第12期 张作顺等：利用铁尾矿高温改性钢渣的性能 ·1381· 过程中，铁尾矿作为改性剂可显著降低钢渣中「一 如表3所示.实验中以P.052.5水泥作为对比样进 Ca0的含量，而且铁尾矿掺加量和煅烧温度对改性 行分析，样品编号为C 钢渣中f-Ca0含量变化的影响较大.处理温度越 表3掺改性钢渣的水泥胶砂抗压强度和活性指数 高，铁尾矿掺加量越大，改性钢渣中f-Ca0含量越 Table 3 Compressive strength and activity index of cement samples with 低.当处理温度由1200升高至1250和1300℃，铁 modified steel slag 尾矿掺量为10%时（质量分数，下同），f-Ca0质量 抗压强度/MPa 活性指数/% 编号 分数分别降低至4.27%、2.89%和2.45%，与未经 7d 28d 7d 28d 过改性的钢渣和等量铁尾矿的混合物相比较f-Ca0 43.0 57.7 100.0 100.0 S00 28.9 44.1 67.2 76.4 的降幅分别达到21.6%、46.9%和53.4%：掺加量 S10 25.1 41.8 58.4 72.4 为20%时，f-Ca0含量分别降低至3.39%、2.39% S20 26.2 42.5 60.9 73.7 和1.82%，降幅分别达到30.0%、50.6%和62.4%： S30 24.0 40.6 55.8 70.4 铁尾矿掺加量为30%，f-Ca0质量分数降至 S40 27.5 46.9 64.0 81.3 2.78%、2.03%和1.55%，降幅达到34.4%、52.1% S50 28.7 47.3 66.7 82.0 和63.4%.因此，利用铁尾矿对钢渣进行改性处理， S6xo 29.1 41.9 67.7 72.6 温度高于1250℃、铁尾矿掺量为10%~30%时，改 S70 28.7 47.5 66.7 82.3 性钢渣中f-Ca0的含量≤3%，满足GB/T20491一 580 29.8 48.1 69.3 83.4 S90 29.3 42.5 68.1 73.6 2006《佣于水泥和混凝土中的钢渣粉》的规定. 6.0m 。-未高温处理 由表3可以看出，体系中掺入改性钢渣和原始 5.5 ◆-1200℃ 钢渣，其水泥胶砂抗压强度测试值与纯水泥的相比 5.0 ▲1250℃ 1300℃ 4.5 呈现不同程度降低，具体原因以及改进措施将在后 象A 续部分详细说明.在铁尾矿改性剂掺入量一定 (10%、20%或30%)的条件下，随着处理温度的升 3.0 25 高，改性钢渣粉的活性指数提高.当处理温度为 2.0 1200℃时，铁尾矿掺入量为10%~30%时，改性钢 1.5 渣的活性指数皆低于原始钢渣.当处理温度提高到 10 20 30 铁尾矿掺最/% 1250℃，铁尾矿掺加量为10%和20%时，改性钢渣 图2改性钢渣中游离氧化钙含量 粉的28d活性指数分别达到81.3%和82.0%，与引 Fig.2 f-Ca0 content of modified steel slag 入原始钢渣的体系相比提高了4.9%和5.6%.当 处理温度继续升高到1300℃时，体系28d活性指数 游离氧化钙(f-CaO)水化产生体积膨胀是造成 分别达到82.3%和83.4%，比原始钢渣体系提高了 钢渣体积稳定性不定的主要原因，利用铁尾矿对钢 5.9%和7.0%.但当铁尾矿掺加量提高到30%时， 渣进行的高温改性可较好消除游离氧化钙对钢渣体 经过1250和1300℃处理后，体系的胶凝活性与铁 积稳定性不良的影响，钢渣无需再进行后期陈化处 尾矿掺加量为20%时的相比都有所下降. 理，可直接用于水泥和混凝土中.高温处理可能促 实验数据表明，通过在钢渣体系中引入10%~ 进了铁尾矿中SiO,与f-Ca0的反应，从而降低钢渣 20%廉价的铁尾矿，利于余热控制温度≥1250℃的 中f-Ca0含量.但是，钢渣经过了1650℃高温治 条件下，可以显著降低钢渣体系中f-Ca0的含量， 炼，其中的晶粒粗大、结构致密，并固溶一定量的 体系的胶凝性能也得到改善。以下将从体系矿物组 MnO、Mg0和FeO,因此在高温改性过程中钢渣中f- 成和显微形貌的变化探索铁尾矿对钢渣改性的机 Ca0与铁尾矿中SiO,反应不完全，造成f-Ca0去除 理，为后续工作提供改进的思路 不彻底 2.3改性钢渣的矿物组成 2.2改性钢渣的胶凝性能 在1200~1300℃条件下，引入10%~30%的 将原始钢渣S0和改性钢渣(S1~S9),分别替 铁尾矿对钢渣改性后的物相进行对比分析.图3比 代质量分数30%的P.052.5水泥，充分混合后，进 较了掺加量10%时改性钢渣的X射线衍射图谱，即 行水泥胶砂实验，测试其7、28d的抗压强度，结果 样品S1、S4和S7.图4为对比了改性处理温度为第 12 期 张作顺等: 利用铁尾矿高温改性钢渣的性能 过程中，铁尾矿作为改性剂可显著降低钢渣中 f-- CaO 的含量，而且铁尾矿掺加量和煅烧温度对改性 钢渣中 f--CaO 含量变化的影响较大． 处理温度越 高，铁尾矿掺加量越大，改性钢渣中 f--CaO 含量越 低． 当处理温度由 1 200 升高至 1 250 和 1 300 ℃，铁 尾矿掺量为 10% 时( 质量分数，下同) ，f--CaO 质量 分数分别降低至 4. 27% 、2. 89% 和 2. 45% ，与未经 过改性的钢渣和等量铁尾矿的混合物相比较 f--CaO 的降幅分别达到 21. 6% 、46. 9% 和 53. 4% ; 掺加量 为 20% 时，f--CaO 含量分别降低至 3. 39% 、2. 39% 和 1. 82% ，降幅分别达到 30. 0% 、50. 6% 和 62. 4% ; 铁 尾 矿 掺 加 量 为 30% ，f-- CaO 质 量 分 数 降 至 2. 78% 、2. 03% 和 1. 55% ，降幅达到 34. 4% 、52. 1% 和 63. 4% ． 因此，利用铁尾矿对钢渣进行改性处理， 温度高于 1 250 ℃、铁尾矿掺量为 10% ～ 30% 时，改 性钢渣中 f--CaO 的含量≤3% ，满足 GB /T20491— 2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》的规定． 图 2 改性钢渣中游离氧化钙含量 Fig． 2 f-CaO content of modified steel slag 游离氧化钙( f--CaO) 水化产生体积膨胀是造成 钢渣体积稳定性不定的主要原因，利用铁尾矿对钢 渣进行的高温改性可较好消除游离氧化钙对钢渣体 积稳定性不良的影响，钢渣无需再进行后期陈化处 理，可直接用于水泥和混凝土中． 高温处理可能促 进了铁尾矿中 SiO2与 f--CaO 的反应，从而降低钢渣 中 f--CaO 含量． 但是，钢渣经过了 1 650 ℃ 高温冶 炼，其中的晶粒粗大、结构致密，并固溶一定量的 MnO、MgO 和 FeO，因此在高温改性过程中钢渣中 f-- CaO 与铁尾矿中 SiO2反应不完全，造成 f--CaO 去除 不彻底． 2. 2 改性钢渣的胶凝性能 将原始钢渣 S0 和改性钢渣( S1 ～ S9) ，分别替 代质量分数 30% 的 P. O52. 5 水泥，充分混合后，进 行水泥胶砂实验，测试其 7、28 d 的抗压强度，结果 如表 3 所示． 实验中以 P. O52. 5 水泥作为对比样进 行分析，样品编号为 C． 表 3 掺改性钢渣的水泥胶砂抗压强度和活性指数 Table 3 Compressive strength and activity index of cement samples with modified steel slag 编号 抗压强度/MPa 活性指数/% 7 d 28 d 7 d 28 d C 43. 0 57. 7 100. 0 100. 0 S030 28. 9 44. 1 67. 2 76. 4 S130 25. 1 41. 8 58. 4 72. 4 S230 26. 2 42. 5 60. 9 73. 7 S330 24. 0 40. 6 55. 8 70. 4 S430 27. 5 46. 9 64. 0 81. 3 S530 28. 7 47. 3 66. 7 82. 0 S630 29. 1 41. 9 67. 7 72. 6 S730 28. 7 47. 5 66. 7 82. 3 S830 29. 8 48. 1 69. 3 83. 4 S930 29. 3 42. 5 68. 1 73. 6 由表 3 可以看出，体系中掺入改性钢渣和原始 钢渣，其水泥胶砂抗压强度测试值与纯水泥的相比 呈现不同程度降低，具体原因以及改进措施将在后 续部 分 详 细 说 明． 在铁尾矿改性剂掺入量一定 ( 10% 、20% 或 30% ) 的条件下，随着处理温度的升 高，改性钢渣粉的活性指数提高． 当处理温度为 1 200 ℃时，铁尾矿掺入量为 10% ～ 30% 时，改性钢 渣的活性指数皆低于原始钢渣． 当处理温度提高到 1 250 ℃，铁尾矿掺加量为 10% 和 20% 时，改性钢渣 粉的 28 d 活性指数分别达到 81. 3% 和 82. 0% ，与引 入原始钢渣的体系相比提高了 4. 9% 和 5. 6% ． 当 处理温度继续升高到 1300 ℃时，体系 28 d 活性指数 分别达到 82. 3% 和 83. 4% ，比原始钢渣体系提高了 5. 9% 和 7. 0% ． 但当铁尾矿掺加量提高到 30% 时， 经过 1 250 和 1 300 ℃处理后，体系的胶凝活性与铁 尾矿掺加量为 20% 时的相比都有所下降． 实验数据表明，通过在钢渣体系中引入 10% ～ 20% 廉价的铁尾矿，利于余热控制温度≥1 250 ℃ 的 条件下，可以显著降低钢渣体系中 f--CaO 的含量， 体系的胶凝性能也得到改善． 以下将从体系矿物组 成和显微形貌的变化探索铁尾矿对钢渣改性的机 理，为后续工作提供改进的思路． 2. 3 改性钢渣的矿物组成 在 1 200 ～ 1 300 ℃ 条件下，引入 10% ～ 30% 的 铁尾矿对钢渣改性后的物相进行对比分析． 图 3 比 较了掺加量 10% 时改性钢渣的 X 射线衍射图谱，即 样品 S1、S4 和 S7． 图 4 为对比了改性处理温度为 ·1381·