低堿度鋼渣的蒸壓強(qiáng)度研究

隨著鋼鐵工程和綜合開發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展，以及礦源能源的緊張，許多國家的鋼渣利用率迅速提高。在我國,鋼年產(chǎn)量已超過億t,而煉鋼生產(chǎn)中的鋼渣則以每年1200萬t的速度增加。大量鋼渣的棄置堆積,占用大量土地,嚴(yán)重污染環(huán)境。目前,鋼渣主要代替碎石或細(xì)骨料用于路基、堤壩或工程回填等。通常,活性較高的鋼渣應(yīng)用量較大,活性較小的鋼渣應(yīng)用量極低。因此,如何合理的利用低堿度鋼渣,對(duì)環(huán)境保護(hù)、工業(yè)廢物資源化具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。1實(shí)驗(yàn)和測(cè)試1.1實(shí)驗(yàn)中的原材料(1)水泥堿度ao選用廣東某鋼廠電爐氧化渣,將其磨細(xì)至比表面積為340m2/kg的細(xì)粉,其化學(xué)成分見表1,XRD分析見圖1。堿度R=(％CaO)(％SiO2)+(％P2O5)=24.4622.72+5.01=0.88R=(％CaΟ)(％SiΟ2)+(％Ρ2Ο5)=24.4622.72+5.01=0.88,其堿度低于《用于水泥中的鋼渣》(YB/T022-92)規(guī)定的1.8,為低堿度鋼渣。電爐氧化渣的主要礦物組成為RO相(FeO和MgO的固溶體)、鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體,少量的鈣鋁黃長石和玻璃相。(2)石灰購自廣西,A-CaO為89.52%,陳化14d后烘干,磨細(xì),密封備用。細(xì)度為0.08mm篩篩余量小于3%。(3)石膏分析純二水石膏,廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。1.2實(shí)驗(yàn)方法(1)壓力及養(yǎng)護(hù)制度采用Ф36×36mm圓柱模,成型壓力為6kN。養(yǎng)護(hù)制度:升溫1.5h,恒溫6h,降溫1.5h。恒溫溫度185℃。試件入釜前靜停16h。(2)sem型掃描電鏡觀察和金相處理掃描電鏡分析采用PhilipsXL30ESEM型掃描電鏡儀,樣品進(jìn)行抽真空和噴金處理。試塊樣品磨細(xì)至全部通過0.08mm方孔篩,采用D/max-ⅢA型全自動(dòng)X射線衍射儀。2分析與討論的結(jié)果2.1水熱反應(yīng)中礦物的變化將電爐氧化渣粉壓力成型(水渣比0.15),靜停,入釜蒸壓,出釜。試件冷卻至室溫后,測(cè)得其抗壓強(qiáng)度為11.8MPa。將蒸壓試件取小塊試樣進(jìn)行SEM分析,另取小塊試樣在55℃溫度下烘干后磨細(xì)進(jìn)行XRD分析。結(jié)果見圖1和圖2。比較圖1可見,經(jīng)蒸壓后氧化渣中的FeO和MgO的固溶體、鎂薔薇輝石和硅酸二鈣的固溶體以及鈣鋁黃長石依然存在,有少量CSH(B)和C2SH(A)生成。從FeO-MgO固溶體的SRD特征峰(2.48)以及C2AS的XRD特征峰(3.71)可以看出,氧化渣中這兩種礦物基本沒有變化?？梢哉J(rèn)為,FeO-MgO固溶體形成的RO相和鈣鋁黃長石在185℃的水熱條件下其水化活性很低。鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體的XRD特征峰(2.67和1.92)有所減弱。有少量鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體參與了水熱反應(yīng)。顯然,在185℃水熱條件下,只有玻璃相和少量鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體參與了反應(yīng),氧化渣中礦物組成大部分仍未水化。從圖2可見,水化產(chǎn)物以小尺寸卷葉狀為主,相互搭接,形成網(wǎng)絡(luò)。水化產(chǎn)物的數(shù)量不多。這是氧化渣在185℃蒸壓條件下強(qiáng)度較低的原因。顯然,氧化渣靠自身的水化活性并獲得高強(qiáng)度是因難的,必須通過激發(fā)其活性來加速其水化速度。2.2氫氧化鈣的氧化渣蒸壓作用將氫氧化鈣按一定配比摻入氧化渣中,壓力成型,靜停16h后蒸壓。結(jié)果見表2。從表2可以看出:隨著氫氧化鈣摻入量的增加,氧化渣的蒸壓制品強(qiáng)度明顯增加。將編號(hào)3-5(摻18%的氫氧化鈣)的蒸壓試樣作XRD和SEM分析,結(jié)果見圖3和圖4。從圖3可以看出,加入18%的氫氧化鈣后,氧化渣的水化產(chǎn)物種類較純氧化渣蒸壓后增多。除純氧化渣蒸壓后出現(xiàn)的CSH(B)和C2SH(A)外,還出現(xiàn)了水石榴石。與純氧化渣蒸壓后XRD圖譜比較可以發(fā)現(xiàn):加入氫氧化鈣后,FeO與MgO固溶體的XRD特征峰(2.48)未發(fā)現(xiàn)變化。C2AS的XRD特征峰(1.75)有所降低,說明在氫氧化鈣的作用下,有少量C2AS參與了水化反應(yīng)。鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體的XRD特征峰(2.67)明顯減弱?？梢哉J(rèn)為,氫氧化鈣激發(fā)了鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體的水化。從圖3中還可以看出,加入氫氧化鈣后,氧化渣蒸壓后的水化產(chǎn)物在種類、數(shù)量上有所增加。除了水石榴石出現(xiàn)外,C2SH(A)XRD特征峰(3.27)有所提高?？梢哉J(rèn)為,鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體以及少量C2AS參與水化生成了C2SH(A)和水石榴石。通過SEM觀察,加氫氧化鈣的氧化渣蒸壓后的水化產(chǎn)物數(shù)量明顯增多。從圖4a中可以看出,在鈣鋁黃長石的包圍中,有C2SH(A)和小晶粒的水石榴石生成。從圖4b可以看出,有大量的水石榴石生成,并有Ca(OH)2六方板狀晶體出現(xiàn)。由于該氧化渣中CaO含量較低,堿度很低(R=0.88),摻入氫氧化鈣可起到堿性激發(fā)劑的作用。通過Ca(OH)2對(duì)氧化渣水熱活性的激發(fā),部分鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體、少量鈣鋁黃長石水化生成C2SH(A)和水石榴石。2.3鋼渣蒸壓前后xrd圖將石膏按一定配比摻入氧化渣中在1.3MPa的條件下蒸壓恒溫6h,結(jié)果見表3。從表3可見,電爐氧化渣蒸壓制品強(qiáng)度在石膏摻量為0.67%時(shí)出現(xiàn)最大值。繼續(xù)增大摻量制品強(qiáng)度出現(xiàn)大幅下降。圖5為摻入10%石膏的鋼渣蒸壓后XRD圖譜?？梢钥闯?氧化渣中礦物成分RO相、鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體以及鈣鋁黃長石依然存在,有CSH(B)形成,同時(shí)有CaSO4伴生。純氧化渣蒸壓后出現(xiàn)的C2SH(A)在加入石膏后沒有出現(xiàn)。從圖6中可以看到水化產(chǎn)物明顯減少。顯然,石膏摻量過多,石膏中Ca2+抑制了鋼渣中Ca2+的溶出,導(dǎo)致鋼渣水化產(chǎn)物的量明顯減少,這是其強(qiáng)度明顯下降的主要原因。3提高低堿度電導(dǎo)率在185℃的水熱條件下蒸壓低堿度鋼渣,其蒸壓試件強(qiáng)度較低。低堿度電爐氧化渣中RO相和鈣鋁黃長石基本不參與反應(yīng),僅玻璃相、部分鎂薔薇輝石和硅酸二鈣固溶體參與了水化反應(yīng)。通過Ca(OH)2激發(fā)可提高低堿度電爐氧化渣在水熱條件下的水化活性。氫氧化鈣對(duì)