苗希望等：典型铁合金渣的资源化综合利用研究现状与发展趋势 673· 压标准砖的最佳配比为：镍铁渣、粉煤灰、电石渣 当铬铁渣、铝土矿、黏土和软锰矿的质量分数分 和皂化渣质量分数分别为42%、35%、7%和16%： 别为45%、52%、2%和1%，烧结温度为1320℃时， 此时强度为18.5MPa.蒸压多孔砖的最佳配比为： 陶瓷具有最大的抗弯曲强度177.7MPa:此时表观 镍铁渣、粉煤灰、电石渣和皂化渣质量分数分别 密度为3.03gcm3,在52MPa压力下的破损率为 为45%，32%，7%和16%：此时强度为16.8MPa.两 5.08%.铬元素的毒性浸出符合国家浸出标准.将 者的固废利用率都达到100% 该高强密实的陶瓷最为支撑剂用于石油压裂领 Gencel等I6s]以高碳铬铁渣和废石在900℃下 域，是铬铁渣综合利用的有效途径之一 制备了具有耐高温性能的烧结砖.当10%~30% Liu等四1以铬铁渣、工业氧化铝和硅粉为原 的铬铁渣和沸石代替黏土后，得到的烧结砖的抗 料通过烧结工艺制备了多孔的革青石陶瓷.烧结 压强度在17.4和27.7MPa之间，满足在结构应用 温度在1100和1350℃之间，并且铬铁渣的加入 的标准.随着铬铁渣的增加，砖的导热系数增加： 明显降低了烧结温度.渣中镁橄榄石固溶体中的 当铬铁渣添加质量分数为30%时，砖的导热系数 铁在内部氧化作用下逸出，导致多孔陶瓷产生大 达到最高1.26wmK.Yildiz与G9用含镁量 量的玻璃相，同时促进了低温烧结形成的革青石， 高的铬铁渣成功制备了多孔砖，砖体高强度、高孔 其中堇青石质量分数约为87%.玻璃相聚集在多 隙率和低吸水率的特点也拓宽了在其他建筑材料 面体尖品石和柱状革青石之间.渣中的铁氧化物 的使用可能性 作为造孔剂，在烧结过程中导致陶瓷出现明显体 冯桢哲等01以废玻璃和镍铁渣为主要原料，以 积膨胀，从而减小其体积密度.该陶瓷的最大弯曲 碳酸钠为发泡剂，采用磨具填充法制备了泡沫玻璃 强度为47.26MPa,热膨胀系数为3.5×106K-.铬 镍铁渣量的减少、碳酸钠掺量增加和发泡温度的升 铁渣制备多孔革青石，由于其热膨胀系数低及抗 高都会降低泡沫玻璃的体积密度，从而提高玻璃气孔 热震性能好，可以广泛应用在隔热、气体填充和催 的平均直径.当镍铁渣和废玻璃质量分数分别为 化载体等多领域 20%和80%，碳酸钠为5%~7%，在870℃的发泡温 李云涛等1以镍铁渣为主要原料，通过添加 度下保温1h,制得性能最优的泡沫玻璃；其气孔率 一定量的胶凝剂，采用高温聚合成型工艺制备多 为85.14%，体积密度为0.3715gcm3,抗折强度为 孔聚合微粒吸声材料.该材料对中低频噪声(250~ 2.062MPa,气孔的平均直径为3.13mm 1000Hz)具有高效的吸声性能，其吸声系数都能达 固废蒸压砖对于烧结砖来说生产能耗低，而 到0.6以上.由于该材料具有优良的耐候性和耐酸 且原料来源及其广泛，目前市场上应用最广泛的 碱性，且不会发生分化和沉降现象，因此可以适用 是粉煤灰蒸压砖.对于不同的铁合金渣都可用于 于公路交通噪声污染防治等领域. 蒸压砖的制备，利用铁合金渣制备蒸压加气混凝 wang等网首次合成了水淬锰渣与含镉废水 土用于节能型非承重墙体材料已有研究，由于高 协同利用选择性催化还原一氧化氨的新型催化 利废、高隔声和高热阻等优点，部分已经实现实际 剂.该催化剂由氨浸渍法得到，并且由含有多种金 应用.由于轻质和强度的矛盾关系，可以选择在混 属的非晶相和MnCr氧化物的品相组成.结果发 凝土基质中加入无机矿物纤维以达到增强机械性 现，氨水活化后的锰渣在150℃时对一氧化氮的 能的目的，这为铁合金渣的利用提供新的思路。 去除率从25%提高到61%.沉淀后的含镉废水对 3.2.7特色功能陶瓷 一氧化氨的去除率进一步提高到97%.为了进一 铁合金渣用于特色功能陶瓷主要包括：作为 步提高其催化活性，wang等阿以水淬锰渣为原 支撑剂的高强密实陶瓷，作为隔热和催化等领域 料，采用微波辅助法合成了催化剂.实验结果发 的多孔陶瓷，作为吸声材料的多孔微粒陶瓷，作为 现，由于在微波合成过程中氧空位数量增加，导致 焊接焊剂的粉末陶瓷，用于选择性催化还原的催 该催化剂在低温下有较好的催化活性，在100℃ 化剂，以及具有催化吸附功能的分子筛 时，硝酸根的去除率为78.31%，比氨浸渍法得到的 Ren等)鉴于高碳铬铁渣中高MgO的特点， 渣系催化剂高了44.44%：即使在水热处理后，催化 结合铝土矿利用喷雾造粒和烧结的方法成功制备 剂在150℃仍能表现出69.26%的去除率 了尖品石-刚玉陶瓷.在此基础上，在原料中加入 Kryukov等%利用硅锰渣为原料，采用湿法造 软锰矿来调节原料组成，进而控制液相生成量，最 粒以及高温烧结的方法制备了一种新型的陶瓷焊 终制备了高强度密实的尖晶石-刚玉陶瓷支撑剂 接剂，并分析了硅锰渣添加量对焊缝质量的影响压标准砖的最佳配比为：镍铁渣、粉煤灰、电石渣 和皂化渣质量分数分别为 42%、35%、7% 和 16%； 此时强度为 18.5 MPa. 蒸压多孔砖的最佳配比为： 镍铁渣、粉煤灰、电石渣和皂化渣质量分数分别 为 45%，32%，7% 和 16%；此时强度为 16.8 MPa. 两 者的固废利用率都达到 100%. Gencel 等[68] 以高碳铬铁渣和废石在 900 ℃ 下 制备了具有耐高温性能的烧结砖. 当 10%～30% 的铬铁渣和沸石代替黏土后，得到的烧结砖的抗 压强度在 17.4 和 27.7 MPa 之间，满足在结构应用 的标准. 随着铬铁渣的增加，砖的导热系数增加； 当铬铁渣添加质量分数为 30% 时，砖的导热系数 达到最高 1.26 W·mK−1 . Yildiz 与 Gül[69] 用含镁量 高的铬铁渣成功制备了多孔砖，砖体高强度、高孔 隙率和低吸水率的特点也拓宽了在其他建筑材料 的使用可能性. 冯桢哲等[70] 以废玻璃和镍铁渣为主要原料，以 碳酸钠为发泡剂，采用磨具填充法制备了泡沫玻璃. 镍铁渣量的减少、碳酸钠掺量增加和发泡温度的升 高都会降低泡沫玻璃的体积密度，从而提高玻璃气孔 的平均直径. 当镍铁渣和废玻璃质量分数分别为 20% 和 80%，碳酸钠为 5%～7%，在 870 ℃ 的发泡温 度下保温 1 h，制得性能最优的泡沫玻璃；其气孔率 为 85.14%，体积密度为 0.3715 g·cm−3，抗折强度为 2.062 MPa，气孔的平均直径为 3.13 mm. 固废蒸压砖对于烧结砖来说生产能耗低，而 且原料来源及其广泛，目前市场上应用最广泛的 是粉煤灰蒸压砖. 对于不同的铁合金渣都可用于 蒸压砖的制备，利用铁合金渣制备蒸压加气混凝 土用于节能型非承重墙体材料已有研究，由于高 利废、高隔声和高热阻等优点，部分已经实现实际 应用. 由于轻质和强度的矛盾关系，可以选择在混 凝土基质中加入无机矿物纤维以达到增强机械性 能的目的，这为铁合金渣的利用提供新的思路. 3.2.7    特色功能陶瓷 铁合金渣用于特色功能陶瓷主要包括：作为 支撑剂的高强密实陶瓷，作为隔热和催化等领域 的多孔陶瓷，作为吸声材料的多孔微粒陶瓷，作为 焊接焊剂的粉末陶瓷，用于选择性催化还原的催 化剂，以及具有催化吸附功能的分子筛. Ren 等[71] 鉴于高碳铬铁渣中高 MgO 的特点， 结合铝土矿利用喷雾造粒和烧结的方法成功制备 了尖晶石‒刚玉陶瓷. 在此基础上，在原料中加入 软锰矿来调节原料组成，进而控制液相生成量，最 终制备了高强度密实的尖晶石‒刚玉陶瓷支撑剂. 当铬铁渣、铝土矿、黏土和软锰矿的质量分数分 别为 45%、52%、2% 和 1%，烧结温度为 1320 ℃ 时， 陶瓷具有最大的抗弯曲强度 177.7 MPa；此时表观 密度为 3.03 g·cm‒3 ，在 52 MPa 压力下的破损率为 5.08%. 铬元素的毒性浸出符合国家浸出标准. 将 该高强密实的陶瓷最为支撑剂用于石油压裂领 域，是铬铁渣综合利用的有效途径之一. Liu 等[72] 以铬铁渣、工业氧化铝和硅粉为原 料通过烧结工艺制备了多孔的堇青石陶瓷. 烧结 温度在 1100 和 1350 ℃ 之间，并且铬铁渣的加入 明显降低了烧结温度. 渣中镁橄榄石固溶体中的 铁在内部氧化作用下逸出，导致多孔陶瓷产生大 量的玻璃相，同时促进了低温烧结形成的堇青石， 其中堇青石质量分数约为 87%. 玻璃相聚集在多 面体尖晶石和柱状堇青石之间. 渣中的铁氧化物 作为造孔剂，在烧结过程中导致陶瓷出现明显体 积膨胀，从而减小其体积密度. 该陶瓷的最大弯曲 强度为 47.26 MPa，热膨胀系数为 3.5×10−6 K −1 . 铬 铁渣制备多孔堇青石，由于其热膨胀系数低及抗 热震性能好，可以广泛应用在隔热、气体填充和催 化载体等多领域. 李云涛等[73] 以镍铁渣为主要原料，通过添加 一定量的胶凝剂，采用高温聚合成型工艺制备多 孔聚合微粒吸声材料. 该材料对中低频噪声（250～ 1000 Hz）具有高效的吸声性能，其吸声系数都能达 到 0.6 以上. 由于该材料具有优良的耐候性和耐酸 碱性，且不会发生分化和沉降现象，因此可以适用 于公路交通噪声污染防治等领域. Wang 等[74] 首次合成了水淬锰渣与含镉废水 协同利用选择性催化还原一氧化氮的新型催化 剂. 该催化剂由氨浸渍法得到，并且由含有多种金 属的非晶相和 MnCr 氧化物的晶相组成. 结果发 现，氨水活化后的锰渣在 150 ℃ 时对一氧化氮的 去除率从 25% 提高到 61%，沉淀后的含镉废水对 一氧化氮的去除率进一步提高到 97%. 为了进一 步提高其催化活性，Wang 等[75] 以水淬锰渣为原 料，采用微波辅助法合成了催化剂. 实验结果发 现，由于在微波合成过程中氧空位数量增加，导致 该催化剂在低温下有较好的催化活性，在 100 ℃ 时，硝酸根的去除率为 78.31%，比氨浸渍法得到的 渣系催化剂高了 44.44%；即使在水热处理后，催化 剂在 150 ℃ 仍能表现出 69.26% 的去除率. Kryukov 等[76] 利用硅锰渣为原料，采用湿法造 粒以及高温烧结的方法制备了一种新型的陶瓷焊 接剂，并分析了硅锰渣添加量对焊缝质量的影响. 苗希望等： 典型铁合金渣的资源化综合利用研究现状与发展趋势 · 673 ·