666 工程科学学报，第42卷.第6期 3典型铁合金渣的综合利用研究进展 和水化铝酸钙(C-A-H).通过等温热量传导实验 发现相对于纯高炉渣水泥，硅锰渣矿渣水泥在水 目前，硅锰渣、镍铁渣和铬铁渣的综合利用研 化前期的反应相对较慢，这是由低Ca/Si比造成 究较多的体现在传统建筑材料方面，比如水泥、混 的：但是在水化后期速度加快，而且水化时间相对 凝土；许多研究人员也在不断地关注具有高附加 更长.相应的水泥强度在固化7d之前比较低，之 值的新型材料领域，比如：地质聚合物、无机矿物 后强度迅速增加，固化28d强度可以达到40MPa 纤维、微晶玻璃、人造轻骨料、耐火材料、新型墙 Wu等2用电炉镍铁渣、石灰石、石膏和黏土 体材料以及特色功能材料，如图1所示 等原料制备水泥熟料，研究镍铁渣及其焙烧工艺 对水泥及其制品性能的影响.适量的镍铁渣可以 Cement 降低熟料中的f.Ca0的含量，并促进熟料中晶粒的 admixture 均匀致密生长，提高水泥生料的烧结性；此外，水 eatured 泥浆的水化反应程度和弯曲强度都有所增加.当 functional Aitional m materials 镍铁渣掺杂质量分数为14%，且在1350℃焙烧 温度下，得到的水泥浆料经过28d的固化养护，其 抗压强度、弯曲强度和磨损量分别为52.4MPa、 Refractory 14.5MPa和2.1kgm2.值得注意的是，Mg在熟料中 n是tera 以钙蔷薇辉石(CaMgSi2O6)和堇青石(Mg2Al4SiO1s) 形式存在，但经过水化反应后，有少量的MgO和 mineral Mg(OH)2生成，这对于水泥制品的体积安定性是否有 Glass fiber 影响没有研究，这在以后的研究中需要特别注意. ceramie 郝旭涛等]利用中低碳铬铁渣、粉煤灰、脱 硫石膏和石灰等原料制备了铬铁渣胶凝材料，铬 图1典型铁合金渣的综合利用途径 Fig.I Comprehensive utilization of some ferroalloy slags 铁渣的掺入质量分数能达到40%.其主要水化产 物为水化硅酸钙和氢氧化钙等，它们互相叠加交 3.1典型铁合金渣在传统建筑材料的应用 织成形状不规则的网状结构，且水化结构非常密 水泥和混凝土作为使用最广泛、最成熟的传 实，具有非常好的物理力学性能.其常温常压7和 统建筑材料，铁合金渣在水泥混合材以及混凝土 28d下的抗压强度分别可达32.57和56.00MPa; 掺合料和骨料方面得到了广泛应用 而且Cr的浸出质量浓度远远低于国家Cr的毒性 3.1.1水泥混合材 浸出标准值(5.0mgL),具有一定的环境效益.郝 水泥是目前应用最广泛的建筑材料，随着政 旭涛等]还研究了不同种类的无机早强剂和减水 策法规要求降低能耗排放，需要辅助胶凝材料来 剂铬铁渣水泥的水化行为，发现具有减水和早强 代替部分水泥熟料.多数铁合金渣，像典型的硅锰 叠加效应，能够改善流动性，促进水化进程，降低 渣、高炉镍铁渣和中低碳铬铁渣，具有火山灰的性 孔隙率，提高制品的密实度：其3和28d下的抗压 质，其化学成分中主要包括CaO、SiO2和Al203,而 强度分别可达37.44和66.29MPa. 且水淬渣中的玻璃相含量高，这些成分本身没有 目前，铁合金渣用于水泥的生产中主要是以 胶凝性，在激发剂的作用下可以发生水化反应，产 硅锰渣和镍铁渣为主，铬铁渣用于水泥的研究非 生胶凝性，因此可以作为水泥混合材用于普通水 常少.其他国内外关于此类众多研究见表2 泥的实际生产应用中粒化高炉渣用于普通硅 从以上对铁合金渣作为水泥混合材对其水化 酸盐水泥已经到达比较成熟的阶段，铁合金渣作 反应的影响，能够发现水泥制品在水化前期会普 为水泥混合材的研究相对较晚，相应的反应机理 遍出现强度不高的现象.为了解决这一问题，需要 和制品的适用性还在研究中 一定的激发手段催化渣的水化反应，使得渣的前 Nath与Kumarl山用硅锰渣代替高炉渣成功制 期水化反应速度加快，从而提高水泥基材料的力 备了矿渣硅酸水泥，并研究了其水化行为和粘结 学性能.众多学者已经研究了激发剂对粉煤灰和 性能.研究发现硅锰渣摻杂质量分数可以达到 高炉渣等水泥性能的影响刘.目前常用的活性 40%,水泥制品主要水化产物为水化硅酸钙(C-S-H) 激发手段包括机械激发和化学激发：其中常用化3    典型铁合金渣的综合利用研究进展 目前，硅锰渣、镍铁渣和铬铁渣的综合利用研 究较多的体现在传统建筑材料方面，比如水泥、混 凝土；许多研究人员也在不断地关注具有高附加 值的新型材料领域，比如：地质聚合物、无机矿物 纤维、微晶玻璃、人造轻骨料、耐火材料、新型墙 体材料以及特色功能材料，如图 1 所示. 3.1    典型铁合金渣在传统建筑材料的应用 水泥和混凝土作为使用最广泛、最成熟的传 统建筑材料，铁合金渣在水泥混合材以及混凝土 掺合料和骨料方面得到了广泛应用. 3.1.1    水泥混合材 水泥是目前应用最广泛的建筑材料，随着政 策法规要求降低能耗排放，需要辅助胶凝材料来 代替部分水泥熟料. 多数铁合金渣，像典型的硅锰 渣、高炉镍铁渣和中低碳铬铁渣，具有火山灰的性 质，其化学成分中主要包括 CaO、SiO2 和 Al2O3，而 且水淬渣中的玻璃相含量高，这些成分本身没有 胶凝性，在激发剂的作用下可以发生水化反应，产 生胶凝性，因此可以作为水泥混合材用于普通水 泥的实际生产应用中[10] . 粒化高炉渣用于普通硅 酸盐水泥已经到达比较成熟的阶段，铁合金渣作 为水泥混合材的研究相对较晚，相应的反应机理 和制品的适用性还在研究中. Nath 与 Kumar[11] 用硅锰渣代替高炉渣成功制 备了矿渣硅酸水泥，并研究了其水化行为和粘结 性能. 研究发现硅锰渣掺杂质量分数可以达到 40%，水泥制品主要水化产物为水化硅酸钙（C‒S‒H） 和水化铝酸钙（C‒A‒H）. 通过等温热量传导实验 发现相对于纯高炉渣水泥，硅锰渣矿渣水泥在水 化前期的反应相对较慢，这是由低 Ca/Si 比造成 的；但是在水化后期速度加快，而且水化时间相对 更长. 相应的水泥强度在固化 7 d 之前比较低，之 后强度迅速增加，固化 28 d 强度可以达到 40 MPa. Wu 等[12] 用电炉镍铁渣、石灰石、石膏和黏土 等原料制备水泥熟料，研究镍铁渣及其焙烧工艺 对水泥及其制品性能的影响. 适量的镍铁渣可以 降低熟料中的 f-CaO 的含量，并促进熟料中晶粒的 均匀致密生长，提高水泥生料的烧结性；此外，水 泥浆的水化反应程度和弯曲强度都有所增加. 当 镍铁渣掺杂质量分数为 14%，且在 1350 °C 焙烧 温度下，得到的水泥浆料经过 28 d 的固化养护，其 抗压强度、弯曲强度和磨损量分别为 52.4 MPa、 14.5 MPa 和 2.1 kg·m−2 . 值得注意的是，Mg 在熟料中 以钙蔷薇辉石（CaMgSi2O6）和堇青石（Mg2Al4Si5O18） 形式存在，但经过水化反应后，有少量的 MgO 和 Mg(OH)2 生成，这对于水泥制品的体积安定性是否有 影响没有研究，这在以后的研究中需要特别注意. 郝旭涛等[13] 利用中低碳铬铁渣、粉煤灰、脱 硫石膏和石灰等原料制备了铬铁渣胶凝材料，铬 铁渣的掺入质量分数能达到 40%. 其主要水化产 物为水化硅酸钙和氢氧化钙等，它们互相叠加交 织成形状不规则的网状结构，且水化结构非常密 实，具有非常好的物理力学性能. 其常温常压 7 和 28 d 下的抗压强度分别可达 32.57 和 56.00 MPa； 而且 Cr 的浸出质量浓度远远低于国家 Cr 的毒性 浸出标准值（5.0 mg·L−1），具有一定的环境效益. 郝 旭涛等[14] 还研究了不同种类的无机早强剂和减水 剂铬铁渣水泥的水化行为，发现具有减水和早强 叠加效应，能够改善流动性，促进水化进程，降低 孔隙率，提高制品的密实度；其 3 和 28 d 下的抗压 强度分别可达 37.44 和 66.29 MPa. 目前，铁合金渣用于水泥的生产中主要是以 硅锰渣和镍铁渣为主，铬铁渣用于水泥的研究非 常少. 其他国内外关于此类众多研究见表 2. 从以上对铁合金渣作为水泥混合材对其水化 反应的影响，能够发现水泥制品在水化前期会普 遍出现强度不高的现象. 为了解决这一问题，需要 一定的激发手段催化渣的水化反应，使得渣的前 期水化反应速度加快，从而提高水泥基材料的力 学性能. 众多学者已经研究了激发剂对粉煤灰和 高炉渣等水泥性能的影响[19−21] . 目前常用的活性 激发手段包括机械激发和化学激发；其中常用化 图 1    典型铁合金渣的综合利用途径 Fig.1    Comprehensive utilization of some ferroalloy slags · 666 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期