋予制品良好的光泽和装 饰效果。
环境保护。某些公认的对健康有害的原料，如 石棉，对人体健康有害主要在于其生理活性； 一是细而长的纤维形状在细胞中特别具有活性 ；二是石棉表面的极性点（这些极性点主要是 OH-官能团）容易与构成生物要素的氨基酸蛋白 酶的极性基键合。可用对人体无害和对环境不 构成污染，又不影响其使用性能的其他化学物 质覆盖、封闭其表面的活性点OH-。
粉体工程与设备
1.粉碎机械力化学 2.粉体表面改性及分散技术
烟台大学环境与材料工程学院
一、粉碎机械力化学
1、 粉碎机械力化学概述 2、 粉碎机械力化学作用及原理 3 、高能球磨工艺
学习重点
1、粉碎机械力化学概念 2、粉碎平衡出现的原因 3、粉碎机械力化学工艺特点
1 粉碎机械力化学概述
固体物质在各种形式的机械力作用下所诱发的 化学变化和物理化学变化称为机械力化学效应。 研究粉碎过程中伴随的机械力化学效应的学科称 为粉碎机械力化学，简称为机械力化学。
固废基路用胶凝材料配制及性能研究
固废基路用胶凝材料配制及性能研究
栗朋雨;廖洪强;牛玺荣;高宏宇;燕可洲;王建科
【期刊名称】《水泥工程》
【年(卷),期】2022()5
【摘要】以粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、钢渣、矿渣等工业固体废弃物为主要原料,配制道路水稳层路用胶凝材料,全部或部分替代路用水泥,开展原料预处理加工和配比优化实验,考察原料细度和原料配方对胶凝试块强度的影响。
结果表明:通过粉
磨机械力活化,可明显增强固废的胶凝活性,其中,适宜的粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、矿渣粉的中位径D50范围为8~12μm,而适宜的钢渣微粉中位径D50为5~8μm
之间;通过固废超微粉原料间配方优化,可获得7 d和28 d强度分别为29.3 MPa
和37.5 MPa的70%固废掺加量的无机胶凝粉体材料,该固废优化配比为粉煤灰:电石渣:脱硫石膏:钢渣:矿渣=31.8∶13.6∶9.1∶27.3∶18.2,按比例加入30%P·S42.5
水泥,在此配方体系下,胶砂试块强度可以达到或超过纯路用32.5水泥强度指标。
【总页数】6页(P78-83)
【作者】栗朋雨;廖洪强;牛玺荣;高宏宇;燕可洲;王建科
【作者单位】国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室;山西大学
电力与建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172.6
【相关文献】
1.响应面-正交法制备工业固废基胶凝材料试验研究
2.钢渣-脱硫灰基全固废胶凝材料及其砂浆界面过渡区的研究
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4.固废基胶凝材料固化稳定化某铜矿重金属尾矿试验
5.多元固废基胶凝材料水化性能研究
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LF精炼工艺和效果的研究
LF精炼工艺和效果的研究摘要：炉外精炼技术能使传统炼钢法难以生产的许多高质量钢种、各种特殊用途钢都可以以非常经济的方法大量生产, 并使钢内气体含量、夹杂物含量与形态、成分偏差等影响质量的因素均达到前所未有的水平, 进而大大改善了钢的化学与机械性能, 取得巨大的经济效益, 发展极为迅速。
炼钢生产过程中，LF 炉精炼后的钢渣具有自由CaO 含量大、碱度高和还原性强的特点，回收LF 炉热态余渣用于脱硫，渣中硫含量会有所升高，说明LF 炉精炼后的热态钢渣硫含量仍可提高，仍具有一定硫容量。
本文分析了LF精炼工艺和效果。
关键词：LF；精炼工艺；效果；LF 炉由于工艺流程简便, 精炼成本相对较低,已成为开发品种、提高质量的主要精炼设备之一。
国内大量厂家采用转炉-LF 炉-连铸的生产工艺路线, 但发挥LF 炉精炼作用的却不多, 仅用其均匀成分和升温。
某钢厂结合自身生产工艺实际, 采用合理控制精炼周期、快速造白渣、精确调整成份等手段, 在较短的时间内使LF 炉充分发挥其精炼效果, 钢材实物质量达到国内先进水平, 有效的实现了转炉-LF 炉-连铸低成本生产优质钢的新生产模式。
一、LF 炉精炼工艺流程及周期控制1.工艺流程。
到精炼站、加第一批渣料、脱氧剂、送电7min 、取样、测温、加第二批渣料、脱氧剂、送电10～15 min 、取样、测温、调整成分、升温至合格温度、氧含量、出站钙处理、连铸。
2.LF 炉处理周期。
LF 炉的处理周期是指钢包进入加热位至精炼完毕钢包离站所用的全部时间。
处理周期不仅受钢水条件的影响, 同时也受上下工序的制约。
LF 炉的处理周期包括处理时间和缓冲时间目前, 国内LF 炉处理周期一般在40～60min 。
我厂由于LF 炉布局问题, 辅助时间较长,且连铸能力远远大于LF 炉, LF 炉周期必须控制在25～35min 以内, 才能使连铸拉速维持在正常水平。
因此, 为保证与连铸匹配和精炼钢水质量,就得采取各种措施来缩短LF处理周期:一是进站钢水的条件稳定, 温度和带渣量符合标准;二是控制好处理时间, 其关键是统筹兼顾、合理安排。
钢渣在公路路基路面工程中的应用
随着综合国力的增强，我国各个产业均处于高速发展的过程中，钢铁材料消耗量巨大，废弃钢渣数量也越来越多，为了对废弃钢渣进行有效利用，同时保护周边环境，可以将钢渣处理成为二次资源，使用其对水泥稳定碎石集料进行替代，以降低公路建设的投入，并实现资源配置的优化。
1 钢渣加固路基路面原理第一，钢渣能够与水共同发生化学反应，板结效果良好，且土体整体的强度较高。
原因在于，将钢渣应用于路基路面工程之中，加水进行搅拌，并将其碾压致密实，其中的CaO 能够与水发生化学反应，并生成Ca（OH）2，再进行碾压以及后期养护，其中的铁、铝等氧化物能够再次发生化学反应，并生成水化物，因为该水化物具有较高的强度，所以可以实现路堤的硬化，也就能够生成强度较高的板体，并且，其变形模量大幅度高于原地基土，从而使路堤的强度得到大幅度提升。
第二，因为使用钢渣作为路堤材料，其在吸水之后自身可以硬化并板结，所以松散颗粒材料之间必然存在相应的内聚力以及侧限约束作用，同时钢渣具有表面粗糙且多孔的特点，所以内摩擦力较高，也就能够提升土体的抗剪强度，进而使路堤抗滑稳定性得到提升。
第三，因为钢渣具有多孔的特点，同时其为细粉状，所以遇水难以发生液化，相对于土基，也就具有更好的渗水性，即使存在地下水位浮动或是长期浸泡的情况，含水量变化对于路堤形变以及强度能够产生的影响也较少，所以其水稳定性良好[1]。
第四，可以起到置换作用，因为钢渣形变幅度小，且强度高，所以碾压密实发生板结之后，具有良好的稳定性，能够对膨胀土或是素土一类沉降形变大、承载力低且稳定性较差的软基土起到有效的替代作用。
第五，钢渣可以降低原本路基下覆土所具有的附加应力，因为钢渣路堤的强度及形变模量远高于原本的下覆路基土，所以在需要承受荷载时，板结钢渣即能够产生应力扩散作用，也就能够减少下覆土所需承受的附加应力。
2 钢渣在公路路基路面工程中应用的效益2.1 社会效益在我国经济水平不断提升的过程中，环保工作受到了越来越多的重视，“人与自然和谐相处”的理念逐渐深入人心，所以对于有关钢铁生产的企业，其钢渣处理方法必须得到改善。
钢渣的处理工艺
钢渣的处理工艺【摘要】钢渣是一种“放错了地方的资源”。
钢渣的综合利用不但可以消除环境污染，还能够变废为宝创造巨大的经济效益，是可持续发展的有效途径，对国家、对社会都具有十分重要的意义。
本文从目前钢渣主要处理工艺和国内钢渣利用概况两方面进行了分析。
【关键词】钢渣；处理工艺；利用1 目前钢渣主要处理工艺1.1 风淬法热熔钢渣被压缩空气击碎落入水中急冷、改质、粒化。
其优点是排渣速度快、占地面积少、污染少、处理后钢渣粒度均匀；其缺点是处理率低、钢渣利用途径窄。
1.2 粒化轮法将熔融的钢渣落到高速旋转的粒化轮上，因机械作用将熔渣破碎、粒化，被粒化的熔渣在空间经喷水冷却后，渣水一同落入脱水转鼓。
其优点是排渣速度快、污染少；其缺点是处理率低（一般在50%左右）、只能处理流动性好的钢渣、设备磨损严重、钢渣胶凝性能变差影响其利用。
1.3 热泼法（1）渣线热泼法。
将钢渣倾翻，喷水冷却3～4天后使钢渣大部分自解破碎，运至磁选线处理。
此工艺的优点在于对渣的物理状态无特殊要求、操作简单、处理量大。
其缺点为占地面积大、浇水时间长、耗水量大，处理后渣铁分离不好、回收的渣钢含铁品位低、污染环境、钢渣稳定性不好、不利于尾渣的综合利用。
（2）渣跨内箱式热泼法。
该工艺的翻渣场地为三面砌筑并镶有钢坯的储渣槽，钢渣罐直接从炼钢车间吊运至渣跨内，翻入槽式箱中，然后浇水冷却。
此工艺的优点在于占地面积比渣线热泼小、对渣的物理状态无特殊要求、处理量大、操作简单、建设费用比热闷装置少。
其缺点为浇水时间24h以上、耗水量大、污染渣跨和炼钢作业区、厂房内蒸汽大、影响作业安全。
钢渣稳定性不好、不利于尾渣综合利用。
1.4 盘泼法将热熔钢渣倒在渣罐中，用吊车将罐中钢渣均匀倒在渣盘上，喷淋大量水急冷，再倾翻到渣车中喷水冷却，最后翻入水池中冷却。
其优点是快速冷却、占地少、粉尘少、钢渣活性较高；其缺点是渣盘易变形、工艺复杂、投资和运行费用高、钢渣稳定性差。
1.5 水淬法钢渣水淬是20世纪70年代为获得粒度小于8mm钢渣返回烧结而研究成功的工艺。
钢渣_矿渣_粉煤灰复合硅酸盐水泥
水泥之一 ,已广泛应用于各类工业与民用建筑 。 笔者根据本地资源条件及排放工业废渣的实际
的熟料 ,石膏系应城石膏矿提供的天然二水石膏 ,其 SO3 含量为 25 %～30 %。
情况 ,利用黄石东方钢铁公司建材公司提供的水淬
熟料 率 值 及 矿 物 组 成 为 : KH = 0194 ; KH - =
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文章编号 :1009 - 9441 (2001) 01 - 0013 - 04
试验研究
钢渣 、矿渣 、粉煤灰复合硅酸盐水泥
□□ 邹伟斌 ,张菊花 (广州军区黄石水泥厂 ,湖北 黄石 435006)
摘 要 :总结了生产“钢渣 、矿渣及粉煤灰复合硅酸盐水泥” 的情况 ,讨论了该复合水泥的胶凝机理 。该复合水泥具有良 好的物理力学性能 ,采用 ISO 强 度 检 验 方 法 检 验 , 可 达 到 3215 强度等级 。 关键词 :复合水泥 ;胶凝机理 ;力学性能 中图分类号 :TQ 172. 71 文献标识码 :A
3 水泥配比方案设计
在实际生产中 ,根据该厂熟料和各种材料的易 磨性及化学成分 ,并综合考虑水泥闭路粉磨系统的 工艺特点及其它相关因素 ,设计了生产 P·C 425 水 泥的配比方案 ,见表 4 。
激发剂对锰渣胶凝性能的影响
苏州科技学院本科生毕业论文激发剂对锰矿渣胶凝性能影响摘要本文以广西钦州锰矿渣为主要研究对象，对其基本性能分析得知：该锰矿渣化学成分主要以Al2O3、CaO、SiO2、MnO等为主；矿物组成主要有Al2O3、SiO2等；活性检验得知其具有火山灰活性。
在选用工业石膏、明矾、明矾石的基础上，探索其对锰矿渣的活性激发效果，结果表明：500℃煅烧工业石膏、300℃煅烧明矾、550℃煅烧明矾石对锰矿渣的活性激发效果较佳。
其中煅烧明矾的激发效果比煅烧石膏好。
在自配激发剂的基础上，分析其对锰矿渣的活性激发效果，结果表明:SSY具有较好的早期强度，后期强度增长缓慢；SMJ、SLJ强度稳步增长，具有较大的28d强度。
对化学活化锰矿渣水泥水化过程的XRD分析和化学结合水量测定，结果表明：随着龄期的增长，水化的深入进行，水化产物也逐渐增多，化学结合水量也逐步增多。
煅烧石膏因为溶解性较高，而在一定程度上提升早期水化速度；煅烧明矾水解生成的Al3+、SO42-与锰矿渣水泥中的铝酸盐矿物迅速反应生成钙矾石，提高锰矿渣水泥的硬化速度，其早期化学结合水量增长很快，后期仍有所增长；激发剂SSY在早期提供了大量的OH-，有利于锰矿渣火山灰活性的激发，熟料矿物在早期已大量水化，生成大量的水化产物，化学结合水量急剧变化，而7d以后水化速度放慢。
关键字锰矿渣；激发剂；力学强度；水化过程；X射线衍射分析；化学结合水量苏州科技学院本科生毕业论文Effect Of Activator On Cementing Performance OfManganese SlagAbstractIn this paper manganese slag, which is from Chichou, Guangxi, is studied. From the result of its basic properties analysis, it can be tested that principal chemical components in manganese slag are Al2O3, CaO, SiO2, and MnO. Among mineral constituent there are Al2O3,SiO2. In addition, the result from activity testing presents its volcanic reactivity.FGD gypsum, alunite, alumstone are chosen as the activators to explore on how to activate the reactivity of manganese slag. The results can approve that: calcined gypsum under 500℃, calcined alunite under 300℃, calcined alumstone under 550℃have performed good exciting effort on manganese slag. Else, when calcined alunite added, manganese slag cement will easily gain better cementing property.On the basis of the compound activator, their exciting result can be analyzed. The results can approve that: SSY presents dual early strength effect, whereas the increasing ratio of the later strength is much slow and little. SMJ and SLJ can promote steady progress of mechanics strength, and have better strength values up to 28 days.Hydration process of activated manganese slag cement can be studied by methods such as XRD analysis and chemically combined water content test. The results can approve that: With the increasing of age, large amount of hydration product can be stepwisely generated. As a result, the chemically combined water content increases. Calcined gypsum has easier dissolution capacity, and could promote the hydration process at early age. Calcined alunite hydrolyzes easily, and Al3+、SO42- react sharply with aluminium mineral materials form manganese slag cement, and generate ettringite. This increases the hardening speed. The chemically combined water content arises rapidly at early age, and arises somewhere at later age also. Activator SSY provides masses of OH-at early age, which is favor on the excitation to pozzolanic activity of manganese slag. Meanwhile, cement clinker accelerates hydration reaction, and a great deal of hydration products generate. So the chemically combined water content changes quickly, and hydration rate gets very slowly, with little growth.Keyword manganese slag;activator; mechanics strength; hydration process; X-ray苏州科技学院本科生毕业论文diffraction analysis; chemically combined water content苏州科技学院本科生毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 锰矿渣的特点 (1)1.2锰矿渣的活性激发 (1)1.2.1 物理激发 (2)1.2.2 化学激发 (2)1.3锰矿渣的综合利用情况 (3)1.4本课题的主要研究内容及意义 (3)1.4.1研究内容 (3)1.4.2研究意义 (3)第二章原材料的基本性能分析 (5)2.1锰矿渣的基本物性分析 (5)2.1.1 锰渣的化学组成 (5)2.1.2 矿物组成 (5)2.1.3 锰矿渣的活性试验 (5)2.2 熟料 (6)2.2.1熟料的化学组成 (6)2.3二水石膏 (7)2.4工业石膏 (7)2.5明矾石 (8)2.6其它化学试剂 (9)第三章激发剂的探索 (10)3.1煅烧明矾 (10)3.1.2 煅烧明矾的XRD分析 (10)3.1.3 煅烧明矾的活化性能分析 (11)3.2煅烧明矾石 (13)3.2.1 明矾石的DTA分析 (13)3.2.2 煅烧明矾石的XRD分析 (14)3.3煅烧石膏 (17)I苏州科技学院本科生毕业论文3.3.1 工业石膏的DTA分析 (17)3.3.2 煅烧工业石膏的XRD分析 (17)3.3.3 煅烧工业石膏的活化性能分析 (18)3.4小结 (20)第四章化学激发剂对锰矿渣水泥的力学性能影响 (21)4.1单一激发剂对锰矿渣水泥的力学性能影响 (21)4.2复合激发剂对锰矿渣水泥的力学性能影响 (23)4.2.1 不同复合激发剂对锰矿渣水泥强度的影响 (23)4.2.2 激发剂作用下锰矿渣水泥的正交试验研究 (25)4.3小结 (27)第五章化学激发剂对锰矿渣水泥水化过程的影响 (28)5.1水泥水化过程的XRD分析 (28)5.2单一激发剂对锰矿渣水泥水化过程的影响 (29)5.2.1 单一激发剂作用下锰矿渣水泥水化过程的化学结合水量测定 (29)5.2.2 单一激发剂作用下锰矿渣水泥水化过程的XRD分析 (30)5.3复合激发剂对锰矿渣水泥水化过程的影响 (32)5.3.1 复合激发剂作用下锰矿渣水泥水化过程的化学结合水量测定 (33)5.3.2 复合激发剂作用下锰矿渣水泥水化过程的XRD分析 (34)5.4 小结 (35)第六章结论及展望 (36)6.1结论 (36)6.2展望 (36)致谢 (38)参考文献 (39)附录A (41)附录 B•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••49II苏州科技学院本科生毕业论文第一章绪论随着我国工业的快速发展，产生了大量对环境有害的工业废渣，如矿渣、粉煤灰、钢渣、锰矿渣、液态渣、磷渣和铜渣等。
钢渣粉和钢铁渣粉
在混凝土中使用比表面积为 450m2/kg 的钢渣微粉,当水胶比高于 0.5 时，使用钢渣微粉的混凝土强度均高于使用矿粉的混凝土强度；当水胶比 低于 0.5 时，使用钢渣微粉的混凝土强度均低于使用矿粉的混凝土强度， 并且随着水胶比的降低，两者的强度差距逐渐拉大。
添加复合粉的混凝土收缩率均较低，主要原因可能是钢渣中含有一定 量的 CaO、MgO，这些物质在粉磨过程中得到了活化，可以在水泥水化过 程中发生化学反应产生微量的膨胀，对混凝土的收缩有一定的补偿作用； 并且，钢渣取代部分水泥可以降低由于水泥水化形成的化学减缩，有利于 降低混凝土早期的干缩和自收缩。
钢铁渣双掺粉是混凝土最佳掺合料 硬化后混凝土的强度主要取决于骨料强度、硬化后水泥浆的强度及水 泥浆与骨料之间的粘结界面强度。仅从掺加钢铁渣双掺粉对硬化后水泥浆 体强度的影响而言，其强度取决于颗粒的堆积和接触粘结情况，颗粒堆积 形式的不同会造成材料孔隙率的不同。掺入钢铁渣双掺粉混凝土强度之所 以提高，其中一个原因是因为钢铁渣粉细度在 400mz/kg，在材料堆积中 起孔隙填充作用，使混凝土孔隙率减小，强度提高。另外，矿渣粉和钢渣 粉的细度大，水化速率快，水化程度高，也是提高混凝土强度的重要因素。 钢铁渣双掺粉比单一渣粉强度高，是因为矿渣玻璃体网络结构较牢固，在
化较慢的 C2S，而早期水化较快的 C3A、C3S 较少，水化速度较水泥慢，在 一定程度上也减少用水量，改善流动性。
掺加钢渣粉的标稠试样初凝时间与空白样（基准水泥）没有太大差异， 而终凝时间缩短了。分析其原因可能是钢渣粉取代量增加后，胶凝体系单 位质量中起到调凝作用的石膏用量相对减少，而同时钢渣粉本身碱含量较 高，钢渣粉的掺入提高体系的碱度，促进水泥凝结硬化，所以表现为终凝 时间缩短。
熔融钢铁渣干式粒化和显热回收技术的进展
第 20 卷第 7 2008 年 7 月
期
钢
Jo urnal of
铁研究学 Iron and Steel
报 Research
Vol. 20 , No . 7 J uly 2008
熔融钢铁渣干式粒化和显热回收技术的进展
戴晓天 , 齐渊洪 , 张春霞
(钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室 , 北京 100081)
钢铁冶金过程中产生大量的高温废渣 (主要是 高炉渣和钢渣 ,1 400～1 600 ℃) ,每吨渣带走的热 量约相当于标准煤 60 kg 。由于热量回收困难 ,钢铁 企业处理炉渣时只考虑炉渣的后续利用 ,热量基本 没有得到回收 。例如 ,钢铁厂处理高炉渣的水渣工 艺 ,处理钢渣的工艺如罐式热闷法 、水淬粒化 、BSSF 滚筒法 、风淬法等 ,它们都不能有效地回收余热 。
目前 ,熔渣的余热是钢铁企业中唯一没有被利 用的二次能源 。节约型社会对冶金企业节能降耗的 要求越来越高 ,可是先进钢铁企业节能降耗的潜力 已经不大 。高效 、高品质地回收冶金熔渣显热将成 为钢铁企业降低综合能耗的一个重要手段 。 熔渣显热回收包括物理手段和化学手段两类 。 物理手段利用传导 、对流和辐射换热来回收炉渣显
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第25卷第4期 硅 酸 盐 通 报 Vol .25 No .4 2006年8月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY August,2006 机械力化学作用活化钢渣的研究温金保1,陆 雷2(1.南京水利科学研究院瑞迪高新技术公司,南京 210024;2.南京工业大学材料科学与工程学院,南京 210009)摘要:本文采用最近发展迅猛的机械力化学方法来激活钢渣,通过粒度测试、密度测定、XRD 、TE M 、HRTE M 和DSC 2TG 等诸多现代测试手段进行表征分析发现:钢渣经过行星磨高能机械研磨之后其颗粒大小、晶体结构发生了明显变化,由晶形逐渐向无定形转变,使钢渣的潜在活性被激发出来。
关键词:钢渣;机械力化学效应;制备Study of M echanoche m istry Acti va te the Steel Sl agW EN J in 2bao 1,LU L ei 2(1.Ruidi Advanced Technol ogy Company,Nanjing Hydraulic Research I nstitute,Nanjing 210024;2.College of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Technol ogy,Nanjing 210009)Abstract:The steel slag was activated by mechanoche m istry in this thesis .It is taken by a series of analysis and testing such as particle size testing,density testing,XRD,HRTE M and DSC 2TG .The results show that the granule is di m inished s peedily and the crystal structure is changed evidently,na med t o a mor phis m ,and its latent activati on is activated .Key words:steel slag;mechanoche m ical effect;p reparati on作者简介:温金保(19752),男,硕士,工程师.主要从事无机材料的研究. 弃渣法处理钢渣不仅占用大量土地资源,造成环境污染,同时也常因堆渣、运渣困难等问题,影响正常的生产。
我国近年来随着钢铁产能的大幅度提升钢渣急剧增加,年产量已达1400万t,加上多年的堆存渣,占地面积达到了2万余亩,遍布国内各主要城市,因此钢渣减量化、资源化处理刻不容缓。
对于如何提高钢渣水泥的性能,前人做了大量的研究工作,如采用碱激发[1]、确定适宜的钢渣掺入量[2]和石膏品种、添加外加剂[3]以及提高粉磨细度[4]等手段。
然而运用机械力化学的原理来研究、探讨钢渣很少见报道,尤其是深入到机械力化学效应对钢渣结构影响及其活化机理等方面更是未见报道。
机械力化学是研究在给固体物质施加机械能时固体形态、结构等发生的变化,并诱导其物理化学性质发生变化的一门学科。
机械力化学是近年来发展起来的一门新兴学科,机械力化学的理论涉及到固体力学、表面化学、应用化学、矿物加工、粉体科学等多学科、多领域。
有关机械力化学的概念是在20世纪初O st w ald 从分类学的角度第一次提出来的[5]。
他强调该学科是以机械力方式诱发化学反应的学科。
在随后的1951年,Peters 等[6]开始了机械诱发化学反应的研究,并在1962年第一届欧洲粉碎会议上正式发表了“机械力化学反应”的论文。
该论文详述了粉碎技术与机械力化学的关系、机械力化学的发展历史以及已取得的一些成果。
明确指出了机械力化学反应是由机械力诱发的化学反应,并强调了机械力的作用。
同时还指出机械力包含范围是广泛的,既可以是粉碎过程中所施加的作用力,又可以是一般的机械压力、摩擦力,还可以是液体和气体冲击波作用所产生的压力。
运用机械力化学效应的产生机理,尤其是用该方法进行的合成及分解反应和表面改性,对矿物深加工、化工、材料科学方面有积极的推动作用。
90 专题论文硅酸盐通报 第25卷而对钢渣的机械力化学效应研究具有很重要的理论意义和实用价值。
本文就是以钢渣为研究对象,通过一系列分析手段,对钢渣在行星磨粉磨过程中产生的机械力化学效应进行了基础性的研究和探索,主要是研究了钢渣的粒度、密度、结构以及热学性质等的变化,为用机械力化学方法激活钢渣提供新的理论依据。
1 实 验实验设备:行星式高能球磨机。
实验原材料:莱钢钢渣,三乙醇胺,六偏磷酸钠。
实验方法:本文选取莱钢钢渣,研究其在行星磨高能球磨下产生的机械力化学效应并对它们物理化学性质的影响,主要包括粒度的变化规律、密度的变化规律、热学性质方面的变化规律、结构的变化。
表征方法:粒度测试、密度测定、XRD 、TE M 、HRTE M 和DSC 2TG 等分析手段。
2 结果与讨论2.1 钢渣中位径的变化由图1可知,莱钢钢渣的中位径随着粉磨时间的变化呈现规律性,随着粉磨时间的增加,中位径首先迅速下降,也就是粉磨过程处于破碎、颗粒细化的阶段,随着粉磨的继续进行,中位径略有上升趋势,说明此时发生了细小颗粒之间的团聚,粉磨进行到一定时间后,中位径变化就不大了,此时粉磨已经达到了平衡状态。
图1 莱钢钢渣的中粒径与粉磨时间的关系Fig .1 The relati on bet w een the average particle size and the grinding ti m e for the LS 2.2 钢渣粉体粉磨过程中的密度变化莱钢钢渣粉体的密度随粉磨时间的变化关系跟中位径一样,呈现递变规律性,实验结果如图2。
由图可知,钢渣粉体的密度先随着时间的延长而减小,然后又随着时间的继续延长而增大。
由于钢渣是一种晶型比较完整的晶体,因而结构致密,对其施加机械力,粗大颗粒发生裂纹破碎并细化,颗粒表面所产生的无定形化层增厚,这样颗粒间的密实度就相对减小,而继续延长粉磨时间对于颗粒的细化已无明显变化,颗粒群反图2 莱钢钢渣的密度随粉磨时间的变化Fig .2 The density of the LS changing with the grinding ti m e 而因受到研磨介质的碰撞、挤压而使得颗粒内部的裂纹和空隙被焊合,使得钢渣粉体的密实度反而略有增加,但这毕竟不是晶化过程,不能形成最紧密的堆积排列方式,因而其密度比原始密度还是要小。
2.3 钢渣粉体的XR D 分析从以下图谱可以看到,X 衍射峰形比较复杂,而且峰与峰之间有重叠现象,说明钢渣矿物组成比较复杂,莱钢钢渣的矿物组成主要为RO 相(以Fe O 为主的氧化物固溶体)和C 2S 以及C 3S,当然还含有少量的其他矿物,如阿利特、橄榄石等。
通过对图3至图5的比较可以看出,随着粉磨时间的增加,其衍射峰强度呈现逐渐下降趋势,但衍射峰并没有完全消失,这就表明,钢渣粉体的结晶程度随着粉磨时间的延长而降低,而衍射峰强度的变化也能反映出钢渣粉体中的晶体结构的变化,即随着粉磨的进行,颗粒表面逐渐无定形化,表面无定形程度增厚,而衍射峰并没有完全消失说明无定形化只是局部的,这可能是由于施加的机械强度不够或者粉磨时间不足等其他原因,有待于进一步探讨,该现象同时也说明了钢渣的矿物结构比较致密、稳定。
通过以上分析可以看出,利用行星磨对钢渣进行机械力研磨时,随着粉磨的进行,大量的机械能除少量以热的形式散发以及部分用于形成新的表面能之外其余都贮存于粉体中,由于这些机械能的贮存最终使得钢渣中的矿物产生结构缺陷或格子畸变,从而导致矿物的无定形化现象,与密度测定结果所反映出的现象是 第4期温金保等:机械力化学作用活化钢渣的研究91图3 莱钢钢渣球磨0h 的XRD 图谱Fig .3 XRD pattern of LS grinding for0h 图4 莱钢钢渣球磨10h 的XRD 图谱Fig .4 XRD pattern of LS grinding f or 10h图5 莱钢钢渣球磨30h 的XRD 图谱Fig .5 XRD pattern of LS grinding f or 30h 一致的,这说明通过对钢渣施加机械力,能够打破钢渣中矿物原有的完整结构,使之无定形化,产生机械力化学效应,从而使得钢渣变的相对不稳定,钢渣的潜在活性就被激发出来。
2.4 钢渣粉体的TE M 分析透射电子显微分析主要是用来观察分析材料的形貌、表面情况以及颗粒的粒度变化情况等。
图6是莱钢钢渣经过不同粉磨时间的透射电镜图片,0h 的颗粒粒度明显较大,因而颗粒内部产生的裂纹较多,粉体颗粒外形呈无规则形状,而且颗粒表面很不光滑,。
在粉磨初期,颗粒主要以粗大颗粒的裂纹破裂为主,随着粉磨进行到10h 时,可以看到,细小颗粒明显增多,而且颗粒的均匀性也得到明显改善,颗粒表面也变的光滑起来,粒度分布变窄,随着粉磨的进一步进行,粉磨到30h 时发现,颗粒的外形发生明显的改变,由原来的不规则形状变成了棱锥状。
颗粒粒度的变化已不大明显,而且还发生细小颗粒之间的团聚现象。
而且,通过SE M 照片可以发现,总体上说来颗粒的外形很不规则,粒度分布有一定的级配,这是机械法制备粉体与化学方法制备粉体产生的不同效果之处,化学方法制备出来的粉体具有完好的形状,而且大小很均匀,但机械方法制备的粉体也有化学方法所不具备的优点,那就是因为粉体在机械研磨的同时贮存了大量的机械能,使得粉体具有很高的表面活性。
图6 莱钢钢渣球磨各阶段的TE M 照片Fig .6 TE M phot os of LS grinding for vari ous ti m e2.5 钢渣粉体的HRTE M 分析图7是莱钢钢渣未球磨0h 和球磨20h 的HRTE M 照片。
从图7(a )中可以看到排列大量整齐、有规则的晶格条纹,其条纹取向有序,而且并没有发现其错位缺陷等现象,这表明晶体结构比较完整,同时也说明钢渣是以晶相为主的矿物,对比图7(a )、(b ),可以发现,钢渣粉体经过20h 高能机械研磨之后,出现大量晶格条纹变得无序杂乱甚至模糊消失等现象,表明晶体正向无定形化转变,这从图中晶格条纹紊乱以及模糊的地方92 专题论文硅酸盐通报 第25卷图7 莱钢钢渣球磨0h 和20h 的HRTE M 高分辨率像Fig .7 HRTE M phot os of LS grinding f or 0h and 20h 可以看出,而且还可以发现无定形里面又包覆着许多微晶体。