碳化养护制备高强冶金钢渣砖的研究与开发

发布时间：2020-07-31 20:26

【摘要】：钢渣是钢铁冶炼过程中产生的工业废渣,其矿物组成和水泥非常相似。但钢渣中的铁铝酸钙以及镁铁相固溶体几乎无水硬性,C_2S的水化活性很低,导致其胶凝性远低于水泥。目前我国的钢渣约有70%用于堆存和填埋,而发达国家的钢渣利用率达100%。钢渣碳化技术是近年来国际研究的热点课题,其原理是以钢渣中的钙硅酸盐与CO_2在一定温度和压力条件下发生反应生成稳定的碳酸盐,一方面,可减少CO_2排放缓解大气压力;另一方面,可将钢渣变废为宝,既解决钢渣大量堆存问题,减轻环境负担,又研发出许多新型建材制品,一举三得。本文以钢渣为研究对象,采用碳化养护方式,研究了纯钢渣在不同的压蒸条件下加速碳化特性,采用XRD、FTIR、TG、BET、SEM-EDS分析钢渣中各矿物碳化前后的物相变化,热重及孔结构变化。结果表明:钢渣中各矿物随碳化温度变化而生成不同的碳化产物。40~60℃时,钢渣中CaO完全碳化,C_3S、CS及C_2S部分碳化,生成产物为方解石;80℃时,C_3S完全碳化,白硅钙石、镁蔷薇辉石部分碳化,生成产物为文石(霰石)、碳酸镁钙、灰硅钙石。优化钢渣压蒸碳化工艺条件为:温度90℃,碳化压力3 MPa,碳化时间3 h,试样抗压强度达32.8 MPa。BET比表面积及孔结构分析表明,碳化后钢渣的BET比表面积减小,大孔逐渐消失,中孔与小孔比例增加,试样致密度提高。实验研究了钢渣和水泥混合时不同碳化方式、钢渣掺量和促进剂对水泥-钢渣试块力学性能和微观结构的影响。结果表明:碳化对试块的早期强度提高有明显的促进作用,对后期强度提高作用较小;碳化应发生在试样早期水化完成之前,越早碳化,试块的强度越高。加入促进剂的试块强度提高明显,碳化处理的3 d抗压强度较不加促进剂的空白样提高12.0%,28 d提高29.0%。促进剂对水泥-钢渣试块的碳化产物CaCO_3的形貌具有一定的影响。实验还研究了碳化钢渣多孔砖的制备及其性能,采用XRD和SEM-EDS对碳化钢渣多孔砖养护过程中的生成产物进行分析。结果表明:以纯钢渣为主要原料制备的碳化钢渣多孔砖,干密度在1000 kg/m~3左右,抗压抗折强度分别可达19.9 MPa和5.3 MPa,达到JC/T 1062-2007泡沫混凝土砌块的B10,A7.5等级。以钢渣矿渣双掺,并加入少量硅酸盐水泥、脱硫石膏以及外加剂制备的碳化钢渣多孔砖,干密度在700 kg/m~3左右,抗压抗折强度分别可达5.0 MPa和2.5 MPa,达到JC/T 1062-2007泡沫混凝土砌块的B08,A5.0等级。碳化钢渣多孔砖的初期强度主要由胶凝材料的水化反应提供,碳化后的多孔砖强度优于未碳化多孔砖,是因为碳化养护形成的致密CaCO_3层包裹在孔壁外层,增加了孔壁的支撑力度。实验进一步尝试了碳化养护制备镍铁冶金不锈钢渣砖的研究。分析了镍铁冶金不锈钢渣碳化前后的变化和镍铁冶金不锈钢渣砖的水化产物。结果表明:镍铁冶金不锈钢渣经碳化后,易磨性得到提高。未碳化镍铁冶金不锈钢渣与碳化镍铁冶金不锈钢渣的易磨性优劣顺序为:未碳化渣90℃碳化渣120℃碳化渣150℃碳化渣;75μm筛余量顺序为:未碳化渣90℃碳化渣120℃碳化渣150℃碳化渣。碳化后的镍铁冶金不锈钢渣比未碳化的镍铁冶金不锈钢渣具有更高的水化反应活性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X757;TU522.1
【图文】：

相图,钢铁,相图,Fe2O3含量

钢铁渣的 CaO（MgO）-SiO2（Na2O，K2O）-Al2O3（Fe2O3）渣（BFS）；碱性氧气炉渣（BOFS）；电弧炉氧化渣（EAFFRS）；钢包炉渣（LFS）；磷渣（PS）；氩氧脱碳炉渣（lized CaO(MgO)-SiO2(Na2O,K2O)-Al2O3(Fe2O3) phase diagram ofel slags. Acronyms: blast furnace slag (BFS); basic oxygen furnaceurnace oxidizing slag (EAFOS); electric arc furnace reducing slag (lag (LFS); phosphorus slag (PS); argon oxygen decarburization sla钢渣是由炼钢各个阶段产生的，它们是许多化合物的铁，硅，铝，镁和镁锰氧化物）。Fe2O3含量高有利例如 BOFS 比较难磨由于其高 Fe2O3含量。CaO 和 Si灰性有关，如果材料是用于水泥和混凝土中的话[9]。可能与加速碳酸化水泥固定 CO2的能力有关[10]。矿渣（BFS）铁生产的副产品，已经被广泛研究和使用了几十年。即风冷的 BFS，粒化的 BFS，粒状（结晶）BFS。BFS 的

钢渣,相关性能,主要化学成分

碳化养护制备高强冶金钢渣砖的研究与开发.3 给出了与其独特的物理和化学性质有关的钢渣的特性和应用[37]。钢渣般在 3.3 3.6 g/cm3，由于其高的氧化铁含量而具有硬度和耐磨性。钢渣数为 0.7，与之相反 BFS 和标准砂分别为 0.96 和 1.0[38]。另一方面，钢成分因使用的原材料的不同以及钢铁生产中使用的制造和冶炼过程的同。

碳酸化,捕集,类别,粒度分布

江苏大学硕士学位论文酸化钢渣的应用速碳化可以为钢渣利用障碍提供绿色解决方案，如体积不稳定，重水化活性（如 1.3.3 节所述）。例如，随着加速碳化的进行，可以的膨胀化合物，使得在土木工程中可能使用碳酸渣。图 1.3 显示碳度分布和 CO2捕集能力方面的利用类别。可以考虑碳酸化产品的各，例如骨料，辅助胶结材料，人造礁石，非生物催化剂和高附加值化

【参考文献】