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 665. 后形成的冶金废渣.根据冶炼要求含碳量的不同， 物，其中硅酸二钙属于高活性矿物成分.电炉镍铁 可以分为高碳铬铁渣和中低碳铬铁渣.其中冶炼 合金渣中化学成分主要包括SiO2,MgO和Fe2O3 高碳铬铁合金产生的铬铁渣一般成块状，而冶炼 为主，总质量分数一般会大于90%，其次还有少量 中低碳铬铁合金产生的铬铁渣一般呈现粉体状. 的Ca0和Al2O3.该渣系属于SiO2-MgO-Fe2O3体 两种类型渣的化学成分有较大的差异，其中中低 系，相对于高炉镍铁渣，其MgO含量高（质量分数 碳铬铁渣的活性相对更好 一般会超过20%)，Ca0含量低（质量分数一般会 小于5%)，具有钙低，镁高和铁高的特点.渣中的 2典型铁合金渣的化学成分及矿物组成 矿物成分主要是顽辉石(Mg.SiO6)和镁橄榄石 基于对不同铁合金的品质要求，铁合金在冶 (MgSO4),造成渣的活性低，易磨性差，可利用程 炼过程中的原料要求以及冶炼工艺都有着显著差 度低.对于高MO含量是否会引起镍铁渣相应制 异，从而导致铁合金渣理化性质的不同.为了实现 品的安定性差问题，相关研究已经表明⑧，由于渣 对合金渣的二次利用，必须了解不同合金渣的化 中的MgO以镁橄榄石或辉石的形式存在，而不是 学成分及矿物组成，以及彼此之间的差异，便于对 以方镁石的形式存在，因此不会造成制品体积膨 渣的综合利用提供基础理论指导.表1展示了几 胀的现象，基本不会出现安定性差的问题 种典型合金渣的主要的化学成分及矿物组成 中低碳铬铁渣在冶炼过程中由于有大量高纯 硅锰渣化学成分主要以Ca0和SiO2为主，质 氧化钙加入，以达到彻底还原铬和降低SO2的目 量分数分别为30%~50%、20%~50%；其次是 的，因此该渣系中化学成分主要以CaO和SiO2为 A1203和Mg0,质量分数分别为5%~23%、5%~12%： 主，其次是Al2O3,Mg0和Cr2O3,还有少量的Fe2O3 渣中锰含量随着原料和冶炼条件的差异有较大的 相应地，该渣中的主要成分是硅酸二钙(2 Cao-Sio2), 变化.由于水淬急冷渣中的玻璃相含量和钙含量 其次还有少量镁蔷薇辉石(3 CaO-Mg02SiO2)和钙 较高，因此活性相对较高，利用程度较高.通过空 铝黄长石(2 CaO-Al2O3.SiO2)的存在，由此造成渣 气缓冷的渣主要含有钙蔷薇辉石(CaMnSi2O6),钙 的潜在活性较高，可利用程度较高.高碳铬铁渣中 长石(CaAl2Si2Og)和方石英(SiO2)等矿物，玻璃相 化学成分以SiO2,AlO3和MgO为主，其次是CaO 含量低，因此活性相对较低，可利用程度较低 和Cr2O3,还有少量的Fe203.该渣系属于SiO2-Al203 高炉镍铁渣和电炉镍铁渣化学组成中的元素 MgO体系，相对于中低碳铬铁渣，其CaO含量低， 种类类似，但是氧化物的比例含量有很大差别.高 AlO3和MgO的含量要高.该渣形成的过程中生 炉镍铁渣中的化学成分以CaO,SiO2和Al2O3为 成结晶致密的镁橄榄石(MgSiO4),镁铬尖晶石 主，总质量分数一般会大于85%，其次成分有少量 (Mg(Al1sCrs)O4)和镁铝尖晶石(MgAl2O4).因 MgO,FezO3,CrO3和MnO.该渣系属于CaO-Si02- 此，高碳铬铁渣的潜在活性较低，耐磨性较差，可 Al2O3体系，Ca0的质量分数一般在20%左右，具 利用程度较低.Bai等研究发现渣中的铬元素大 有钙高、镁少和铁低的特点，渣中主要包括镁铝 部分存在于尖晶石中，降低了该渣相关制品中的 尖晶石(MgAl2O4)和硅酸二钙(2CaO-SiO2)等矿 铬元素溶出的潜在危险性 表1典型铁合金渣的主要化学成分及矿物组成 Table 1 Chemical and mineral compositions of some ferroalloy slags Main chemical composition/% Type Main mineral composition Reference Cao SiO2 Al2O;Mgo Fe203 MnO Cr2O3 Bustamite(CaMnSi2Os)Anorthite Silicon-manganese slag 20.0 32.316.1 4.55 0.3 20.4 一 Choi et al. (CaAlSiOs)Cristobalite(SiO2) Dicalcium silicate(2CaO-SiO2)Magnesium Blast fumace nickel-iron slag 24.99 26.19 34.70 6.00 1.78 1.73 1.59 aluminum spinel (MgAl,O) Yin et al.I Electric furnacenickel-iron slag 0.29 58.10 2.29 26.50 11.0 Enstatite (MgSiO)Forsterite (MgSiO) Choi et al.I51 Forsterite(MgSiO)Magnesium chrome spinel High carbonchrome-iron slag 2.06 29.61 22.79 37.88 1.69 2.06 (Mg(Al sCro.s)O)Magnesium aluminum Bai et al. spinel (MgAl2O) Dicalcium silicate (2CaO-SiOz)Manganolite Medium low carbonchrome- 47.3530.77 9.03 6.9 1.3 4.15 (3CaO.MgO-2SiO2)Gehlenite Haom iron slag (2CaOAl2O.SiO)后形成的冶金废渣. 根据冶炼要求含碳量的不同， 可以分为高碳铬铁渣和中低碳铬铁渣. 其中冶炼 高碳铬铁合金产生的铬铁渣一般成块状，而冶炼 中低碳铬铁合金产生的铬铁渣一般呈现粉体状. 两种类型渣的化学成分有较大的差异，其中中低 碳铬铁渣的活性相对更好. 2    典型铁合金渣的化学成分及矿物组成 基于对不同铁合金的品质要求，铁合金在冶 炼过程中的原料要求以及冶炼工艺都有着显著差 异，从而导致铁合金渣理化性质的不同. 为了实现 对合金渣的二次利用，必须了解不同合金渣的化 学成分及矿物组成，以及彼此之间的差异，便于对 渣的综合利用提供基础理论指导. 表 1 展示了几 种典型合金渣的主要的化学成分及矿物组成. 硅锰渣化学成分主要以 CaO 和 SiO2 为主，质 量 分 数 分 别 为 30%～ 50%、 20%～ 50%； 其 次 是 Al2O3 和MgO，质量分数分别为5%～23%、5%～12%； 渣中锰含量随着原料和冶炼条件的差异有较大的 变化. 由于水淬急冷渣中的玻璃相含量和钙含量 较高，因此活性相对较高，利用程度较高. 通过空 气缓冷的渣主要含有钙蔷薇辉石（CaMnSi2O6），钙 长石（CaAl2Si2O8）和方石英（SiO2）等矿物，玻璃相 含量低，因此活性相对较低，可利用程度较低. 高炉镍铁渣和电炉镍铁渣化学组成中的元素 种类类似，但是氧化物的比例含量有很大差别. 高 炉镍铁渣中的化学成分以 CaO， SiO2 和 Al2O3 为 主，总质量分数一般会大于 85%，其次成分有少量 MgO，Fe2O3，Cr2O3 和 MnO. 该渣系属于 CaO‒SiO2‒ Al2O3 体系，CaO 的质量分数一般在 20% 左右，具 有钙高、镁少和铁低的特点. 渣中主要包括镁铝 尖晶石（ MgAl2O4）和硅酸二钙（ 2CaO·SiO2）等矿 物，其中硅酸二钙属于高活性矿物成分. 电炉镍铁 合金渣中化学成分主要包括 SiO2，MgO 和 Fe2O3 为主，总质量分数一般会大于 90%，其次还有少量 的 CaO 和 Al2O3 . 该渣系属于 SiO2‒MgO‒Fe2O3 体 系，相对于高炉镍铁渣，其 MgO 含量高（质量分数 一般会超过 20%） ，CaO 含量低（质量分数一般会 小于 5%），具有钙低，镁高和铁高的特点. 渣中的 矿物成分主要是顽辉石（Mg2Si2O6）和镁橄榄石 （MgSiO4），造成渣的活性低，易磨性差，可利用程 度低. 对于高 MgO 含量是否会引起镍铁渣相应制 品的安定性差问题，相关研究已经表明[8−9] ，由于渣 中的 MgO 以镁橄榄石或辉石的形式存在，而不是 以方镁石的形式存在，因此不会造成制品体积膨 胀的现象，基本不会出现安定性差的问题. 中低碳铬铁渣在冶炼过程中由于有大量高纯 氧化钙加入，以达到彻底还原铬和降低 SiO2 的目 的，因此该渣系中化学成分主要以 CaO 和 SiO2 为 主，其次是 Al2O3，MgO 和 Cr2O3，还有少量的 Fe2O3 . 相应地，该渣中的主要成分是硅酸二钙（2CaO·SiO2）， 其次还有少量镁蔷薇辉石（3CaO·MgO·2SiO2）和钙 铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）的存在，由此造成渣 的潜在活性较高，可利用程度较高. 高碳铬铁渣中 化学成分以 SiO2，Al2O3 和 MgO 为主，其次是 CaO 和Cr2O3，还有少量的Fe2O3 . 该渣系属于SiO2‒Al2O3‒ MgO 体系，相对于中低碳铬铁渣，其 CaO 含量低， Al2O3 和 MgO 的含量要高. 该渣形成的过程中生 成结晶致密的镁橄榄石（MgSiO4），镁铬尖晶石 （ Mg(Al1.5Cr0.5)O4）和镁铝尖晶石 （ MgAl2O4） . 因 此，高碳铬铁渣的潜在活性较低，耐磨性较差，可 利用程度较低. Bai 等[6] 研究发现渣中的铬元素大 部分存在于尖晶石中，降低了该渣相关制品中的 铬元素溶出的潜在危险性. 表 1 典型铁合金渣的主要化学成分及矿物组成 Table 1 Chemical and mineral compositions of some ferroalloy slags Type Main chemical composition/% Main mineral composition Reference CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 MnO Cr2O3 Silicon‒manganese slag 20.0 32.3 16.1 4.55 0.3 20.4 ― Bustamite (CaMnSi2O6 )Anorthite (CaAl2Si2O8 )Cristobalite (SiO2 ) Choi et al.[3] Blast furnace nickel‒iron slag 24.99 26.19 34.70 6.00 1.78 1.73 1.59 Dicalcium silicate(2CaO·SiO2 )Magnesium aluminum spinel (MgAl2O4 ) Yin et al.[4] Electric furnacenickel‒iron slag 0.29 58.10 2.29 26.50 11.0 ― ― Enstatite (Mg2Si2O6 )Forsterite (MgSiO4 ) Choi et al.[5] High carbonchrome‒iron slag 2.06 29.61 22.79 37.88 1.69 ― 2.06 Forsterite (MgSiO4 )Magnesium chrome spinel (Mg(Al1.5Cr0.5)O4 )Magnesium aluminum spinel (MgAl2O4 ) Bai et al.[6] Medium & low carbonchrome￾iron slag 47.35 30.77 9.03 6.9 1.3 ― 4.15 Dicalcium silicate (2CaO·SiO2 )Manganolite (3CaO·MgO·2SiO2 )Gehlenite (2CaO·Al2O3·SiO2 ) Hao[7] 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 · 665 ·