·1382· 北京科技大学学 报 第34卷 1250℃铁尾矿掺加量为10%~30%的改性钢渣X oC,S▣G,MS ■C,MS 射线衍射图谱，即样品S4、S5和S6.选用原始钢渣 ●CS▲MgFe,O, ◆FeO, ★Cn0△0☆CMS,8SiO, S0为空白样，分别进行X射线衍射图谱对比分析. 之S6 原始钢渣中矿物组成主要为C,S、C,S、R0相(Fe0、 Mg0和MnO的固溶体)、f-Ca0和镁铁尖晶石 之S5 (MgFe,O,),且胶凝性矿物C,S和C3S的谱峰宽化， 衍射强度较弱.引入10%的铁尾矿对钢渣进行高温 改性后，从图3中观察不到f-Ca0衍射峰，而且处理 几"炕克光 50 温度提高到1250℃，C2S和C,S的衍射峰尖锐，衍 20 30 40 50 60 70 射强度也显著提高，这表明高温改性可促进更多胶 201M) 凝性矿物的形成.CS的主要生成温度集中在1250 图4引入不同比例铁尾矿的改性钢渣的X射线衍射图谱 ℃左右，因此处理温度1200℃时，C,S对应的衍射 Fig.4 XRD patterns of steel slag modified by different ratios of iron tailings 峰强度较弱.处理温度为1250℃时，C,S对应的衍 射峰强度较高.尤其是实验中采取快速冷却的方 CS逐渐向低CS比的矿物转化.实验结果表明， 式，抑制了温度逐渐降低过程中C,S的分解.同时 引入10%~20%铁尾矿改性剂，在1250℃处理的条 改性钢渣的RO相衍射峰消失，出现磁铁矿(F©3O,) 件下，改性钢渣的矿物组成中胶凝性物相与原始钢 衍射峰，且衍射强度随温度升高而逐渐增强.实验 渣相比显著提高.与P.O52.5水泥相比，其中的胶 结果表明改性处理促进了RO相的逐渐分解，在 凝性物相C,S和C,S的含量还是较低，因此改性钢 1200℃部分转化为MgFe204,更高温度下（≥1250 渣替代部分水泥其胶砂抗压强度比纯水泥的测试值 ℃)时转化为Fe,0,处理温度提高到1300℃时钢 要低.要解决这个问题，本文采用改性剂的方法提 渣的衍射峰位置以及强度变化不明显. 供了基本设计思路，通过选择廉价的高钙改性剂提 高体系Ca/Si比，在降低f-Ca0含量的基础上，可使 OCS ▣C,MS, ■C,MS, ●C,S MgFc.O. ◆FeO, 体系的胶凝性能得到进一步改善 ★Ca0△R0☆CMS,gSiO, 2.4改性钢渣的微观形貌分析 为进一步说明铁尾矿作为改性剂引入钢渣体系 的作用，选择1250℃处理温度、铁尾矿引入量分别 54 为10%和20%的钢渣样品即S4和S5进行微观形 貌观察，并结合能谱分析对改性钢渣含有的特征矿 物进行分析.图5和图6分别为样品S4和S5扫描 电镜照片和能谱分析图 50 由图5可以判断，掺加10%铁尾矿的改性钢渣 20 30 40 50 60 70 20) 主要为C,S、C,S和以Fe,O,为基的磁铁矿固溶体. 图3在不同温度下改性处理钢渣的X射线衍射图谱 钢渣中含有大量的浅色树叶状C,S(点2所示)：含 Fig.3 XRD pattemns of steel slag modified at different temperatures 有较多深色无定形状且连续的C,S(点3所示)，其 中固溶了镁、铝及铁的氧化物：磁铁矿固溶体呈不均 当处理温度固定为1250℃时，改变引入到体系 匀化分布（点1所示），粒径小于20um,主要物相组 中的铁尾矿比例，改性钢渣的矿相组成呈现明显变 成与对样品S4的X射线衍射分析一致. 化，而且主要集中在硅酸盐矿物相的变化上（如图4 由图6可以看出，当铁尾矿的掺加量由10%提 所示).当铁尾矿掺加量为10%时，主要硅酸盐矿 高至20%时，改性钢渣的显微形貌发生明显变化. 物相为C,S和C3S,并出现镁黄长石(C2MS2)和镁 改性钢渣的C2S和C,S分布于C2MS2之间，C,S中 蔷薇辉石(C3MS2).掺加量增至20%，C3S的衍射 固溶部分铁的氧化物.改性钢渣中形成大量深色柱 峰减弱，C,S和C,MS2的衍射峰增强，且峰形尖锐. 状或多边形状C,MS2（点3所示)，其中C,MS,中含 掺加量增至30%，C3S、C,S、CzMS2和C3MS2的衍射 有的氧化镁主要为R0相分解产物.但是，对比显 峰消失，主要为CMS2·分析其原因，随着铁尾矿的 微照片发现，S5的晶体发育较完整，可能由于铁尾 掺入，改性钢渣的钙硅比(C/S)逐渐降低，C,S和 矿掺入量增加，导致体系中钙硅比降低，液相量增北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 1 250 ℃铁尾矿掺加量为 10% ～ 30% 的改性钢渣 X 射线衍射图谱，即样品 S4、S5 和 S6． 选用原始钢渣 S0 为空白样，分别进行 X 射线衍射图谱对比分析． 原始钢渣中矿物组成主要为 C2 S、C3 S、RO 相( FeO、 MgO 和 MnO 的 固 溶 体) 、f--CaO 和 镁 铁 尖 晶 石 ( MgFe2O4 ) ，且胶凝性矿物 C2 S 和 C3 S 的谱峰宽化， 衍射强度较弱． 引入 10% 的铁尾矿对钢渣进行高温 改性后，从图3 中观察不到 f--CaO 衍射峰，而且处理 温度提高到 1 250 ℃，C2 S 和 C3 S 的衍射峰尖锐，衍 射强度也显著提高，这表明高温改性可促进更多胶 凝性矿物的形成． C3 S 的主要生成温度集中在 1 250 ℃左右，因此处理温度 1 200 ℃ 时，C3 S 对应的衍射 峰强度较弱． 处理温度为 1 250 ℃ 时，C3 S 对应的衍 射峰强度较高． 尤其是实验中采取快速冷却的方 式，抑制了温度逐渐降低过程中 C3 S 的分解． 同时 改性钢渣的 RO 相衍射峰消失，出现磁铁矿( Fe3O4 ) 衍射峰，且衍射强度随温度升高而逐渐增强． 实验 结果表明改性处理促进了 RO 相的逐渐分解，在 1 200 ℃部分转化为 MgFe2O4，更高温度下( ≥1 250 ℃ ) 时转化为 Fe3O4，处理温度提高到 1 300 ℃ 时钢 渣的衍射峰位置以及强度变化不明显． 图 3 在不同温度下改性处理钢渣的 X 射线衍射图谱 Fig． 3 XRD patterns of steel slag modified at different temperatures 当处理温度固定为 1 250 ℃时，改变引入到体系 中的铁尾矿比例，改性钢渣的矿相组成呈现明显变 化，而且主要集中在硅酸盐矿物相的变化上( 如图 4 所示) ． 当铁尾矿掺加量为 10% 时，主要硅酸盐矿 物相为 C2 S 和 C3 S，并出现镁黄长石( C2 MS2 ) 和镁 蔷薇辉石( C3 MS2 ) ． 掺加量增至 20% ，C3 S 的衍射 峰减弱，C2 S 和 C2 MS2的衍射峰增强，且峰形尖锐． 掺加量增至 30% ，C3 S、C2 S、C2 MS2和 C3 MS2的衍射 峰消失，主要为 CMS2 ． 分析其原因，随着铁尾矿的 掺入，改性钢渣的钙硅比( C /S) 逐渐降低，C2 S 和 图 4 引入不同比例铁尾矿的改性钢渣的 X 射线衍射图谱 Fig． 4 XRD patterns of steel slag modified by different ratios of iron tailings C3 S 逐渐向低 C /S 比的矿物转化． 实验结果表明， 引入 10% ～ 20% 铁尾矿改性剂，在 1250 ℃处理的条 件下，改性钢渣的矿物组成中胶凝性物相与原始钢 渣相比显著提高． 与 P. O52. 5 水泥相比，其中的胶 凝性物相 C3 S 和 C2 S 的含量还是较低，因此改性钢 渣替代部分水泥其胶砂抗压强度比纯水泥的测试值 要低． 要解决这个问题，本文采用改性剂的方法提 供了基本设计思路，通过选择廉价的高钙改性剂提 高体系 Ca /Si 比，在降低 f--CaO 含量的基础上，可使 体系的胶凝性能得到进一步改善． 2. 4 改性钢渣的微观形貌分析 为进一步说明铁尾矿作为改性剂引入钢渣体系 的作用，选择 1 250 ℃ 处理温度、铁尾矿引入量分别 为 10% 和 20% 的钢渣样品即 S4 和 S5 进行微观形 貌观察，并结合能谱分析对改性钢渣含有的特征矿 物进行分析． 图 5 和图 6 分别为样品 S4 和 S5 扫描 电镜照片和能谱分析图． 由图 5 可以判断，掺加 10% 铁尾矿的改性钢渣 主要为 C2 S、C3 S 和以 Fe3O4为基的磁铁矿固溶体． 钢渣中含有大量的浅色树叶状 C3 S( 点 2 所示) ; 含 有较多深色无定形状且连续的 C2 S( 点 3 所示) ，其 中固溶了镁、铝及铁的氧化物; 磁铁矿固溶体呈不均 匀化分布( 点 1 所示) ，粒径小于 20 μm，主要物相组 成与对样品 S4 的 X 射线衍射分析一致． 由图 6 可以看出，当铁尾矿的掺加量由 10% 提 高至 20% 时，改性钢渣的显微形貌发生明显变化． 改性钢渣的 C2 S 和 C3 S 分布于 C2 MS2之间，C2 S 中 固溶部分铁的氧化物． 改性钢渣中形成大量深色柱 状或多边形状 C2MS2 ( 点 3 所示) ，其中 C2 MS2中含 有的氧化镁主要为 RO 相分解产物． 但是，对比显 微照片发现，S5 的晶体发育较完整，可能由于铁尾 矿掺入量增加，导致体系中钙硅比降低，液相量增 ·1382·