674 工程科学学报，第42卷，第6期 实验结果发现，添加硅锰渣可以减小焊缝中的非 作为路基材料的原料用于水泥混凝土的刚性路 金属夹杂物（尤其是硅酸盐和氧化物）的含量；当 面、沥青和炉渣的柔性路面、以及铁路轨道，并且 焊剂颗粒小于0.45mm,质量为30%~40%时，对 都符合相关的标准要求.Huang等Iso研究了镍铁 焊缝质量的影响最小.为了提高焊剂性能，可以与 渣与土壤改良方法相结合，在路面的基层或基层 适量的水玻璃进行混合使用.当水玻璃的添加量 上部分替代常规建筑材料（如沙子或粒状材料）的 过大时，其对焊缝中非金属氧化物夹杂物的含量 可能性.随着镍铁渣和土（砂）混合后，4d浸泡的 影响有限，最佳的添加量为15%~20% 强度承载比增加，利于增加路基混合料的强度性 张西玲等m以粉煤灰和不同预处理的水淬颗 能；此外，由于镍铁渣的吸水性能差，因此可以显 粒锰渣为原料，通过水热合成法制备了沸石分子 著降低路基混合料的膨张性能：镍铁渣的最佳糁 筛.分析了锰渣预处理前后物相、SiO2和AlO3的 入质量分数为30%~50% 溶出率，并分析了分子筛的稳定性及其钙离子交 (2)透水砖 换能力.通过直接煅烧和碱煅烧预处理后的锰渣 张洪波8利用硅锰渣骨料制备了透水砖，并 均可以用作制备分子筛.其中碱煅烧预处理制备 研究了各工艺参数对透水砖性能的影响.实验得 的分子筛符合八面沸石特征，其晶体较为完整；其 到的透水砖的透水系数达到2.8×102cms,保水 水热产物孔径直径集中分布在3~5nm,平均孔径 性达到0.9gcm2,硅锰渣的掺入量为40%.程海丽 为6.21nm,孔体积为0.07cm3g,1gCaC03钙离 等]将高碳铬铁合金渣替代天然石用于透水混凝 子交换量高达391.05mg,在600℃以下晶体结构 土的制备.实验发现用铬铁渣作为骨料时，性能要 未发生塌落，具有较好的热稳定性 优于天然石，水灰比为0.42，胶骨比为0.28时，配制 Miao等71基于硅锰渣中锰的显色功能特性， 的透水混凝土可达到相关规范规定的C20混凝土 用硅锰渣制备了氟化钙基透明玻璃陶瓷，而且渣 的要求，连通孔隙率可达18%.李国昌与王萍利 的掺杂量最高达到27.04%.当基础玻璃的热处理 用镍铁渣为主要原料，再加入适量的高岭土等助 条件为650~710℃下保温2h,实现780nm处的 熔剂和粘结剂，经过成型、干燥以及烧制等工序制 最低透光率为67.95%.随着硅锰渣添加量的增加， 备了性能符合GB/T25993一2010要求的透水砖. 玻璃陶瓷的颜色从红棕色向红色过渡：热处理温 (3)土壤及污水改良剂 度对颜色的变化几乎没有影响.这对铁合金渣用 Pak等8刷研究了多种类型钢渣和镍铁渣对于 于光学功能陶瓷具有借鉴意义 人工湿地中水溶液中P的去除能力.试验结果显 对于高镁型的高碳铬铁渣和电炉镍铁渣更适 示，碱性氧气炉炉渣碱性最大且具有最高的P吸 用制备高强的尖品石结构陶瓷：对于高铝硅型的 附能力，镍铁渣的碱性最小且对P的吸附能力最 硅锰渣和高碳铬铁渣更适合制备抗热震性强的堇 弱.为了接近在中性pH值下实现较高的除P效 青石多孔陶瓷；铁合金渣的加入都会降低陶瓷的 率，将碱性氧气炉炉渣和镍铁渣混合，并且发现当 烧制温度，而且各自特色性能使得这两类功能陶 其比例为7：3时，可以达到较高的P去除效率， 瓷得以广泛的研究和应用.铁合金渣制备多孔聚 且pH值接近中性，满足了可接受的应用水水质排 合微粒用于吸声材料相对于木质纤维板和玻璃棉 放标准.Fu等8剧将铁镍渣作为潜在的土壤改良 等材料来说具有防火性能好、不易粉化沉降、耐 剂，对富含Cd元素的土壤进行原位固化实验.结 酸碱等优势，而且固废利用率高，制备方法简单， 果显示当渣的掺入质量分数为5%~15%时，可以 可操作性强，具有较大的应用前景.对于铁合金渣 显著降低土壤中有效Cd的含量，并显著提高土 用于催化剂、陶瓷焊接剂和分子筛等功能陶瓷，目 壤pH值和阳离子交换量.在Cd含量由10增至 前国内外研究相对还较少，缺少相对成熟的应用 120mgkg1的同时，Cd的钝化率由58.13提高到 方案，还需要更深的研究和探讨. 73.25%.镍铁渣的加入显著降低了土壤中Cd的酸 3.3铁合金渣在其他领域的应用 溶性组分，提高了Cd的残留率，土壤中Cd的迁移 (1)路基材料 率和生物有效性降低 Patil与Pande经过对硅锰渣性能的分析，发 路基材料和透水砖对于不同铁合金渣的使用 现其具有很高的耐磨性以及抗冻融性，而且作为 基于其本身强度大、耐磨性高；水淬铁合金渣由于 混凝土摻合料具有很高的后期强度，因此硅锰渣 呈现细小颗粒状，且自身强度低，因此，在不进行 可以广泛应用在路基材料中.作者成功将硅锰渣 高温烧结的情况下，对产品的性能会产生不利影实验结果发现，添加硅锰渣可以减小焊缝中的非 金属夹杂物（尤其是硅酸盐和氧化物）的含量；当 焊剂颗粒小于 0.45 mm，质量为 30%～40% 时，对 焊缝质量的影响最小. 为了提高焊剂性能，可以与 适量的水玻璃进行混合使用. 当水玻璃的添加量 过大时，其对焊缝中非金属氧化物夹杂物的含量 影响有限，最佳的添加量为 15%～20%. 张西玲等[77] 以粉煤灰和不同预处理的水淬颗 粒锰渣为原料，通过水热合成法制备了沸石分子 筛. 分析了锰渣预处理前后物相、SiO2 和 Al2O3 的 溶出率，并分析了分子筛的稳定性及其钙离子交 换能力. 通过直接煅烧和碱煅烧预处理后的锰渣 均可以用作制备分子筛. 其中碱煅烧预处理制备 的分子筛符合八面沸石特征，其晶体较为完整；其 水热产物孔径直径集中分布在 3～5 nm，平均孔径 为 6.21 nm，孔体积为 0.07 cm3 ·g−1 ，1 g CaCO3 钙离 子交换量高达 391.05 mg，在 600 ℃ 以下晶体结构 未发生塌落，具有较好的热稳定性. Miao 等[78] 基于硅锰渣中锰的显色功能特性， 用硅锰渣制备了氟化钙基透明玻璃陶瓷，而且渣 的掺杂量最高达到 27.04%. 当基础玻璃的热处理 条件为 650～710 ℃ 下保温 2 h，实现 780 nm 处的 最低透光率为 67.95%. 随着硅锰渣添加量的增加， 玻璃陶瓷的颜色从红棕色向红色过渡；热处理温 度对颜色的变化几乎没有影响. 这对铁合金渣用 于光学功能陶瓷具有借鉴意义. 对于高镁型的高碳铬铁渣和电炉镍铁渣更适 用制备高强的尖晶石结构陶瓷；对于高铝硅型的 硅锰渣和高碳铬铁渣更适合制备抗热震性强的堇 青石多孔陶瓷；铁合金渣的加入都会降低陶瓷的 烧制温度，而且各自特色性能使得这两类功能陶 瓷得以广泛的研究和应用. 铁合金渣制备多孔聚 合微粒用于吸声材料相对于木质纤维板和玻璃棉 等材料来说具有防火性能好、不易粉化沉降、耐 酸碱等优势，而且固废利用率高，制备方法简单， 可操作性强，具有较大的应用前景. 对于铁合金渣 用于催化剂、陶瓷焊接剂和分子筛等功能陶瓷，目 前国内外研究相对还较少，缺少相对成熟的应用 方案，还需要更深的研究和探讨. 3.3    铁合金渣在其他领域的应用 （1）路基材料. Patil 与 Pande[79] 经过对硅锰渣性能的分析，发 现其具有很高的耐磨性以及抗冻融性，而且作为 混凝土掺合料具有很高的后期强度，因此硅锰渣 可以广泛应用在路基材料中. 作者成功将硅锰渣 作为路基材料的原料用于水泥混凝土的刚性路 面、沥青和炉渣的柔性路面、以及铁路轨道，并且 都符合相关的标准要求. Huang 等[80] 研究了镍铁 渣与土壤改良方法相结合，在路面的基层或基层 上部分替代常规建筑材料（如沙子或粒状材料）的 可能性. 随着镍铁渣和土（砂）混合后，4 d 浸泡的 强度承载比增加，利于增加路基混合料的强度性 能；此外，由于镍铁渣的吸水性能差，因此可以显 著降低路基混合料的膨胀性能；镍铁渣的最佳掺 入质量分数为 30%～50%. （2）透水砖. 张洪波[81] 利用硅锰渣骨料制备了透水砖，并 研究了各工艺参数对透水砖性能的影响. 实验得 到的透水砖的透水系数达到 2.8×10−2 cm·s−1，保水 性达到 0.9 g·cm−2，硅锰渣的掺入量为 40%. 程海丽 等[82] 将高碳铬铁合金渣替代天然石用于透水混凝 土的制备. 实验发现用铬铁渣作为骨料时，性能要 优于天然石，水灰比为 0.42，胶骨比为 0.28 时，配制 的透水混凝土可达到相关规范规定的 C20 混凝土 的要求，连通孔隙率可达 18%. 李国昌与王萍[83] 利 用镍铁渣为主要原料，再加入适量的高岭土等助 熔剂和粘结剂，经过成型、干燥以及烧制等工序制 备了性能符合 GB/T25993―2010 要求的透水砖. （3）土壤及污水改良剂. Park 等[84] 研究了多种类型钢渣和镍铁渣对于 人工湿地中水溶液中 P 的去除能力. 试验结果显 示，碱性氧气炉炉渣碱性最大且具有最高的 P 吸 附能力，镍铁渣的碱性最小且对 P 的吸附能力最 弱. 为了接近在中性 pH 值下实现较高的除 P 效 率，将碱性氧气炉炉渣和镍铁渣混合，并且发现当 其比例为 7∶3 时，可以达到较高的 P 去除效率， 且 pH 值接近中性，满足了可接受的应用水水质排 放标准. Fu 等[85] 将铁镍渣作为潜在的土壤改良 剂，对富含 Cd 元素的土壤进行原位固化实验. 结 果显示当渣的掺入质量分数为 5%～15% 时，可以 显著降低土壤中有效 Cd 的含量，并显著提高土 壤 pH 值和阳离子交换量. 在 Cd 含量由 10 增至 120 mg·kg‒ 1 的同时，Cd 的钝化率由 58.13 提高到 73.25%. 镍铁渣的加入显著降低了土壤中 Cd 的酸 溶性组分，提高了 Cd 的残留率，土壤中 Cd 的迁移 率和生物有效性降低. 路基材料和透水砖对于不同铁合金渣的使用 基于其本身强度大、耐磨性高；水淬铁合金渣由于 呈现细小颗粒状，且自身强度低，因此，在不进行 高温烧结的情况下，对产品的性能会产生不利影 · 674 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期