钢渣粉和钢渣水泥的活性及水化机理研究

利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、化学结合水量测定以及胶砂实验等方法研究了钢渣粉和钢渣水泥复合粉的活性和水化机理,研究结果表明:钢渣硬化浆体中的矿物组成含有水化产物C-S-H凝胶和Ca(OH)2,钢渣残余矿物C2F、Ca2(Fe,Al)2O5、CaCO3和RO相,和一些未反应的胶凝矿物C2S和C3S;钢渣、水泥和钢渣-水泥浆体三者的水化产物种类类似,微观结构形貌存在差异;14 d后掺钢渣水泥净浆试样的化学结合水量与水泥差距缩小,28 d后化学结合水量实测值大于计算值;钢渣掺量(质量分数)小于30%时,钢渣水泥胶砂的28 d强度高于水泥胶砂的28 d强度。     

石灰重构钢渣过程中的物相变化

以石灰作为单一调节材料高温重构钢渣,利用X射线衍射、岩相分析、扫描电子显微镜研究了重构过程中钢渣的矿物组成及RO相的变化,并测定了重构钢渣的安定性和活性指数.结果表明:RO相在CaO作用下优先发生分解反应,其中的FeO随CaO掺量增加依次生成Fe3O4、CF(铁酸一钙)、C2F(铁酸二钙)及Ca2(AlFe)O5(铁铝酸钙)、C4AF(铁铝酸四钙),其中的MgO部分以MgO晶体存在,部分固溶在硅酸盐相和液相中;当CaO/SiO_2摩尔比不够大时,原钢渣中的C3S(硅酸三钙)在重构过程中分解成C2S(硅酸二钙);由于CaO优先与含量较高的铁元素反应,CaO/SiO2摩尔比达到3时仍没有C3S生成,只有当与铁反应完全后多余的CaO才会与C2S反应生成C3S;石灰重构钢渣不会产生安定性不良且胶凝活性明显提高.     

矿渣胶凝材料固结尾砂的微观实验

用X射线衍射、扫描电镜和热重!差示扫描量热方法表征了矿渣胶凝材料的水化产物和微观结构,研究了矿渣胶凝材料对尾砂固结过程的影响.微观实验结果表明:矿渣胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C—S—H)、钙矾石(AFt)及少量的帕水钙石(Ca2Al4Si4O15(OH)2.4H2O)和沸石类矿物,随着养护时间的延长,矿渣胶凝材料在水化过程中发生晶体结构重组和重排;尾砂中的方英石、云母和碳酸盐类矿物(方解石、白云石等)是尾砂固结过程中的活性成分,能生成其他晶体矿物和胶凝状矿物,这是导致固结体微观结构不同的主要原因.     

转炉渣粉粉磨性能

通过对几种转炉渣粉(炉渣)的化学成分、X线衍射(XRD)、粒度分布、比表面积、密度、筛余的测定,以RRB方程作为粒度分布模型,利用线性回归分析和粉磨动力学特征粒径的研究方法,对炉渣粉磨性能的影响因素和粉磨动力学进行研究。结果表明:钢渣的粉磨性能与Fe含量呈负相关,Fe含量较高的钢渣特征粒径减小的速度较慢,均匀性较好。游离Ca O(f-Ca O)促进钢渣早期的粉磨性能,硅酸二钙(C2S)促进钢渣后期的粉磨性能。闭路球磨系统不宜进行粉磨比表面积大于450 m2/kg的超细炉渣。     

超细矿渣粉对水泥水化的影响

通过X射线衍射试验,分析了超细矿渣的细度、取代量及龄期对水泥水化的影响.试验结果表明:与基准浆体相比,掺入超细矿渣粉28 d龄期水化样中Ca(OH)2晶体的衍射峰强度急剧下降,且消耗Ca(OH)2晶体的数量与水化样龄期及超细矿渣粉取代量和细度密切相关.掺P1000超细矿渣粉(比表面积实测值1 885 m2/kg)水泥水化速度非常快,3 d时二次水化反应已基本完成,从3 d到60 d Ca(OH)2的含量变化不明显;而且随着矿渣细度的增加和矿渣粉比表面积的增大,其吸收Ca(OH)2晶体的能力增强.但随着水泥水化产物中Ca(OH)2晶体数量的减少,C3S和C2S等熟料矿物水化并未加快,这与一般规律不符,还需结合其他实验手段进一步分析.     

复掺不锈钢渣尾泥-矿渣对水泥水化性能的影响

探究不锈钢渣尾泥-矿渣对水泥水化性能的影响,既可解决废渣利用率低且污染环境问题,又能促进建材行业向绿色发展.首先研究了3种原材料的矿物组成和粒度组成,再将两种废渣复掺到水泥熟料中,发现当不锈钢渣尾泥掺量在10％ ～20％,矿渣掺量在10％ ～30％,两者任比例复掺到水泥熟料中,28 d抗压强度均超过了42.5 MPa.综合热分析定量发现两种废渣能相互激发活性,早期水化反应不明显,后期逐渐增强.微观分析发现试样水化产物主要是未水化的C2 S、C3 S和Ca(OH)2,少量的C-S-H凝胶和AFt晶体,并且后期Ca(OH)2的含量是影响强度的主要因素.     

钢渣矿物组分与沥青黏附的分子模拟和试验研究

为从矿物化学组成层面分析钢渣与沥青的黏附机理,通过建立钢渣典型矿物(C3S、C2S、CaCO3、Ca2Fe2O5、Fe2O3)的分子模型,评价了矿物成分、沥青老化和水分对沥青与钢渣相互作用的影响.基于分子动力学模拟和表面自由能理论,通过接触角测量仪和纳米尺度的黏附功揭示了钢渣沥青混合料在沥青老化和水分侵蚀耦合条件下界面黏结性能的演变规律.结果 表明:C2S、C3S、Ca2Fe2O5等强碱性矿物相的存在显著提高了钢渣作为集料与沥青的黏结能力,不同矿物相与沥青界面黏附差异主要源于胶质和芳烃,并受到原子电荷和质心距离的双重作用;钢渣的极性在吸附沥青的过程中发挥了关键作用,沥青氧化老化显著增强沥青和钢渣矿物相静电相互作用,强碱矿物质与沥青的黏附更容易受到沥青老化影响,但对水敏感性较低.     

钢渣-矿渣-脱硫石膏复合胶凝材料的制备及水化机理

加速钢渣水化过程、胶凝活性激发对钢渣综合利用率的提高有重要意义。以矿渣和脱硫石膏为复合激发剂,基于交叉试验的设计方法,对复合胶凝材料的组成进行了优化,分析了复合胶凝材料的综合性能,采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electronic microscopy, SEM)、傅里叶变换红外光谱(Flourier transform-infrared spectroscopy, FT-IR)等测试方法表征了复合胶凝材料的组成及结构,并以此揭示复合胶凝材料协同优化的机理。复合胶凝材料配合比的交叉试验结果表明：钢渣30%、矿渣60%、脱硫石膏10%,水灰比为0.5,28 d抗压强度为40.4 MPa,其他各项性能指标满足GB/T1346—2011要求。通过多项测试手段可以判断出,矿渣在脱硫石膏的激发作用下不断水解,缩短了水化诱导前期和延长了诱导期,提升早期水化反应程度,释放大量热量,生成了generates ettringite (AFt)和C—S—H凝胶。而浆体的pH值上升,促进钢渣水化反应,加速了浆体由液相反应转为固相反应,证明了...     

高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究

钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性.在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO2与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量.本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析.研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高.在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·SiO2(C3S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求.此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.     

钢铁熔渣在高压水射流条件下的粒度与胶凝活性变化规律

通过自行设计搭建的高温熔融-高压水射流装置,进行了熔融态转炉钢渣与高炉渣的高压水射流试验.试验表明:采用高压水射流直接冷却微细化的方法能够同时实现转炉钢渣的微细化与胶凝活性增强;在本文试验条件下,采用8～10MPa的高压水,射流冷却后的射流钢渣体积平均粒度达到94.3μm,主要物相是玻璃相和结晶矿物Ca2S iO4,由其所制备胶凝材料养护28 d的抗压强度达33.96MPa,超过原钢渣制备胶凝材料8MPa.射流高炉矿渣形成絮状结构,并具有更低胶凝活性.与熔融态高炉矿渣相比,熔融态转炉钢渣更适合采用高压水射流方法.     

钢渣对阴离子染料刚果红的吸附特性和机理

研究了钢渣对阴离子染料刚果红的吸附,并考察了初始刚果红浓度、钢渣投加量、钢渣粒径等因素对吸附过程的影响.试验条件下,钢渣可以吸附去除95%以上的刚果红,且吸附过程不受pH值和温度的影响.钢渣单位吸附量随初始刚果红浓度的增加而增加,随钢渣投加量、钢渣粒径的增大而减少.钢渣吸附处理刚果红过程符合准二级吸附速率方程及Freundlich等温吸附方程.对比试验发现钢渣对阳离子孔雀石绿染料的吸附效果优于阴离子刚果红染料,但对同为阳离子染料的亚甲基蓝吸附效果却很差.电镜扫描(SEM)及红外光谱(FTIR)分析进一步表明,钢渣吸附处理阴、阳离子染料的效果,与染料在钢渣表面的结合方式密切相关,结晶体的形成有利于染料分子的吸附.     

钢渣处理含镍废水的研究

摘要：以钢渣为吸附剂,应用于去除模拟废水中的镍,探讨了钢渣粒径、吸附时间、吸附剂用量、转速、溶液的pH对吸附效率的影响。结果表明：对于100ml浓度为100mg/L镍溶液,投加100目0.25g的钢渣, pH>6,镍去除率大于99%,处理后可达排放标准。     

粉煤灰基地聚合物拉伸性能研究

以粉煤灰为主要原材料,矿粉为添加剂,水玻璃和氢氧化钠为激发剂,制备地聚合物。通过正交试验测试了水胶比(W)、碱激发剂掺量(S)、矿粉取代率(B)和水玻璃模数(M)在不同水平下的地聚合物试样3 d、7 d与28 d的拉伸强度。通过极差分析和因素指标分析,得出各因素对拉伸强度的影响规律。当水胶比为0.3,碱激发剂掺量为0.08,矿粉取代率为0.3,水玻璃模数为1.8,试样的各龄期拉伸强度较优,可得到3 d、7 d和28 d拉伸强度为1.65 MPa、2.25 MPa和3.68 MPa的地聚合物胶凝材料。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对拉伸性能进行了机理分析。分析结果表明,拉伸强度与无定型凝胶体的含量和产物微观形貌相关。     

基于卷积神经网络的钢渣砂图像识别及图像变化规律

钢渣安定性检验是实现钢渣安全资源利用的关键,针对钢渣安定性检测方法的效率低且受到取样代表性不足的问题,提出一种基于卷积神经网络的钢渣砂图像分类模型SE-ConvNeXt。该分类模型针对钢渣砂的图像特征,在ConvNeXt网络中添加通道注意力机制SE-Net（squeeze and excitation network）。相比于原ConvNeXt和其他卷积神经网络模型,SE-ConvNeXt的收敛速度更快,训练过程更稳定,准确率更高。实验数据集采集于蒸汽处理前后的钢渣砂图像,钢渣砂的粒径为4.75-2.36mm和2.36-1.18mm。分别使用两个粒径的钢渣砂图像训练网络,并分析钢渣砂图像变化规律。模型预测两个粒径的钢渣砂图像数据集准确率分别为92.5%、94%,且两个粒级的钢渣砂图变化规律相似,随着蒸汽陈化时间的增加,变化程度逐渐变小,随后图像变化程度趋于稳定。分析粉化率的变化规律,钢渣砂粉化率变化规律与钢渣砂图像变化规律具有相关性,蒸汽处理的钢渣砂可通过钢渣砂图像评价体积安定性。     

钢渣粒度分布对钢渣水泥水化特性影响的灰度分析

利用机械激发的原理,从强度与Ca(OH)₂含量两个方面,研究不同球磨时间下钢渣粉的粒度特性以及比表面积对钢渣水泥胶砂水化性能的影响,同时采用灰色关联分析方法探讨钢渣颗粒粒径与钢渣水泥胶砂强度和水化程度的影响规律.结果表明:球磨时间增加,钢渣比表面积增大,活性随之增强;通过DTG热分析发现钢渣的比表面积的变化会影响水化产物Ca(OH)₂结晶和晶体生长速率;钢渣粉中10~20μm粒级对钢渣水泥强度促进作用最大,5~10 μm粒级对钢渣水泥28 d Ca(OH)₂含量促进作用最大,因此增加5~20 μm范围的钢渣颗粒含量,有利于提高钢渣活性.     

纳米技术合成硅酸三钙及表征

以硅溶胶、硝酸钙为原料,尿素为燃料,采用燃烧法制备纳米硅酸三钙。研究了化学计量比、引燃温度对合成产物中游离氧化钙含量的影响。用乙二醇法测定产物中游离氧化钙的含量,x射线衍射仪、场发射扫描电镜、Zeta电位及纳米粒度分析仪和微量热仪表征合成样品的物相、微观形貌、粒度分布和水化热。结果表明：化学计量比为0．24,引燃温度为700oC时,合成产物中游离氧化钙含量达到最低值2．0％;合成的纳米硅酸三钙颗粒为不同结晶程度且呈现多种形貌的颗粒,平均粒度为225．9nm;合成的纳米硅酸三钙水化放热峰值出现的时间为69．2s,峰值为2．4368mw／g,比传统水泥具有较高的水化活性。     

高耐磨钢渣水泥砂浆的研究

通过对钢渣种类、粒径及掺量对水泥砂浆耐磨性影响的研究,以及对掺加钢渣的水泥砂浆的后期稳定性和抗硫酸盐侵蚀性能的研究,探讨了利用钢渣制备高耐磨路面的可行性及工艺参数。该项研究对于提高路面的耐磨性和抗滑能力,增加道路混凝土的绿色含量具有重要的意义。     

Phosphorus partitioning and recovery of low-phosphorus iron-rich compounds through physical separation of Linz-Donawitz slag

The Linz-Donawitz (LD) steelmaking process produces LD slag at a rate of about 125 kg/t. After metallic scrap recovery, the non-metallic LD slag is rejected because its physical/chemical properties are unsuitable for recycling. X-ray diffraction (XRD) studies have indicated that non-metallic LD slag contains a substantial quantity of mineral phases such as di- and tricalcium silicates. The availability of these mineral phases indicates that LD slag can be recycled by iron (Fe)-ore sintering. However, the presence of 1.2wt% phosphorus (P) in the slag renders the material unsuitable for sintering operations. Electron probe microscopic analysis (EPMA) studies indicated concentration of phosphorus in dicalcium silicate phase as calcium phosphate. The Fe-bearing phases (i.e., wustite and dicalcium ferrite) showed comparatively lower concentrations of P compared with other phases in the slag. Attempts were made to lower the P content of LD slag by adopting various beneficiation techniques. Dry high-intensity magnetic separation and jigging were performed on as-received samples with particle sizes of 6 and 3 mm. Spiral separation was conducted using samples ground to sizes of less than 1 and 0.5 mm. Among these studies, grinding to 0.5 mm followed by spiral concentration demonstrated the best results, yielding a concentrate with about 0.75wt% P and 45wt% Fe.     

钢渣可磨性与磁选提铁交互性影响的实验研究

针对转炉钢渣可磨性差和含铁量高的状况,根据铁的赋存状态对钢渣可磨性的影响,研究了钢渣可磨性、磁选提铁及两者的交互性影响.研究表明:在细磨时间3 h以上时,钢渣粒度分布的峰值在100-120μm之间,铁含量越小,钢渣可磨性越好.钢渣的细磨次数愈多,磁选提铁越彻底.经过3次磨碎以后,可得到含铁量为45％以上的样品,钢渣中的...