生產(chǎn)廠家對(duì)鋼渣化學(xué)組成的影響

羅賢武++劉紹舜

摘 要：鋼渣是煉鋼工業(yè)的必然副產(chǎn)品，其較低的利用率已對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了不可逆的污染，阻礙其大規(guī)模批量應(yīng)用的一個(gè)主要原因是鋼渣成分的波動(dòng)性。本文借助X射線熒光光譜分析和X射線衍射等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)，對(duì)比分析了武漢鋼鐵廠、邯鄲鋼鐵廠、湘潭鋼鐵廠和韶關(guān)鋼鐵廠四個(gè)鋼廠鋼渣的化學(xué)成分和礦物組成。結(jié)果表明：不同生產(chǎn)廠家的鋼渣的化學(xué)成分和礦物種類相同，但相同礦物的含量差異較大。

關(guān)鍵詞：鋼渣 生產(chǎn)廠家 化學(xué)成分 礦物組成

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

鋼渣是煉鋼的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1噸鋼可產(chǎn)生0.15～0.20 t鋼渣。我國(guó)是世界第一大產(chǎn)鋼國(guó)，2008年我國(guó)鋼渣年產(chǎn)量已達(dá)5000多萬噸，積存鋼渣已有2億多噸[1]。在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，鋼渣的綜合利用已接近或達(dá)到排用平衡，而我國(guó)鋼渣的綜合利用率約為40%[2]。大量堆積的鋼渣，不僅污染了環(huán)境，也造成了巨大的資源浪費(fèi)。

制約鋼渣大宗利用的關(guān)鍵問題是：鋼渣中含有一定量的高溫煅燒的f-CaO、方鎂石和RO相，這些組分在水泥硬化后能繼續(xù)與水發(fā)生水化反應(yīng)，從而使固相體積增大97%和218%[3，4]，造成構(gòu)件的膨脹開裂。

本文以不同廠家、不同粒徑及不同顏色的鋼渣為研究對(duì)象，通過對(duì)比方法，研究了鋼渣化學(xué)成分和礦物組成的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

鋼渣分別取自武鋼、邯鋼、湘鋼和韶鋼四個(gè)鋼廠，為經(jīng)過破碎磁選的尾渣，其中武鋼和邯鋼的鋼渣為轉(zhuǎn)爐自然冷卻渣（簡(jiǎn)稱自然渣），另外兩種渣為經(jīng)熱潑工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣（簡(jiǎn)稱為熱潑渣）。鋼渣取回后剔除大于9.5 mm的顆粒，曬干并經(jīng)人工選鐵后，裝袋備用。

1.2 試驗(yàn)方法

X射線熒光光譜分析：利用初級(jí)X射線光子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級(jí)X射線）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。當(dāng)原子受到X射線光子（原級(jí)X射線）的激發(fā)使原子內(nèi)層電子電離而出現(xiàn)空位，原子內(nèi)層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內(nèi)層電子空位，并同時(shí)放射出次級(jí)X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內(nèi)層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級(jí)的能量差，X射線熒光的波長(zhǎng)對(duì)不同元素是特征的。因此，采用粉末壓片法，用AXiOS advanced波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜儀對(duì)鋼渣等原材料進(jìn)行化學(xué)成分分析。

XRD-X射線衍射法：利用XRD對(duì)鋼渣礦物相進(jìn)行定性分析。用瑪瑙研缽在無水乙醇中將鋼渣試樣研細(xì)至0.063 mm以下，壓入樣品凹槽內(nèi)，采用日本理光（Rigaku）公司生產(chǎn)的D/MAX-IIIA型X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試，儀器參數(shù)為：銅耙（Cu K a），石墨單色器濾波，加速電壓為37.S kV，電流為40 mA，最大功率3 kW。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

運(yùn)用XRF分析測(cè)試技術(shù)，分析了四個(gè)廠家鋼渣的化學(xué)成分，見表1。

從表1中可以看到，四種鋼渣的主要化學(xué)成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占總量80%以上，四種鋼渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化鐵的含量在20%左右，F(xiàn)eO的含量均在10%～15%之間，相差不大，但是MnO含量相差較大，最小為武鋼鋼渣的1.24%，最大是韶鋼鋼渣高達(dá)3.3%，兩者相差超過170%；武鋼自然渣的MgO含量最高，高達(dá)10.88%，而其它三種鋼渣的含量相差不大，都在5%～6%之間。此外還有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差較大，湘鋼鋼渣砂的高達(dá)5.55%，而韶鋼的僅為1.57%。

分別選取四種鋼廠的鋼渣試樣進(jìn)行XRD測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖1。

分析可見，四種鋼渣的主要礦物成分較相似，主要礦物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相為FeO、MgO和MnO形成的連續(xù)固溶體。從XRD衍射峰強(qiáng)對(duì)比分析可知，武鋼鋼渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量較多；湘鋼中Ca（OH）2量最多，CaCO3量較少；邯鋼中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶鋼中的Ca（OH）2和CaCO3均較多。Ca（OH）2和CaCO3屬低溫礦物，是鋼渣在水冷卻和存放過程中f-CaO水化或水化產(chǎn)物碳化生成的。

具有潛在水硬活性的礦物主要是C3S和C2S，由于兩者的衍射峰重疊較多，不易區(qū)分相對(duì)數(shù)量。湘鋼鋼渣中Al2O3組分較多，因而其XRD射中可見鐵鋁酸四鈣的特征衍射峰。

3 結(jié)論

從上述研究中，可得出以下結(jié)論：不同生產(chǎn)廠家鋼渣的化學(xué)成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；礦物組成也基本相似。不同廠家鋼渣的化學(xué)成分和礦物的含量存在差異。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱桂林，孫樹杉.加快鋼鐵渣資源化利用是鋼鐵企業(yè)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)[J].中國(guó)廢鋼鐵，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中國(guó)鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國(guó)廢鋼鐵，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科學(xué)[M].黃士元，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.

[4] CHATTERJI S. Mechanism of expansion of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research，1995，25（1）：51-56.endprint

摘 要：鋼渣是煉鋼工業(yè)的必然副產(chǎn)品，其較低的利用率已對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了不可逆的污染，阻礙其大規(guī)模批量應(yīng)用的一個(gè)主要原因是鋼渣成分的波動(dòng)性。本文借助X射線熒光光譜分析和X射線衍射等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)，對(duì)比分析了武漢鋼鐵廠、邯鄲鋼鐵廠、湘潭鋼鐵廠和韶關(guān)鋼鐵廠四個(gè)鋼廠鋼渣的化學(xué)成分和礦物組成。結(jié)果表明：不同生產(chǎn)廠家的鋼渣的化學(xué)成分和礦物種類相同，但相同礦物的含量差異較大。

關(guān)鍵詞：鋼渣 生產(chǎn)廠家 化學(xué)成分 礦物組成

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

鋼渣是煉鋼的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1噸鋼可產(chǎn)生0.15～0.20 t鋼渣。我國(guó)是世界第一大產(chǎn)鋼國(guó)，2008年我國(guó)鋼渣年產(chǎn)量已達(dá)5000多萬噸，積存鋼渣已有2億多噸[1]。在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，鋼渣的綜合利用已接近或達(dá)到排用平衡，而我國(guó)鋼渣的綜合利用率約為40%[2]。大量堆積的鋼渣，不僅污染了環(huán)境，也造成了巨大的資源浪費(fèi)。

制約鋼渣大宗利用的關(guān)鍵問題是：鋼渣中含有一定量的高溫煅燒的f-CaO、方鎂石和RO相，這些組分在水泥硬化后能繼續(xù)與水發(fā)生水化反應(yīng)，從而使固相體積增大97%和218%[3，4]，造成構(gòu)件的膨脹開裂。

本文以不同廠家、不同粒徑及不同顏色的鋼渣為研究對(duì)象，通過對(duì)比方法，研究了鋼渣化學(xué)成分和礦物組成的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

鋼渣分別取自武鋼、邯鋼、湘鋼和韶鋼四個(gè)鋼廠，為經(jīng)過破碎磁選的尾渣，其中武鋼和邯鋼的鋼渣為轉(zhuǎn)爐自然冷卻渣（簡(jiǎn)稱自然渣），另外兩種渣為經(jīng)熱潑工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣（簡(jiǎn)稱為熱潑渣）。鋼渣取回后剔除大于9.5 mm的顆粒，曬干并經(jīng)人工選鐵后，裝袋備用。

1.2 試驗(yàn)方法

X射線熒光光譜分析：利用初級(jí)X射線光子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級(jí)X射線）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。當(dāng)原子受到X射線光子（原級(jí)X射線）的激發(fā)使原子內(nèi)層電子電離而出現(xiàn)空位，原子內(nèi)層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內(nèi)層電子空位，并同時(shí)放射出次級(jí)X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內(nèi)層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級(jí)的能量差，X射線熒光的波長(zhǎng)對(duì)不同元素是特征的。因此，采用粉末壓片法，用AXiOS advanced波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜儀對(duì)鋼渣等原材料進(jìn)行化學(xué)成分分析。

XRD-X射線衍射法：利用XRD對(duì)鋼渣礦物相進(jìn)行定性分析。用瑪瑙研缽在無水乙醇中將鋼渣試樣研細(xì)至0.063 mm以下，壓入樣品凹槽內(nèi)，采用日本理光（Rigaku）公司生產(chǎn)的D/MAX-IIIA型X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試，儀器參數(shù)為：銅耙（Cu K a），石墨單色器濾波，加速電壓為37.S kV，電流為40 mA，最大功率3 kW。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

運(yùn)用XRF分析測(cè)試技術(shù)，分析了四個(gè)廠家鋼渣的化學(xué)成分，見表1。

從表1中可以看到，四種鋼渣的主要化學(xué)成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占總量80%以上，四種鋼渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化鐵的含量在20%左右，F(xiàn)eO的含量均在10%～15%之間，相差不大，但是MnO含量相差較大，最小為武鋼鋼渣的1.24%，最大是韶鋼鋼渣高達(dá)3.3%，兩者相差超過170%；武鋼自然渣的MgO含量最高，高達(dá)10.88%，而其它三種鋼渣的含量相差不大，都在5%～6%之間。此外還有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差較大，湘鋼鋼渣砂的高達(dá)5.55%，而韶鋼的僅為1.57%。

分別選取四種鋼廠的鋼渣試樣進(jìn)行XRD測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖1。

分析可見，四種鋼渣的主要礦物成分較相似，主要礦物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相為FeO、MgO和MnO形成的連續(xù)固溶體。從XRD衍射峰強(qiáng)對(duì)比分析可知，武鋼鋼渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量較多；湘鋼中Ca（OH）2量最多，CaCO3量較少；邯鋼中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶鋼中的Ca（OH）2和CaCO3均較多。Ca（OH）2和CaCO3屬低溫礦物，是鋼渣在水冷卻和存放過程中f-CaO水化或水化產(chǎn)物碳化生成的。

具有潛在水硬活性的礦物主要是C3S和C2S，由于兩者的衍射峰重疊較多，不易區(qū)分相對(duì)數(shù)量。湘鋼鋼渣中Al2O3組分較多，因而其XRD射中可見鐵鋁酸四鈣的特征衍射峰。

3 結(jié)論

從上述研究中，可得出以下結(jié)論：不同生產(chǎn)廠家鋼渣的化學(xué)成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；礦物組成也基本相似。不同廠家鋼渣的化學(xué)成分和礦物的含量存在差異。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱桂林，孫樹杉.加快鋼鐵渣資源化利用是鋼鐵企業(yè)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)[J].中國(guó)廢鋼鐵，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中國(guó)鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國(guó)廢鋼鐵，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科學(xué)[M].黃士元，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.

[4] CHATTERJI S. Mechanism of expansion of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research，1995，25（1）：51-56.endprint

摘 要：鋼渣是煉鋼工業(yè)的必然副產(chǎn)品，其較低的利用率已對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了不可逆的污染，阻礙其大規(guī)模批量應(yīng)用的一個(gè)主要原因是鋼渣成分的波動(dòng)性。本文借助X射線熒光光譜分析和X射線衍射等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)，對(duì)比分析了武漢鋼鐵廠、邯鄲鋼鐵廠、湘潭鋼鐵廠和韶關(guān)鋼鐵廠四個(gè)鋼廠鋼渣的化學(xué)成分和礦物組成。結(jié)果表明：不同生產(chǎn)廠家的鋼渣的化學(xué)成分和礦物種類相同，但相同礦物的含量差異較大。

關(guān)鍵詞：鋼渣 生產(chǎn)廠家 化學(xué)成分 礦物組成

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

鋼渣是煉鋼的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1噸鋼可產(chǎn)生0.15～0.20 t鋼渣。我國(guó)是世界第一大產(chǎn)鋼國(guó)，2008年我國(guó)鋼渣年產(chǎn)量已達(dá)5000多萬噸，積存鋼渣已有2億多噸[1]。在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，鋼渣的綜合利用已接近或達(dá)到排用平衡，而我國(guó)鋼渣的綜合利用率約為40%[2]。大量堆積的鋼渣，不僅污染了環(huán)境，也造成了巨大的資源浪費(fèi)。

制約鋼渣大宗利用的關(guān)鍵問題是：鋼渣中含有一定量的高溫煅燒的f-CaO、方鎂石和RO相，這些組分在水泥硬化后能繼續(xù)與水發(fā)生水化反應(yīng)，從而使固相體積增大97%和218%[3，4]，造成構(gòu)件的膨脹開裂。

本文以不同廠家、不同粒徑及不同顏色的鋼渣為研究對(duì)象，通過對(duì)比方法，研究了鋼渣化學(xué)成分和礦物組成的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

鋼渣分別取自武鋼、邯鋼、湘鋼和韶鋼四個(gè)鋼廠，為經(jīng)過破碎磁選的尾渣，其中武鋼和邯鋼的鋼渣為轉(zhuǎn)爐自然冷卻渣（簡(jiǎn)稱自然渣），另外兩種渣為經(jīng)熱潑工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣（簡(jiǎn)稱為熱潑渣）。鋼渣取回后剔除大于9.5 mm的顆粒，曬干并經(jīng)人工選鐵后，裝袋備用。

1.2 試驗(yàn)方法

X射線熒光光譜分析：利用初級(jí)X射線光子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級(jí)X射線）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。當(dāng)原子受到X射線光子（原級(jí)X射線）的激發(fā)使原子內(nèi)層電子電離而出現(xiàn)空位，原子內(nèi)層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內(nèi)層電子空位，并同時(shí)放射出次級(jí)X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內(nèi)層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級(jí)的能量差，X射線熒光的波長(zhǎng)對(duì)不同元素是特征的。因此，采用粉末壓片法，用AXiOS advanced波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜儀對(duì)鋼渣等原材料進(jìn)行化學(xué)成分分析。

XRD-X射線衍射法：利用XRD對(duì)鋼渣礦物相進(jìn)行定性分析。用瑪瑙研缽在無水乙醇中將鋼渣試樣研細(xì)至0.063 mm以下，壓入樣品凹槽內(nèi)，采用日本理光（Rigaku）公司生產(chǎn)的D/MAX-IIIA型X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試，儀器參數(shù)為：銅耙（Cu K a），石墨單色器濾波，加速電壓為37.S kV，電流為40 mA，最大功率3 kW。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

運(yùn)用XRF分析測(cè)試技術(shù)，分析了四個(gè)廠家鋼渣的化學(xué)成分，見表1。

從表1中可以看到，四種鋼渣的主要化學(xué)成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占總量80%以上，四種鋼渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化鐵的含量在20%左右，F(xiàn)eO的含量均在10%～15%之間，相差不大，但是MnO含量相差較大，最小為武鋼鋼渣的1.24%，最大是韶鋼鋼渣高達(dá)3.3%，兩者相差超過170%；武鋼自然渣的MgO含量最高，高達(dá)10.88%，而其它三種鋼渣的含量相差不大，都在5%～6%之間。此外還有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差較大，湘鋼鋼渣砂的高達(dá)5.55%，而韶鋼的僅為1.57%。

分別選取四種鋼廠的鋼渣試樣進(jìn)行XRD測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖1。

分析可見，四種鋼渣的主要礦物成分較相似，主要礦物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相為FeO、MgO和MnO形成的連續(xù)固溶體。從XRD衍射峰強(qiáng)對(duì)比分析可知，武鋼鋼渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量較多；湘鋼中Ca（OH）2量最多，CaCO3量較少；邯鋼中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶鋼中的Ca（OH）2和CaCO3均較多。Ca（OH）2和CaCO3屬低溫礦物，是鋼渣在水冷卻和存放過程中f-CaO水化或水化產(chǎn)物碳化生成的。

具有潛在水硬活性的礦物主要是C3S和C2S，由于兩者的衍射峰重疊較多，不易區(qū)分相對(duì)數(shù)量。湘鋼鋼渣中Al2O3組分較多，因而其XRD射中可見鐵鋁酸四鈣的特征衍射峰。

3 結(jié)論

從上述研究中，可得出以下結(jié)論：不同生產(chǎn)廠家鋼渣的化學(xué)成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；礦物組成也基本相似。不同廠家鋼渣的化學(xué)成分和礦物的含量存在差異。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱桂林，孫樹杉.加快鋼鐵渣資源化利用是鋼鐵企業(yè)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)[J].中國(guó)廢鋼鐵，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中國(guó)鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國(guó)廢鋼鐵，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科學(xué)[M].黃士元，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.

[4] CHATTERJI S. Mechanism of expansion of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research，1995，25（1）：51-56.endprint