.1732 工程科学学报，第43卷，第12期 表3利用不锈钢含铬固废制备微晶玻璃研究现状 Table3 Research status of the glass ceramic prepared from Cr-containing solid wastes of the stainless steel industry Solid waste Main mineral phase Cr mass content and addition Preparation heat treatment Properties Reference mass fraction of raw material Diopside-akermanite- 40%-80%A0Dsag(2.1% Melted at 1500 C for 1 h and Bending strength:137.83MPa AOD stainless steel slag heated at the required acid and alkali resistances: [94 gehlenite Cr2O3) temperatures 99.919%and99.991% Melted at 1450 C for 3 h and Stainless steel slag Wollastonite-augite 1.82%Cr203 heated at the required Bending strength 176.21 MPa [95] temperatures Melted at 1460 C for 2.5 h, Heavy metal gypsum and nucleated at 700 C for 2 h, pickling sludge Akermanite Pickling sludge (4.55%Cr2O3) and crystallized at 900 C for Bending strength:206 MPa, [96 Ih Melted at 1400 C for 3 h,Bending strength 135.84 MPa, Fly ash and pickling sludge Diopside 22%pickling sludge nucleated and crystallized at acid and alkali resistances 97 800℃for0.5h 98.65%and99.88% 3.3 烧结陶瓷 可被有效固结并起到积极作用，满足材料的安全 烧结陶瓷质地坚硬细密且耐高温，广泛应用 性能要求 于建筑工程领域，不锈钢工业含铬固废的主要化 (2)现阶段利用不锈钢工业含铬固废制备硅酸 学组成与烧结陶瓷类似.研究表明，烧结陶瓷可分 盐材料的过程中仍然存在许多问题.两步法制备 为3大类，即建筑陶瓷、功能性陶瓷和结构陶瓷 微晶玻璃投资成本高且工艺复杂，很难推广应用 Liu等1o利用EAF渣制备了以辉石基建筑陶瓷材 但目前一步法工艺制备铸石的研究仍需要更多的 料，其抗压强度可达8.23~58.12 MPa.Zong等o 基础理论数据.利用高温熔融改质激发钢渣活性 利用不锈钢渣制备的以透辉石基陶瓷抗压强度可 是一种很有前景的途径，但由于工业生产现场情 达57.3MPa.另外，Liu等o1利用铬铁渣制备的以 况复杂且缺乏钢渣改质后的矿相结构、水化活性 堇青石基功能性陶瓷抗弯强度可达47.26MPa.这 能力以及铬浸出率等关键参数，众多研究均处于 些陶瓷具有优良的性能，在其应用领域符合各种 实验室阶段而不能广泛推广.对烧结陶瓷的研究 标准.另一方面，氧化铬对陶瓷材料的安全性尚不 大多集中于城市污水处理污泥和普通钢渣，而对 确定.Zong等Iio2利用不锈钢渣和SiO2、Mg0等 不锈钢工业含铬固废制备烧结陶瓷的研究较少且 为烧结原料制备了高附加值陶瓷，得到了透辉石 均在实验室研究阶段 基陶瓷，具有极高的抗折强度和固铬效果，铬的有 (3)为实现工业含铬固废的资源化利用，针对 效浸出率仅为25.17mgkg.但有研究称，氧化铬 上述问题，在未来的研究中应聚焦在以下几个方 的加入形成的镁铬尖晶石降低了材料的整体机械 面.首先补充和明确一步法制备铸石的结晶动力 强度降低.因此，在使用酸洗污泥制备烧结陶瓷 学参数等重要基础数据：其次明晰不锈钢工业含 时，需要考虑尖晶石的形成.朱明旭等利用不 铬固废高温熔融改质后矿相结构、水化活性能力 锈钢酸洗污泥和黏土成功制备出陶瓷，且铬、镍元 以及铬浸出率等关键参数；最后，开发不锈钢工业 素的浸出量远小于国标要求，表明陶粒陶瓷是固 含铬固废制备烧结陶瓷的应用基础数据.以期开 化重金属解决冶金固废的有效途径.但目前对污 发出流程简单、低成本、低能耗、规模化利用的工 泥陶粒的研究大多集中于处理城市污水污泥，而 艺技术 对不锈钢工业含铬固废制备陶粒的研究较少，铬 元素在陶瓷中的固结机理与安全性能评价尚处于 参考文献 实验室研究阶段 [1]Ma G,Garbers-Craig A M.Cr(VI)containing electric furnace dusts and filter cake from a stainless steel waste treatment plant: 4结论和未来展望 Part 1 Characteristics and microstructure.Ironmak Steelmak, (1)利用不锈钢工业含铬固废制备微晶玻璃、 2006,33(3):229 [2] Zhang H W,Hong X.An overview for the utilization of wastes 铸石、水泥和烧结陶瓷等硅酸盐材料具有广阔的 from stainless steel industries.Resour Consen Recycl,2011, 应用前景.一方面，不锈钢工业固废符合硅酸盐材 55(8):745 料的成分要求：另一方面，铬元素在上述材料中均 [3]Zhang H.Preparation of ecological activated carbon based on3.3    烧结陶瓷 烧结陶瓷质地坚硬细密且耐高温，广泛应用 于建筑工程领域. 不锈钢工业含铬固废的主要化 学组成与烧结陶瓷类似. 研究表明，烧结陶瓷可分 为 3 大类，即建筑陶瓷、功能性陶瓷和结构陶瓷. Liu 等[101] 利用 EAF 渣制备了以辉石基建筑陶瓷材 料，其抗压强度可达 8.23～58.12 MPa. Zong 等[102] 利用不锈钢渣制备的以透辉石基陶瓷抗压强度可 达 57.3 MPa. 另外，Liu 等[103] 利用铬铁渣制备的以 堇青石基功能性陶瓷抗弯强度可达 47.26 MPa. 这 些陶瓷具有优良的性能，在其应用领域符合各种 标准. 另一方面，氧化铬对陶瓷材料的安全性尚不 确定. Zong 等[102] 利用不锈钢渣和 SiO2、MgO 等 为烧结原料制备了高附加值陶瓷，得到了透辉石 基陶瓷，具有极高的抗折强度和固铬效果，铬的有 效浸出率仅为 25.17 mg·kg−1 . 但有研究称，氧化铬 的加入形成的镁铬尖晶石降低了材料的整体机械 强度降低. 因此，在使用酸洗污泥制备烧结陶瓷 时，需要考虑尖晶石的形成. 朱明旭[104] 等利用不 锈钢酸洗污泥和黏土成功制备出陶瓷，且铬、镍元 素的浸出量远小于国标要求，表明陶粒/陶瓷是固 化重金属解决冶金固废的有效途径. 但目前对污 泥陶粒的研究大多集中于处理城市污水污泥，而 对不锈钢工业含铬固废制备陶粒的研究较少，铬 元素在陶瓷中的固结机理与安全性能评价尚处于 实验室研究阶段. 4    结论和未来展望 (1) 利用不锈钢工业含铬固废制备微晶玻璃、 铸石、水泥和烧结陶瓷等硅酸盐材料具有广阔的 应用前景. 一方面，不锈钢工业固废符合硅酸盐材 料的成分要求；另一方面，铬元素在上述材料中均 可被有效固结并起到积极作用，满足材料的安全 性能要求. (2) 现阶段利用不锈钢工业含铬固废制备硅酸 盐材料的过程中仍然存在许多问题. 两步法制备 微晶玻璃投资成本高且工艺复杂，很难推广应用. 但目前一步法工艺制备铸石的研究仍需要更多的 基础理论数据. 利用高温熔融改质激发钢渣活性 是一种很有前景的途径，但由于工业生产现场情 况复杂且缺乏钢渣改质后的矿相结构、水化活性 能力以及铬浸出率等关键参数，众多研究均处于 实验室阶段而不能广泛推广. 对烧结陶瓷的研究 大多集中于城市污水处理污泥和普通钢渣，而对 不锈钢工业含铬固废制备烧结陶瓷的研究较少且 均在实验室研究阶段. (3) 为实现工业含铬固废的资源化利用，针对 上述问题，在未来的研究中应聚焦在以下几个方 面. 首先补充和明确一步法制备铸石的结晶动力 学参数等重要基础数据；其次明晰不锈钢工业含 铬固废高温熔融改质后矿相结构、水化活性能力 以及铬浸出率等关键参数；最后，开发不锈钢工业 含铬固废制备烧结陶瓷的应用基础数据. 以期开 发出流程简单、低成本、低能耗、规模化利用的工 艺技术. 参    考    文    献 Ma  G,  Garbers-Craig  A  M.  Cr(VI)  containing  electric  furnace dusts and filter cake from a stainless steel waste treatment plant: Part  1  -  Characteristics  and  microstructure. Ironmak Steelmak, 2006, 33（3）: 229 [1] Zhang H W, Hong X. An overview for the utilization of wastes from  stainless  steel  industries. Resour Conserv Recycl,  2011, 55（8）: 745 [2] [3] Zhang  H.  Preparation  of  ecological  activated  carbon  based  on 表 3 利用不锈钢含铬固废制备微晶玻璃研究现状 Table 3 Research status of the glass ceramic prepared from Cr-containing solid wastes of the stainless steel industry Solid waste Main mineral phase Cr mass content and addition mass fraction of raw material Preparation heat treatment Properties Reference AOD stainless steel slag Diopside‒akermanite‒ gehlenite 40%–80%AOD slag(2.1% Cr2O3 ) Melted at 1500 ℃ for 1 h and heated at the required temperatures Bending strength:137.83MPa, acid and alkali resistances: 99.919% and 99.991% [94] Stainless steel slag Wollastonite‒augite 1.82% Cr2O3 Melted at 1450 ℃ for 3 h and heated at the required temperatures Bending strength 176.21 MPa [95] Heavy metal gypsum and pickling sludge Akermanite Pickling sludge (4.55%Cr2O3 ) Melted at 1460 ℃ for 2.5 h, nucleated at 700 ℃ for 2 h, and crystallized at 900 ℃ for 1 h Bending strength: 206 MPa, [96] Fly ash and pickling sludge Diopside 22% pickling sludge Melted at 1400 ℃ for 3 h, nucleated and crystallized at 800 ℃ for 0.5 h Bending strength 135.84 MPa, acid and alkali resistances 98.65% and 99.88% [97] · 1732 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期