摘 要

随着冶金工业的快速发展，废渣及CO₂的排放量随之逐年增加。废渣的堆填处理会对土地资源造成破坏，而CO₂的大量排放也会对温室效应造成影响。因此，合理开发利用工业废渣与CO₂回收利用已经成为重要的研究课题。针对锰铁合金渣为原材料的碳化研究，不仅有利于渣料的回收利用，还能对CO₂气体予以固化，具有良好的社会经济效益与广阔的应用前景。
本文以锰铁合金渣为主要原料，针对其碳化性能进行研究。探究了渣料组分、细度、骨料掺量等因素对试样抗压强度和单位CO₂吸收量的影响。并通过加入碱激发剂，初步探究了激发剂掺入量和掺入形式对试样抗压强度和化学碳化能力的影响。
研究表明：锰渣化学碳化能力的高低受其Ca含量及存在形式的影响，f-CaO是最直接的碳化源，硅酸二钙、硅酸三钙等矿物也能发生碳化。除此之外，锰渣细度越大，强度越高，碳化能力越强；掺入骨料起到骨架作用，能提高孔隙率从而增强碳化能力；加入激发剂能够有效地提高锰渣的碳化能力，以液体形式加入效果更为明显。

关键词：锰铁合金渣；碳化；激发剂

Abstract

With the rapid development of the metallurgical industry, waste and emissions of CO₂ increased year by year. Waste landfill will cause damage to land resources and a lot of CO₂ emissions will affect the greenhouse effect. Therefore, the rational development and utilization of industrial waste and CO₂ recycling has become an important research topic. Studies on the carbonization of Manganese ferroalloy slag as raw material not only conducive to the recycling of slag, but also cured CO₂ gas, which have good social and economic benefits and broad application prospects.

This article uses manganese ferroalloy slag as the main raw material and conducts research on its carbonation resistance. It explores the slag component, fineness, aggregate content and other factors affecting the compressive strength of specimens and units of CO_2. By adding an alkali activator, it initially explores the impact of activator mixed forms and amounts of sample to the compressive strength and the chemical carbonation resistance.

The research shows: the content and forms of Ca have influences on the chemical carbonation resistance of manganese ferroalloy slag. f-CaO is the most direct source of carbonation, dicalcium silicate, tricalcium silicate and other minerals can also be carbonized. Besides, the greater fineness of manganese slag, the higher the intensity, and the stronger carbide. The incorporation of aggregate plays a role in skeleton, which can improve the porosity to enhance carbonation. The incorporation of activator obviously in qulid form can effectively improve the carbonation resistance of manganese slag.

Key Words：Manganese ferroalloy slag；Carbonize；Activator

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 锰铁合金渣的应用现状 2

1.3 加速碳化研究的机理及应用现状 3

1.3.1 锰铁合金渣碳化机理研究 3

1.3.2 加速碳化技术的应用现状 4

1.4 研究的内容、方案及目的 5

1.4.1 研究内容和方案 5

1.4.2 研究目的 6

第2章 原材料、实验仪器及方法 7

2.1 实验原材料 7

2.1.1 锰铁合金渣 7

2.1.2 矿渣 7

2.1.3 其他 8

2.2 仪器介绍 8

2.3 实验操作 10

2.3.1 磨料 10

2.3.2 搅拌 10

2.3.3 成型 11

2.3.4 养护 11

2.3.5 碳化 11

2.4 试样测试 11

2.4.1 比表面积测试 11

2.4.2 碳化率测试 11

2.4.3 抗压强度测试 11

第3章 锰渣碳化性能影响因素的研究 13

3.1 锰渣化学碳化能力的综合评价 13

3.1.1 化学组成对锰渣碳化能力的影响 13

3.1.2 激发剂对锰渣碳化能力的影响 14

3.2 配比组成对锰渣碳化性能的影响 16

3.2.1 锰渣细度对锰渣碳化性能的影响 16

3.2.2 骨料掺量对锰渣碳化性能的影响 18

3.2.3 激发剂掺量及掺量形式对锰渣碳化性能的影响 19

第4章 结论与展望 24

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

我国是水泥生产和消费的大国，连续多年来水泥产量的增长，已占世界总产量的一半以上，2015年全年我国水泥产量达到了23.48亿吨。而水泥行业又是CO₂气体排放量最大的行业，其碳排放量占全球碳总排放量的5%。在城市基础建设和房地产产业的势头下，我国在今后许多年内基本建设任务依然十分繁重，在未来的时间里我国的水泥产量还将会持续增长，由此所带来的CO₂减排问题也越来越成为人们所关注的焦点^[1]。

锰铁合金渣是高炉炉渣中的一种渣料，外观为浅绿色，离子团不规则排列，内部为玻璃体结构。从化学组成上看，锰铁合金渣的主要成分含有：SiO₂，Al₂O₃，MnO，MgO，CaO，FeO等。锰铁合金渣存在着复杂的矿物成分，主要矿物成分为假硅灰石，其次还存在着钙铝黄长石，二氧化硅，硅酸二钙，硅酸三钙以及透辉石等矿物组分^[2]。

我国的锰铁合金渣产量日益增大，其数量约为锰铁合金产量的2-2.5倍。由于现有的锰渣处理技术还不够完善，目前的锰渣大多作堆填处理，大量废渣的堆放对环境带来极大的危害。合金渣的堆放不仅占用了大量的土地，而且还会产生大量的粉尘，严重污染堆放地区的环境。随着经济的发展，锰渣排放造成的一系列问题开始凸现出来。一方面占用了大量的土地，造成了成片“渣山”的出现；另一方面，堆填的锰渣中含有的Mn，Cr元素在雨水的冲刷作用下容易流失，从而污染水土。大量弃置堆积，严重污染环境，对当地居民的生产和生活造成了不利的影响，成为企业和政府头痛的问题^[3]。因此，对锰铁合金渣进行综合利用，变废为宝，已经成为国内外重要的研究课题。目前，最大程度地利用工业废渣是节能减排的主要措施。如何处理和利用这些规模庞大的炉渣，制造高附加值的产品从而减少环境污染是摆在我们面前亟需解决的问题。