羅賢武++劉紹舜

摘 要：鋼渣是煉鋼工業(yè)的必然副產品，其較低的利用率已對周圍環(huán)境產生了不可逆的污染，阻礙其大規(guī)模批量應用的一個主要原因是鋼渣成分的波動性。本文借助X射線熒光光譜分析和X射線衍射等現代分析測試技術，對比分析了武漢鋼鐵廠、邯鄲鋼鐵廠、湘潭鋼鐵廠和韶關鋼鐵廠四個鋼廠鋼渣的化學成分和礦物組成。結果表明：不同生產廠家的鋼渣的化學成分和礦物種類相同，但相同礦物的含量差異較大。

關鍵詞：鋼渣 生產廠家 化學成分 礦物組成

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

鋼渣是煉鋼的副產品，每生產1噸鋼可產生0.15～0.20 t鋼渣。我國是世界第一大產鋼國，2008年我國鋼渣年產量已達5000多萬噸，積存鋼渣已有2億多噸[1]。在國外一些發(fā)達國家，鋼渣的綜合利用已接近或達到排用平衡，而我國鋼渣的綜合利用率約為40%[2]。大量堆積的鋼渣，不僅污染了環(huán)境，也造成了巨大的資源浪費。

制約鋼渣大宗利用的關鍵問題是：鋼渣中含有一定量的高溫煅燒的f-CaO、方鎂石和RO相，這些組分在水泥硬化后能繼續(xù)與水發(fā)生水化反應，從而使固相體積增大97%和218%[3，4]，造成構件的膨脹開裂。

本文以不同廠家、不同粒徑及不同顏色的鋼渣為研究對象，通過對比方法，研究了鋼渣化學成分和礦物組成的變化規(guī)律。

1 試驗原材料和試驗方法

1.1 原材料

鋼渣分別取自武鋼、邯鋼、湘鋼和韶鋼四個鋼廠，為經過破碎磁選的尾渣，其中武鋼和邯鋼的鋼渣為轉爐自然冷卻渣（簡稱自然渣），另外兩種渣為經熱潑工藝處理的轉爐鋼渣（簡稱為熱潑渣）。鋼渣取回后剔除大于9.5 mm的顆粒，曬干并經人工選鐵后，裝袋備用。

1.2 試驗方法

X射線熒光光譜分析：利用初級X射線光子激發(fā)待測物質中的原子，使之產生熒光（次級X射線）而進行物質成分分析和化學態(tài)研究的方法。當原子受到X射線光子（原級X射線）的激發(fā)使原子內層電子電離而出現空位，原子內層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內層電子空位，并同時放射出次級X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級的能量差，X射線熒光的波長對不同元素是特征的。因此，采用粉末壓片法，用AXiOS advanced波長色散型X射線熒光光譜儀對鋼渣等原材料進行化學成分分析。

XRD-X射線衍射法：利用XRD對鋼渣礦物相進行定性分析。用瑪瑙研缽在無水乙醇中將鋼渣試樣研細至0.063 mm以下，壓入樣品凹槽內，采用日本理光（Rigaku）公司生產的D/MAX-IIIA型X射線衍射儀進行測試，儀器參數為：銅耙（Cu K a），石墨單色器濾波，加速電壓為37.S kV，電流為40 mA，最大功率3 kW。

2 試驗結果和分析

運用XRF分析測試技術，分析了四個廠家鋼渣的化學成分，見表1。

從表1中可以看到，四種鋼渣的主要化學成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占總量80%以上，四種鋼渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化鐵的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之間，相差不大，但是MnO含量相差較大，最小為武鋼鋼渣的1.24%，最大是韶鋼鋼渣高達3.3%，兩者相差超過170%；武鋼自然渣的MgO含量最高，高達10.88%，而其它三種鋼渣的含量相差不大，都在5%～6%之間。此外還有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差較大，湘鋼鋼渣砂的高達5.55%，而韶鋼的僅為1.57%。

分別選取四種鋼廠的鋼渣試樣進行XRD測試，測試結果見圖1。

分析可見，四種鋼渣的主要礦物成分較相似，主要礦物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相為FeO、MgO和MnO形成的連續(xù)固溶體。從XRD衍射峰強對比分析可知，武鋼鋼渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量較多；湘鋼中Ca（OH）2量最多，CaCO3量較少；邯鋼中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶鋼中的Ca（OH）2和CaCO3均較多。Ca（OH）2和CaCO3屬低溫礦物，是鋼渣在水冷卻和存放過程中f-CaO水化或水化產物碳化生成的。

具有潛在水硬活性的礦物主要是C3S和C2S，由于兩者的衍射峰重疊較多，不易區(qū)分相對數量。湘鋼鋼渣中Al2O3組分較多，因而其XRD射中可見鐵鋁酸四鈣的特征衍射峰。

3 結論

從上述研究中，可得出以下結論：不同生產廠家鋼渣的化學成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；礦物組成也基本相似。不同廠家鋼渣的化學成分和礦物的含量存在差異。

參考文獻

[1] 朱桂林，孫樹杉.加快鋼鐵渣資源化利用是鋼鐵企業(yè)的一項緊迫任務[J].中國廢鋼鐵，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中國鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現狀和發(fā)展[J].中國廢鋼鐵，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科學[M].黃士元，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.

[4] CHATTERJI S. Mechanism of expansion of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research，1995，25（1）：51-56.endprint

摘 要：鋼渣是煉鋼工業(yè)的必然副產品，其較低的利用率已對周圍環(huán)境產生了不可逆的污染，阻礙其大規(guī)模批量應用的一個主要原因是鋼渣成分的波動性。本文借助X射線熒光光譜分析和X射線衍射等現代分析測試技術，對比分析了武漢鋼鐵廠、邯鄲鋼鐵廠、湘潭鋼鐵廠和韶關鋼鐵廠四個鋼廠鋼渣的化學成分和礦物組成。結果表明：不同生產廠家的鋼渣的化學成分和礦物種類相同，但相同礦物的含量差異較大。

關鍵詞：鋼渣 生產廠家 化學成分 礦物組成

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

鋼渣是煉鋼的副產品，每生產1噸鋼可產生0.15～0.20 t鋼渣。我國是世界第一大產鋼國，2008年我國鋼渣年產量已達5000多萬噸，積存鋼渣已有2億多噸[1]。在國外一些發(fā)達國家，鋼渣的綜合利用已接近或達到排用平衡，而我國鋼渣的綜合利用率約為40%[2]。大量堆積的鋼渣，不僅污染了環(huán)境，也造成了巨大的資源浪費。

制約鋼渣大宗利用的關鍵問題是：鋼渣中含有一定量的高溫煅燒的f-CaO、方鎂石和RO相，這些組分在水泥硬化后能繼續(xù)與水發(fā)生水化反應，從而使固相體積增大97%和218%[3，4]，造成構件的膨脹開裂。

本文以不同廠家、不同粒徑及不同顏色的鋼渣為研究對象，通過對比方法，研究了鋼渣化學成分和礦物組成的變化規(guī)律。

1 試驗原材料和試驗方法

1.1 原材料

鋼渣分別取自武鋼、邯鋼、湘鋼和韶鋼四個鋼廠，為經過破碎磁選的尾渣，其中武鋼和邯鋼的鋼渣為轉爐自然冷卻渣（簡稱自然渣），另外兩種渣為經熱潑工藝處理的轉爐鋼渣（簡稱為熱潑渣）。鋼渣取回后剔除大于9.5 mm的顆粒，曬干并經人工選鐵后，裝袋備用。

1.2 試驗方法

X射線熒光光譜分析：利用初級X射線光子激發(fā)待測物質中的原子，使之產生熒光（次級X射線）而進行物質成分分析和化學態(tài)研究的方法。當原子受到X射線光子（原級X射線）的激發(fā)使原子內層電子電離而出現空位，原子內層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內層電子空位，并同時放射出次級X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級的能量差，X射線熒光的波長對不同元素是特征的。因此，采用粉末壓片法，用AXiOS advanced波長色散型X射線熒光光譜儀對鋼渣等原材料進行化學成分分析。

XRD-X射線衍射法：利用XRD對鋼渣礦物相進行定性分析。用瑪瑙研缽在無水乙醇中將鋼渣試樣研細至0.063 mm以下，壓入樣品凹槽內，采用日本理光（Rigaku）公司生產的D/MAX-IIIA型X射線衍射儀進行測試，儀器參數為：銅耙（Cu K a），石墨單色器濾波，加速電壓為37.S kV，電流為40 mA，最大功率3 kW。

2 試驗結果和分析

運用XRF分析測試技術，分析了四個廠家鋼渣的化學成分，見表1。

從表1中可以看到，四種鋼渣的主要化學成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占總量80%以上，四種鋼渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化鐵的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之間，相差不大，但是MnO含量相差較大，最小為武鋼鋼渣的1.24%，最大是韶鋼鋼渣高達3.3%，兩者相差超過170%；武鋼自然渣的MgO含量最高，高達10.88%，而其它三種鋼渣的含量相差不大，都在5%～6%之間。此外還有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差較大，湘鋼鋼渣砂的高達5.55%，而韶鋼的僅為1.57%。

分別選取四種鋼廠的鋼渣試樣進行XRD測試，測試結果見圖1。

分析可見，四種鋼渣的主要礦物成分較相似，主要礦物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相為FeO、MgO和MnO形成的連續(xù)固溶體。從XRD衍射峰強對比分析可知，武鋼鋼渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量較多；湘鋼中Ca（OH）2量最多，CaCO3量較少；邯鋼中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶鋼中的Ca（OH）2和CaCO3均較多。Ca（OH）2和CaCO3屬低溫礦物，是鋼渣在水冷卻和存放過程中f-CaO水化或水化產物碳化生成的。

具有潛在水硬活性的礦物主要是C3S和C2S，由于兩者的衍射峰重疊較多，不易區(qū)分相對數量。湘鋼鋼渣中Al2O3組分較多，因而其XRD射中可見鐵鋁酸四鈣的特征衍射峰。

3 結論

從上述研究中，可得出以下結論：不同生產廠家鋼渣的化學成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；礦物組成也基本相似。不同廠家鋼渣的化學成分和礦物的含量存在差異。

參考文獻

[1] 朱桂林，孫樹杉.加快鋼鐵渣資源化利用是鋼鐵企業(yè)的一項緊迫任務[J].中國廢鋼鐵，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中國鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現狀和發(fā)展[J].中國廢鋼鐵，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科學[M].黃士元，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.

[4] CHATTERJI S. Mechanism of expansion of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research，1995，25（1）：51-56.endprint

摘 要：鋼渣是煉鋼工業(yè)的必然副產品，其較低的利用率已對周圍環(huán)境產生了不可逆的污染，阻礙其大規(guī)模批量應用的一個主要原因是鋼渣成分的波動性。本文借助X射線熒光光譜分析和X射線衍射等現代分析測試技術，對比分析了武漢鋼鐵廠、邯鄲鋼鐵廠、湘潭鋼鐵廠和韶關鋼鐵廠四個鋼廠鋼渣的化學成分和礦物組成。結果表明：不同生產廠家的鋼渣的化學成分和礦物種類相同，但相同礦物的含量差異較大。

關鍵詞：鋼渣 生產廠家 化學成分 礦物組成

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

鋼渣是煉鋼的副產品，每生產1噸鋼可產生0.15～0.20 t鋼渣。我國是世界第一大產鋼國，2008年我國鋼渣年產量已達5000多萬噸，積存鋼渣已有2億多噸[1]。在國外一些發(fā)達國家，鋼渣的綜合利用已接近或達到排用平衡，而我國鋼渣的綜合利用率約為40%[2]。大量堆積的鋼渣，不僅污染了環(huán)境，也造成了巨大的資源浪費。

制約鋼渣大宗利用的關鍵問題是：鋼渣中含有一定量的高溫煅燒的f-CaO、方鎂石和RO相，這些組分在水泥硬化后能繼續(xù)與水發(fā)生水化反應，從而使固相體積增大97%和218%[3，4]，造成構件的膨脹開裂。

本文以不同廠家、不同粒徑及不同顏色的鋼渣為研究對象，通過對比方法，研究了鋼渣化學成分和礦物組成的變化規(guī)律。

1 試驗原材料和試驗方法

1.1 原材料

鋼渣分別取自武鋼、邯鋼、湘鋼和韶鋼四個鋼廠，為經過破碎磁選的尾渣，其中武鋼和邯鋼的鋼渣為轉爐自然冷卻渣（簡稱自然渣），另外兩種渣為經熱潑工藝處理的轉爐鋼渣（簡稱為熱潑渣）。鋼渣取回后剔除大于9.5 mm的顆粒，曬干并經人工選鐵后，裝袋備用。

1.2 試驗方法

X射線熒光光譜分析：利用初級X射線光子激發(fā)待測物質中的原子，使之產生熒光（次級X射線）而進行物質成分分析和化學態(tài)研究的方法。當原子受到X射線光子（原級X射線）的激發(fā)使原子內層電子電離而出現空位，原子內層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內層電子空位，并同時放射出次級X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級的能量差，X射線熒光的波長對不同元素是特征的。因此，采用粉末壓片法，用AXiOS advanced波長色散型X射線熒光光譜儀對鋼渣等原材料進行化學成分分析。

XRD-X射線衍射法：利用XRD對鋼渣礦物相進行定性分析。用瑪瑙研缽在無水乙醇中將鋼渣試樣研細至0.063 mm以下，壓入樣品凹槽內，采用日本理光（Rigaku）公司生產的D/MAX-IIIA型X射線衍射儀進行測試，儀器參數為：銅耙（Cu K a），石墨單色器濾波，加速電壓為37.S kV，電流為40 mA，最大功率3 kW。

2 試驗結果和分析

運用XRF分析測試技術，分析了四個廠家鋼渣的化學成分，見表1。

從表1中可以看到，四種鋼渣的主要化學成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占總量80%以上，四種鋼渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化鐵的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之間，相差不大，但是MnO含量相差較大，最小為武鋼鋼渣的1.24%，最大是韶鋼鋼渣高達3.3%，兩者相差超過170%；武鋼自然渣的MgO含量最高，高達10.88%，而其它三種鋼渣的含量相差不大，都在5%～6%之間。此外還有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差較大，湘鋼鋼渣砂的高達5.55%，而韶鋼的僅為1.57%。

分別選取四種鋼廠的鋼渣試樣進行XRD測試，測試結果見圖1。

分析可見，四種鋼渣的主要礦物成分較相似，主要礦物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相為FeO、MgO和MnO形成的連續(xù)固溶體。從XRD衍射峰強對比分析可知，武鋼鋼渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量較多；湘鋼中Ca（OH）2量最多，CaCO3量較少；邯鋼中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶鋼中的Ca（OH）2和CaCO3均較多。Ca（OH）2和CaCO3屬低溫礦物，是鋼渣在水冷卻和存放過程中f-CaO水化或水化產物碳化生成的。

具有潛在水硬活性的礦物主要是C3S和C2S，由于兩者的衍射峰重疊較多，不易區(qū)分相對數量。湘鋼鋼渣中Al2O3組分較多，因而其XRD射中可見鐵鋁酸四鈣的特征衍射峰。

3 結論

從上述研究中，可得出以下結論：不同生產廠家鋼渣的化學成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；礦物組成也基本相似。不同廠家鋼渣的化學成分和礦物的含量存在差異。

參考文獻

[1] 朱桂林，孫樹杉.加快鋼鐵渣資源化利用是鋼鐵企業(yè)的一項緊迫任務[J].中國廢鋼鐵，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中國鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現狀和發(fā)展[J].中國廢鋼鐵，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科學[M].黃士元，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.

[4] CHATTERJI S. Mechanism of expansion of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research，1995，25（1）：51-56.endprint