·1380· 北京科技大学学报 第34卷 97.8%是导致钢渣体积稳定性不良的最重要因 素.并且钢渣中C,S和C,S含量较低，仅为水泥 1 实验材料与实验方法 熟料中的50%~70%，过高的生成温度造成矿物 1.1实验材料 相结晶致密，晶粒较大，胶凝性能较差00-1.由于 钢渣选自陕西龙门钢铁公司钢渣处理生产线排 上述原因，到目前为止钢渣并未得到有效利用，近 放的转炉钢渣尾渣，经破碎、球磨后得到钢渣粉，钢 几年我国钢渣的综合利用率仅为20%左右回.针 渣粉比表面积为422m2·kg-1,其中部分钢渣粉作为 对钢渣在应用上存在的这些问题，本研究提出在 空白样与改性后的钢渣进行对比分析，文中将其编 钢渣出渣过程中，引入廉价的改性剂，利用钢渣余 号为S0.铁尾矿选自首钢迁安矿业公司经烘干、球 热，控制二次物相反应，调整钢渣的化学组成和矿 磨后得到的铁尾矿粉，铁尾矿粉比表面积为445m2· 物组成，克服钢渣胶凝活性低、体积稳定不良等缺 kg.钢渣和铁尾矿的化学成分见表1，铁尾矿的X 点，为高性能钢渣基胶凝材料的设计和生产提供 射线衍射图谱见图1.由图1可以看出，铁尾矿的主 借鉴 要矿物组成为石英、赤铁矿、钠长石和镁角闪石 表1钢渣和铁尾矿的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of steel slag and iron tailings 原料 Ca0 Si0, A203 Mgo Fe203 MnO P203 TiO, f-Ca0 钢渣 39.42 21.77 3.02 3.24 17.60 3.81 1.20 1.83 6.05 铁尾矿 3.37 76.45 3.13 1.67 13.52 0.13 0.10 9000 表2实验方案设计 8000 Table 2 Experiment scheme and design ▲镁角闪石 7000 ◆石英 混合质量分数/% 6000 ◇赤铁矿 编号 温度/℃ △纳长石 5000 钢渣 铁尾矿 4000 号 90 10 3000 52 80 20 1200 2000 1000 S3 70 30 hA人ol-bio 90 10 10 30 0 405060 70 S4 20 S5 80 20 1250 图1铁尾矿的X射线衍射图谱 S6 70 30 Fig.1 X-ray diffraction patterns of iron tailings 90 10 S8 80 20 1300 1.2实验方法 S9 70 30 将预处理得到的钢渣粉和铁尾矿粉，按照不同 的质量比例（下同）混合，辅以适量水性结合剂，将 行评价.采用日本理学DMAX-RB旋转阴极X射线 物料放于模具内，在压力≤30MPa下压制成型，样 衍射仪进行矿物组成分析，测试条件为Cu靶K辐 品尺寸为5cm×5cm.将样品装入刚玉坩埚内，置 射，工作电压为40kV.将改性钢渣颗粒用环氧树脂 于快速升温炉内进行钢渣高温改性实验，考虑到出 固结后，进行切割、磨制和抛光制得试样，采用扫描 炉钢渣的温度≥1450℃，设置在实验中对钢渣的处 电子显微镜(SEM,德国卡尔蔡司公司EVO18型)观 理温度分别为1200、1250和1300℃，升温速率为5 察试样的显微形貌，并结合能谱仪(EDS)测定改性 ℃min-l,保温30min后取出置于空气中快速冷却. 钢渣不同形貌区域的元素组成 具体实验方案设计如表2所示. 按照YB/T140一1998《水泥化学分析方法》测 2实验结果与讨论 定改性钢渣中f-Ca0的含量.将改性钢渣破碎后， 2.1改性钢渣的体积稳定性 球磨至比表面积约410m2·kg,得到改性钢渣粉. 图2为改性钢渣中游离氧化钙含量变化.同 依据GB/T20491一2006《用于水泥和混凝土中的钢 时，选择S0分别与10%~30%的改性剂铁尾矿混 渣粉》的活性指数要求，对改性钢渣的胶凝性能进 合粉末作为对比样.由图2可见，在钢渣高温改性北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 97. 8% 是导致钢渣体积稳定性不良的最重要因 素［9］． 并且钢渣中 C2 S 和 C3 S 含量较低，仅为水泥 熟料中的 50% ～ 70% ，过高的生成温度造成矿物 相结晶致密，晶粒较大，胶凝性能较差［10--11］． 由于 上述原因，到目前为止钢渣并未得到有效利用，近 几年我国钢渣的综合利用率仅为 20% 左右［12］． 针 对钢渣在应用上存在的这些问题，本研究提出在 钢渣出渣过程中，引入廉价的改性剂，利用钢渣余 热，控制二次物相反应，调整钢渣的化学组成和矿 物组成，克服钢渣胶凝活性低、体积稳定不良等缺 点，为高性能钢渣基胶凝材料的设计和生产提供 借鉴． 1 实验材料与实验方法 1. 1 实验材料 钢渣选自陕西龙门钢铁公司钢渣处理生产线排 放的转炉钢渣尾渣，经破碎、球磨后得到钢渣粉，钢 渣粉比表面积为 422 m2 ·kg － 1 ，其中部分钢渣粉作为 空白样与改性后的钢渣进行对比分析，文中将其编 号为 S0． 铁尾矿选自首钢迁安矿业公司经烘干、球 磨后得到的铁尾矿粉，铁尾矿粉比表面积为 445 m2 · kg － 1 ． 钢渣和铁尾矿的化学成分见表 1，铁尾矿的 X 射线衍射图谱见图 1． 由图 1 可以看出，铁尾矿的主 要矿物组成为石英、赤铁矿、钠长石和镁角闪石． 表 1 钢渣和铁尾矿的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of steel slag and iron tailings % 原料 CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 MnO P2O5 TiO2 f--CaO 钢渣 39. 42 21. 77 3. 02 3. 24 17. 60 3. 81 1. 20 1. 83 6. 05 铁尾矿 3. 37 76. 45 3. 13 1. 67 13. 52 0. 13 0. 10 — — 图 1 铁尾矿的 X 射线衍射图谱 Fig． 1 X-ray diffraction patterns of iron tailings 1. 2 实验方法 将预处理得到的钢渣粉和铁尾矿粉，按照不同 的质量比例( 下同) 混合，辅以适量水性结合剂，将 物料放于模具内，在压力≤30 MPa 下压制成型，样 品尺寸为 5 cm × 5 cm． 将样品装入刚玉坩埚内，置 于快速升温炉内进行钢渣高温改性实验，考虑到出 炉钢渣的温度≥1 450 ℃，设置在实验中对钢渣的处 理温度分别为 1 200、1 250 和 1 300 ℃，升温速率为 5 ℃·min － 1 ，保温 30 min 后取出置于空气中快速冷却． 具体实验方案设计如表 2 所示． 按照 YB /T140—1998《水泥化学分析方法》测 定改性钢渣中 f--CaO 的含量． 将改性钢渣破碎后， 球磨至比表面积约 410 m2 ·kg － 1 ，得到改性钢渣粉． 依据 GB /T20491—2006《用于水泥和混凝土中的钢 渣粉》的活性指数要求，对改性钢渣的胶凝性能进 表 2 实验方案设计 Table 2 Experiment scheme and design 编号 混合质量分数/% 钢渣 铁尾矿 温度/℃ S1 90 10 S2 80 20 1 200 S3 70 30 S4 90 10 S5 80 20 1 250 S6 70 30 S7 90 10 S8 80 20 1 300 S9 70 30 行评价． 采用日本理学 DMAX--RB 旋转阴极 X 射线 衍射仪进行矿物组成分析，测试条件为 Cu 靶 Kβ辐 射，工作电压为 40 kV． 将改性钢渣颗粒用环氧树脂 固结后，进行切割、磨制和抛光制得试样，采用扫描 电子显微镜( SEM，德国卡尔蔡司公司 EVO18 型) 观 察试样的显微形貌，并结合能谱仪( EDS) 测定改性 钢渣不同形貌区域的元素组成． 2 实验结果与讨论 2. 1 改性钢渣的体积稳定性 图 2 为改性钢渣中游离氧化钙含量变化． 同 时，选择 S0 分别与 10% ～ 30% 的改性剂铁尾矿混 合粉末作为对比样． 由图 2 可见，在钢渣高温改性 ·1380·