672 工程科学学报，第42卷.第6期 淬铬铁渣具有海绵状和细颗粒的特点，因此在建 导致低熔点物质蓝宝石的形成，不利于机械性能 筑材料中无法直接使用.作者通过在铬铁渣中加 当镍铁渣结合质量分数25%的烧结镁砂以及 入适量的菱镁矿来增加MgO的含量，进而改变原 4%的氧化铝，经过1250℃烧结20min后，得到的 料的组成范围，实现最终烧结产物的物相转变.铬 耐火材料的耐火度可以达到1790℃. 铁中MgO的加入促进了方镁石的形成，并促进了 李琦等6的利用镍铁渣为主要原料，稻壳和碳粉 低熔点的硅酸盐相转变为镁橄榄石相以及尖晶石 为造孔剂，制备了轻质的镁橄榄石-尖晶石耐火材料， 相，从而提高了耐火材料的耐火度.在最终的烧结 并研究了造孔剂对其性能的影响.结果表明，随着造 产物中，Mg0/SiO2质量比2.2，且MgO/Al2O3+Cr2O3) 孔剂的增加，耐火材料的气孔率增加，体积密度和抗 质量比>1.71，耐火度达到1665℃.但是，对于对强 弯曲强度降低.在1450℃的烧结温度下，耐火材料 度有较高要求的耐火材料，用水淬渣制备的烧结 的气孔率为35.43%.抗弯曲强度为15.95MPa,体积 产物的强度是否满足要求还需注意. 密度为1.29gcm3,耐火度为1480℃；主要品相为呈 Gu等6)利用高镁镍铁渣和烧结镁砂采用传 三角棱状的镁橄榄石和呈短柱状的尖品石相. 统烧结方法制备了镁橄榄石型耐火材料，并研究 铁合金渣用于耐火材料的制备主要集中于 了烧结镁砂的添加量对烧结过程中物相转变的 MgO含量较高的高碳铬铁渣和电炉镍铁渣，无论 影响.随着烧结镁砂添加量的增加，镍铁渣中的橄 是致密的还是多孔轻质的耐火材料，重点是要将 榄石相首先分解为低铁橄榄石相和顽辉石相，随 MgO转化为尖晶石和镁橄榄石相，防止过量MgO 后顽辉石相会转变为镁橄榄石相，渣中的Fe、Cr 造成耐火材料长期安定性差的问题.受工艺和产 等元素通过镁过渡相转变为高熔点的尖晶石相 品的影响，渣中MgO含量波动较大，给实际操作 当镍铁渣结合质量分数为20%的烧结镁砂，在 造成较大难度.此外，对于Cr等重金属元素的固 1350℃下烧结3h后得到最优的耐火材料，其耐火 溶化行为研究还缺乏，随着耐火材料的长期耐腐 度为1660℃，抗压强度为100.61MPa,体积密度为 蚀性下降，其容易溶出造成环境污染.但由于其资 2.92gcm3,如图4所示 源化利用程度较高，产品附加值较大，是值得进一 步的研究和推广的技术 1700 3.2.6新型墙体材料 1600 Sample I Sample 新型墙体材料是指除了传统实心黏土砖以 Sample 3 外，采用新技术、新原料制备的墙体材料，具有节 能环保、保温隔热、机械性能优异等多种功能，并 Forsterite Olivine 被国家统计局列为“十三五”国家战略性新兴产 and ispinel Forsterite and dominant Increasing spinel dominant 业.工业固体废弃物作为墙体材料的重要来源，涵 stage stage stage 盖了新型烧结砖及砌块、新型非烧结砖及砌块、 130 0 10152025 30 35 泡沫玻璃、蒸压加气混凝土砌块和装配式建筑构 Mass fraction of magnesia/% 件等多个新型墙体材料产品和墙体保温材料产品 图4镍渣耐火材料的耐火性能及物相转变随镁砂添加量的变化示 这不仅消纳了大量堆存的固废、完成节能减排目 意图6 标，而且还有效提高了各种墙体材料的性能 Fig.4 Effect of magnesia addition on the refractoriness and phase of Wu等以富含镁的镍铁渣为主要原料，经过 nickel slag refractory material 机械活化后，采用水热合成法制备了蒸汽混凝土， Tang等6根据以上研究，发现传统的烧结方 并研究了钙硅比对其性能的影响.随着钙硅比的 法会造成晶粒的过度增长，不利于致密化，限制了 增加，该蒸汽混凝土的抗压和弯曲强度增加，绝 性能的进一步提升.因此作者仍然以镍铁渣和烧 对干密度降低：当钙硅比为0.65时，抗压和弯曲强 结镁砂为原料，采用微波加热的方法，又额外加入 度达到最大值，分别为3.5和2.1MPa:干密度为 了氧化铝添加剂来抑制晶粒的过度增长.通过控 610kgm3.相对小的钙硅比(0.65~0.75)更有利于 制氧化铝的添加量，使得生成的镁橄榄石晶粒尺 水化硅酸钙的形成，从而促进其机械性能的提高. 寸小且分布均匀，而且促进了镁铝尖晶石及其多 娄广辉等6)利用镍铁渣、粉煤灰、电石渣和 种固溶体的生成，最终提高了耐火材料的耐火度、 皂化渣为生产原料，制备了镍铁渣基的蒸压标准 体积密度和抗压强度：但是，过量氧化铝的加人会 砖和蒸压多孔砖，其质量都符合国家标准.其中蒸淬铬铁渣具有海绵状和细颗粒的特点，因此在建 筑材料中无法直接使用. 作者通过在铬铁渣中加 入适量的菱镁矿来增加 MgO 的含量，进而改变原 料的组成范围，实现最终烧结产物的物相转变. 铬 铁中 MgO 的加入促进了方镁石的形成，并促进了 低熔点的硅酸盐相转变为镁橄榄石相以及尖晶石 相，从而提高了耐火材料的耐火度. 在最终的烧结 产物中，MgO/SiO2 质量比>2.2，且MgO/（Al2O3+Cr2O3） 质量比>1.71，耐火度达到 1665 ℃. 但是，对于对强 度有较高要求的耐火材料，用水淬渣制备的烧结 产物的强度是否满足要求还需注意. Gu 等[63] 利用高镁镍铁渣和烧结镁砂采用传 统烧结方法制备了镁橄榄石型耐火材料，并研究 了烧结镁砂的添加量对烧结过程中物相转变的 影响. 随着烧结镁砂添加量的增加，镍铁渣中的橄 榄石相首先分解为低铁橄榄石相和顽辉石相，随 后顽辉石相会转变为镁橄榄石相，渣中的 Fe、Cr 等元素通过镁过渡相转变为高熔点的尖晶石相. 当镍铁渣结合质量分数为 20% 的烧结镁砂，在 1350 ℃ 下烧结 3 h 后得到最优的耐火材料，其耐火 度为 1660 ℃，抗压强度为 100.61 MPa，体积密度为 2.92 g·cm−3，如图 4 所示. Tang 等[64] 根据以上研究，发现传统的烧结方 法会造成晶粒的过度增长，不利于致密化，限制了 性能的进一步提升. 因此作者仍然以镍铁渣和烧 结镁砂为原料，采用微波加热的方法，又额外加入 了氧化铝添加剂来抑制晶粒的过度增长. 通过控 制氧化铝的添加量，使得生成的镁橄榄石晶粒尺 寸小且分布均匀，而且促进了镁铝尖晶石及其多 种固溶体的生成，最终提高了耐火材料的耐火度、 体积密度和抗压强度；但是，过量氧化铝的加入会 导致低熔点物质蓝宝石的形成，不利于机械性能. 当镍铁渣结合质量分 数 25% 的烧结镁砂以 及 4% 的氧化铝，经过 1250 ℃ 烧结 20 min 后，得到的 耐火材料的耐火度可以达到 1790 ℃. 李琦等[65] 利用镍铁渣为主要原料，稻壳和碳粉 为造孔剂，制备了轻质的镁橄榄石‒尖晶石耐火材料， 并研究了造孔剂对其性能的影响. 结果表明，随着造 孔剂的增加，耐火材料的气孔率增加，体积密度和抗 弯曲强度降低. 在 1450 ℃ 的烧结温度下，耐火材料 的气孔率为 35.43%，抗弯曲强度为 15.95 MPa，体积 密度为 1.29 g·cm−3，耐火度为 1480 ℃；主要晶相为呈 三角棱状的镁橄榄石和呈短柱状的尖晶石相. 铁合金渣用于耐火材料的制备主要集中于 MgO 含量较高的高碳铬铁渣和电炉镍铁渣，无论 是致密的还是多孔轻质的耐火材料，重点是要将 MgO 转化为尖晶石和镁橄榄石相，防止过量 MgO 造成耐火材料长期安定性差的问题. 受工艺和产 品的影响，渣中 MgO 含量波动较大，给实际操作 造成较大难度. 此外，对于 Cr 等重金属元素的固 溶化行为研究还缺乏，随着耐火材料的长期耐腐 蚀性下降，其容易溶出造成环境污染. 但由于其资 源化利用程度较高，产品附加值较大，是值得进一 步的研究和推广的技术. 3.2.6    新型墙体材料 新型墙体材料是指除了传统实心黏土砖以 外，采用新技术、新原料制备的墙体材料，具有节 能环保、保温隔热、机械性能优异等多种功能，并 被国家统计局列为“十三五”国家战略性新兴产 业. 工业固体废弃物作为墙体材料的重要来源，涵 盖了新型烧结砖及砌块、新型非烧结砖及砌块、 泡沫玻璃、蒸压加气混凝土砌块和装配式建筑构 件等多个新型墙体材料产品和墙体保温材料产品. 这不仅消纳了大量堆存的固废、完成节能减排目 标，而且还有效提高了各种墙体材料的性能. Wu 等[66] 以富含镁的镍铁渣为主要原料，经过 机械活化后，采用水热合成法制备了蒸汽混凝土， 并研究了钙硅比对其性能的影响. 随着钙硅比的 增加，该蒸汽混凝土的抗压和弯曲强度增加，绝 对干密度降低；当钙硅比为 0.65 时，抗压和弯曲强 度达到最大值，分别为 3.5 和 2.1 MPa；干密度为 610 kg·m−3 . 相对小的钙硅比（0.65～0.75）更有利于 水化硅酸钙的形成，从而促进其机械性能的提高. 娄广辉等[67] 利用镍铁渣、粉煤灰、电石渣和 皂化渣为生产原料，制备了镍铁渣基的蒸压标准 砖和蒸压多孔砖，其质量都符合国家标准. 其中蒸 1700 Sample 1 Sample 2 Sample 3 1600 Olivine dominant stage Forsterite and ispinel increasing stage Forsterite and spinel dominant stage Refractoriness/ ℃ 1500 1400 1300 0 5 10 15 20 25 30 35 Mass fraction of magnesia/% 图 4    镍渣耐火材料的耐火性能及物相转变随镁砂添加量的变化示 意图[63] Fig.4     Effect  of  magnesia  addition  on  the  refractoriness  and  phase  of nickel slag refractory material · 672 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期