FeO調(diào)控CaO--SiO2--MgO--Al2O3--Cr2O3體系中尖晶石晶體析出行為的基礎(chǔ)研究.pdf

1、不銹鋼渣是不銹鋼冶煉的副產(chǎn)品，可用作路基材料和混凝土骨料及用于水泥生產(chǎn)、制磚及砌塊、燒結(jié)煉鐵等。不銹鋼渣中存在Cr6+溶出風(fēng)險(xiǎn)，限制了其資源化利用。因此，欲將不銹鋼渣加以綜合利用以取得良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，必須解決不銹鋼渣中Cr6+的溶出問(wèn)題。研究含F(xiàn)eO的CaO-SiO2-MgO-Al203-Cr2O3基熔渣中鉻尖晶石析出及鉻穩(wěn)定性對(duì)不銹鋼渣的無(wú)害化處理和資源化利用具有重要意義。本文根據(jù)冶金熱力學(xué)原理，結(jié)合熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)FactS

2、age7.0對(duì)CaO-MgO-SiO2-Al2O3-Cr2O3基體系凝固過(guò)程的模擬進(jìn)行不銹鋼渣中鉻尖晶石形成的理論基礎(chǔ)研究，采用掃描電子顯微鏡觀察微觀形貌并用EDS進(jìn)行微區(qū)成分分析、元素的線(xiàn)分布及面分布規(guī)律研究，采用XRD進(jìn)行礦物成分分析，基于IPP圖像分析軟件統(tǒng)計(jì)樣品中晶體的粒徑，采用標(biāo)準(zhǔn)浸出程序HJ/T299-2007對(duì)不銹鋼渣做浸出毒性檢測(cè)以驗(yàn)證鉻的穩(wěn)定性。
　　本文首先基于理論分析和FactSage軟件模擬研究了FeO調(diào)控

3、CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體形成的基本理論，研究結(jié)果表明合成不銹鋼渣樣品中析出的晶體主要包含尖晶石晶體、硅酸二鈣、鎂硅鈣石、黃長(zhǎng)石和硅鈣石，其中尖晶石晶體為高溫析出相。隨著FeO添加量的增加，尖晶石晶體的析出量分為高溫區(qū)和低溫區(qū)兩段;析出量在高溫段逐漸降低，而在低溫段逐漸增加。而析出溫度隨著FeO的添加而降低，當(dāng)FeO添加量由0增加至20wt％時(shí)，尖晶石析出溫度從1910℃降低至1800℃。尖晶石固溶

4、體主要由MgCr2O4和FeCr204組成。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備合成渣來(lái)研究FeO對(duì)CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體的析出量、晶粒尺寸、成分等的影響，并且通過(guò)毒性浸出實(shí)驗(yàn)來(lái)探索FeO對(duì)含Cr2O3鋼渣體系中鉻穩(wěn)定性的調(diào)控行為，發(fā)現(xiàn)隨著FeO添加量的增加，尖晶石析出量有增加的趨勢(shì)，析出溫度逐漸降低;FeO能夠有效促進(jìn)CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO體系中

5、尖晶石晶體的長(zhǎng)大;尖晶石中鐵元素的含量增加，鈣、硅、鎂、鋁等元素的含量降低，而基質(zhì)中鉻元素含量降低;FeO添加量的增加有效提高了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中鉻元素的穩(wěn)定性。當(dāng)FeO添加量從0增加至20wt％時(shí)，Cr6+溶出量從0.1434mg/L降低至0.0021mg/L。
　　保溫時(shí)間和冷卻速率是凝固過(guò)程中的重要影響參數(shù)，但對(duì)CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO體系中尖晶石晶體析出行

6、為的影響較小。在1350℃～1450℃長(zhǎng)時(shí)間(≤120min)保溫條件下，CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO體系的礦物相結(jié)構(gòu)保持不變，尖晶石晶體尺寸稍微有所增加，在1350℃、1400℃和1450℃時(shí)的增幅分別為17.04％、23.11％和13.91％。冷卻速率對(duì)尖晶石晶體形成和長(zhǎng)大的影響較小。在高溫階段(＞1500℃)冷卻速率對(duì)尖晶石尺寸的影響略強(qiáng)于低溫階段(≤1500℃)。在1580℃時(shí)，同冷卻速率為12℃/m

7、in相比，冷卻速率為1℃/min所得的尖晶石晶體的尺寸要增大4.02％;而在1400℃時(shí)，同冷卻速率為12℃/rmin相比，冷卻速率為1℃/min所得的尖晶石晶體的尺寸僅增大0.62％。
　　利用合成渣系統(tǒng)研究了FeO和Fe2O3耦合作用對(duì)CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體析出行為的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3體系中，F(xiàn)e2O3添加量的增加在促進(jìn)尖晶石晶體析出的

8、同時(shí)并有效抑制α-C2S的形成和析出。Fe2O3促進(jìn)尖晶石晶體析出量的增加和晶體長(zhǎng)大。當(dāng)Fe2O3添加量由2wt％增加至20wt％時(shí)，尖晶石晶體的平均尺寸從2.74μm增加至8.10μm。在Fe2O3添加量較低（≤16wt％）時(shí)，隨著Fe2O3添加量增加，尖晶石晶體尺寸增大速率較大;而當(dāng)Fe2O3添加量較大（≥16wt％）時(shí)，尖晶石晶體尺寸增大速率較低、增幅較小。隨著Fe2O3添加量的增加，尖晶石晶體中鉻、鈣和硅元素的含量逐漸降低，而鐵

9、元素的含量逐漸增加。當(dāng)CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-8wt％FeO體系中Fe2O3添加量由0增加至12wt％時(shí)，鉻、鈣和硅含量分別從21.71at％、3.65at％和3.02at％降至12.79at％、1.39at％和1.15at％，而鐵從6.48at％增加至l6.99at％。同F(xiàn)eO或Fe2O3單獨(dú)作用相比，F(xiàn)eO和Fe2O3耦合作用更有利于促進(jìn)尖晶石晶體的長(zhǎng)大。
　　綜合爐渣堿度和氧化性對(duì)CaO-SiO2-

10、MgO-Al2O3-Cr2O3體系中尖晶石晶體析出行為的影響，探索了FeO和堿度耦合作用條件下含Cr2O3爐渣中鉻尖晶石晶體的長(zhǎng)大和化學(xué)成分變化規(guī)律以及鉻穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著爐渣堿度的增大，尖晶石晶體的尺寸減小。當(dāng)堿度從0.6增加至1.0時(shí)，尖晶石晶體的尺寸從12.30μm銳減至6.22μm，降幅高達(dá)49.43％。當(dāng)堿度由1.0增加至2.2時(shí)，尖晶石晶體的尺寸由6.22μm降低至4.47μm，趨勢(shì)比較平緩。堿度的增加對(duì)鉻的賦存狀態(tài)產(chǎn)生