论文总字数：18057字

摘 要

钢渣的高效回收循环利用是环境保护和可持续发展的重要问题。为了提升钢渣的利用率，改善综合利用效果，掌握影响热闷钢渣安定性的主要因素，挖掘快速评价钢渣时空安定性的方法，通过比对在不同后处理方法和处理时间后热闷钢渣f-CaO含量、粉化率和矿物组成的变化情况。还利用模拟自然降雨试验，探明不同粒径钢渣在不同雨量不同陈放时间下热闷钢渣物相组成、f-CaO含量的变化规律。并通过扫描电镜显微分析和X射线衍射分析等测试分析热闷钢渣的特性，并分别在水浸或酸浸条件下，探明热闷钢渣浸出液特征指标随时间的变化趋势。结果表明，经过沸煮处理后，钢渣的粉化率和矿物组成两个指标相关性较强，可以用来表征钢渣的体积安定性。经过模拟自然降雨试验后，钢渣的矿物组成和浸出特性都出现规律性变化。

关键词：热闷钢渣；安定性；f-CaO含量;矿物组成；浸出特性

Abstract

The efficient recycling of steel slag is an important problem of environmental protection and sustainable development. In order to improve the utilization rate of steel slag, improve the comprehensive utilization effect, master the main factors that affect the stability of hot pressed steel slag, excavate the method to quickly evaluate the time and space stability of steel slag, and compare the changes of f-CaO content, pulverization rate and mineral composition of hot pressed steel slag after different post-treatment methods and treatment time. The variation of f-CaO content and mineral composition of hot pressed steel slag with different grain size under different rainfall and aging time was also studied by simulated natural rainfall test. The characteristics of hot steel slag were analyzed by SEM and XRD, and the change trend of characteristic index of hot steel slag leaching solution with time was found out under the conditions of water leaching or acid leaching, respectively.The results show that after boiling treatment, the pulverization rate and mineral composition of steel slag have a strong correlation, which can be used to characterize the volume stability of steel slag. After the simulated natural rainfall test, the mineral composition and leaching characteristics of steel slag changed regularly.

Key Words：Hot pressed steel slag；soundness；f-CaO content； mineral composition；leaching characteristic

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 钢渣研究现状 1

1.2.1 钢渣概述 1

1.2.2 钢渣的处理工艺 2

1.2.3 钢渣的安定性 2

1.2.4 钢渣的研究现状 2

1.3 研究目的与意义 3

1.4 研究的主要内容 3

1.4.1 研究目标 3

1.4.2 基本内容 3

第2章 实验原材料与方法 4

2.1 原材料 4

2.1.1 水泥 4

2.1.2 钢渣砂 4

2.2 实验方法 4

2.2.1 钢渣的处理 4

2.2.2钢渣砂安定性评价方法 6

第3章 实验结果及分析 10

3.1 热闷钢渣时空安定性与表征指标的变化规律研究 10

3.1.1 沸煮处理对粉化率的影响 10

3.1.2 沸煮处理对f-CaO含量的影响 10

3.1.3 沸煮处理对矿物组成的影响 11

3.1.4 热闷钢渣安定性评价指标关联性分析 13

3.2 模拟自然降雨对钢渣安定性的影响 14

3.2.1 热闷钢渣f-CaO变化规律 14

3.2.2 热闷钢渣矿物组成变化规律 14

3.2.3 热闷钢渣浸出液pH规律 18

3.3 钢渣浸出液特征指标随时间的变化趋势 19

3.3.1 钢渣的SEM和XRD测试分析 19

3.3.2 钢渣的水浸酸浸下浸出液的特征指标分析 21

第4章 结论与创新点 25

4.1 结论 25

4.2 创新点 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 研究背景

近年来，我国经济飞速发展，国家大力推进基础建设。大量生产这些建筑设施消耗了大量矿产资源，因为对矿产资源的无计划性开采，导致许多石灰石、河砂等日常建筑材料逐渐匮乏，甚至一些地区已经对优良的石灰石和河砂严重缺乏，并且造成当地出现水土流失的现象，生存环境和生态被严重破坏。可见，有效解决供求矛盾的办法是充分利用工业渣大量代替天然砂石料。

钢渣是一种炼钢工业的副产品和废料，其数量普遍占比粗钢产量的12%~20%^[1]。近年来，随着钢铁工业的迅猛发展，钢渣的数量也大幅度增加。如果钢渣不能被高效的综合利用，尾渣大多只能被堆存于渣场或填埋，不但占用了大量面积的土地，浪费了大量钢渣资源，而且对生态环境造成严重的破坏^[2]。所以，世界各炼钢工业都非常重视对钢渣的综合循环利用,加大投入对钢渣的资源化和减量化研究。

根据武汉理工大学的前期研究成果，利用预处理过的原武钢钢渣能够制备优质的活性集料，用于制备水泥混凝土、干混砂浆及混凝土砌块等。初步的研究与应用实践表明，钢渣优质活性集料具有比普通砂石料更优的性能，一方面使钢渣充分得到利用，附加值高、利用率提高；另一方面使钢渣建材具有经济性和优异的物理力学性能与耐久性能，降低构造物的生产成本并提高构造物的使用寿命^[3]。但不同处理工艺以及不同气候条件影响下钢渣的安定性快速评价以及钢渣堆存浸出液特性等未能开展系列深入的研究。

因此本论文研究钢渣作为活性集料进行如在混凝土中的综合利用时，决定钢渣安定性的关键性因素、钢渣堆存过程中的离子浸出规律、以及钢渣安定性与堆存浸出液关联和耦合分析，进而解决钢渣在堆存或应用时的体积安定性问题。

1.2 钢渣研究现状

1.2.1 钢渣概述

钢渣是在炼钢的过程中，由排出的多种熔炉渣经过高温熔炼而形成。按照不同的特性可以将钢渣归属于不同的种类。按照钢渣砂的外表面形态来划分，钢渣可分为：块状渣、粉状渣和水淬粒状渣；按照炼钢砂的加工工艺上来划分，钢渣可以分为两类：转炉炼钢渣和电炉炼钢渣。钢渣是钢铁工业炼钢过程中的主要固体废弃物，因此是难以避免要产生的，而且数量大种类广。另外，随着钢铁工业的进一步发展必然造成钢渣产量的不断增加，钢渣的高价值综合利用和处理等问题将日益凸显^[4]，从而如何有效地处理钢渣成为当前钢铁工业技术发展必须要解决的一大难题。

钢渣中含有一部分Fe粒，呈灰黑色，其外观形貌与结块的水泥熟料相似。钢渣的硬度很大，抗压和抗磨性能较好，它的密度在3500kg/m³左右。钢渣中铁元素的氧化物主要包括Fe₂O₃和FeO的形式，而且多数以FeO的形式存在，总量一般少于24％^[5]。

由于钢渣组分中含有大量Ca₃SiO₅、Ca₂SiO₄、CaO·Fe₂O₃及RO相等矿物成分，这些矿物成分与水泥熟料中的矿物成分相接近，所以钢渣又被称为劣质熟料。尽管钢渣的化学活性较弱，但钢渣砂更合适于应用在对抗渗、抗硫酸盐侵蚀和对耐磨性有一定要求的胶凝材料中。

钢渣的化学成分影响其物相组成影响，特别是对钢渣的碱度影响很大，因此可以通过调整CaO与P₂O₅、SiO₂的含量比来调整钢渣碱度的高低^[6]。由于钢渣中的Ca₃SiO₅和Ca₂SiO₄矿物的含量都比较高，导致其具有微弱的水化活性。

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