冶金钢渣物性分析及碳酸化制备建筑材料的应用研究

摘要

炼钢工业每年产生大量钢渣，钢渣具有成分波动大，稳定性差的特点，较难加以利用，导致其大量露天堆置;同时，工业发展致使CO2的排放量持续增加，全球气候变暖，造成温室效应;另外，堆积钢渣经过雨水冲洗，其中重金属元素不断浸出，污染了生态环境。目前，利用钢渣碳酸化固定CO2，同时固定重金属的相关研究已经取得一定进展，但是对于碱体系钢渣直接碳酸化机理模型、直接碳化渣利用及钢渣堆弃对环境影响的研究相对较少。本文针对以上问题，对淮安两种钢渣原料进行物性分析，碱体系钢渣直接碳酸化进行机理分析，直接碳化渣进行应用途径分析，钢渣原料、中试现场和实验室多相媒质浸出残渣以及实验室直接碳化渣中重金属的浸出行为进行分析，对进一步了解钢渣基本性质，拓宽钢渣应用途径，评价钢渣堆弃对环境影响等方面具有一定的指导作用和参考价值。本文主要研究内容与进展如下:
　　(1)分别选取淮安2种钢渣，标记为1号钢渣和2号钢渣，对其进行系统的物性分析，研究结果表明，2种钢渣成分差异较大，1号钢渣与传统钢渣物性相似，属于具有一定代表性的钢渣;2号钢渣钙含量很高，达到60.25％，游离氧化钙含量较高，达到4.34％，适合应用于钢渣中钙组分含量变化的相关研究。
　　(2)对不同碱体系下直接碳酸化过程pH值变化、固碳量变化与碳酸化过程机理进行分析研究，研究结果表明，碱(NaOH、Na2CO3)的加入量可以影响钢渣碳酸化的效率，在碱渣比8％ NaOH与7.95％Na2CO3条件下，可实现钢渣固碳量最大。
　　(3)采用1号钢渣直接碳化渣制备建筑材料，并对其各项指标性能进行检测。1号钢渣直接碳化渣各项指标均符合国标GB/T20491-2006中的技术要求;1号钢渣直接碳化渣免烧砖抗折强度达到等级Cf6.0，抗压强度达到等级Cc50，均符合标准GB28635-2012的要求。
　　(4)分别选取淮安5种钢渣及1号钢渣直接碳化渣免烧砖进行重金属浸出行为分析，研究结果表明，1号钢渣浸出后残渣中Mn元素浸出浓度达到6.318 mg/L，V元素浸出浓度达到4.447 mg/L，2号钢渣原渣Ba元素浸出浓度达到48.60 mg/L，浸出后残渣Ba元素浸出浓度达到52.10 mg/L，超出污水综合排放标准;5种渣中Mn，Ba，Pb元素，1号钢渣原渣中Zn元素，2号钢渣原渣、浸出后残渣中Ni元素，1号钢渣直接碳化渣免烧砖中Mn，Pb元素浸出浓度超出生活饮用水卫生标准。1号钢渣直接碳化渣用于制备建筑材料，在一定程度上具有固定重金属，防止其浸出到周围环境的作用。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 CO2的固定现状

1．3 钢渣的研究现状

1．3．1 钢渣的来源

1．3．2 钢渣的性质

1．3．3 钢渣碳酸化过程研究现状

1．3．4 钢渣的应用现状

1．3．5 钢渣在建筑材料中的应用

1．4 研究目的和意义

1．5 本文工作目标和研究内容

第二章 钢渣物性分析

2．1 前言

2．2 实验原料

2．3 实验装置与仪器

2．4 实验方法

2．5 实验结果与讨论

2．5．1 钢渣粒径分析

2．5．2 钢渣真密度分析

2．5．3 钢渣成分分析

2．5．4 钢渣矿相分析

2．5．5 钢渣扫描电镜分析

2．5．6 钢渣微孔分析

2．5．7 钢渣中游离氧化钙含量的测定

2．6 本章小结

第三章 碱体系钢渣直接湿法碳酸化机理研究

3．1 前言

3．2 实验原料与试剂

3．3 实验装置与仪器

3．4 实验方法

3．4．1 不同碱体系pH值的测定

3．4．2 不同碱体系固碳量的测定

3．4．3 碱体系钢渣直接碳酸化机理分析

3．5 实验结果与讨论

3．5．1 含钙化合物碱性条件下碳酸化反应机理模型

3．5．2 不同碱体系pH值变化

3．5．3 不同碱体系固碳量变化

3．5．4 碱体系钢渣直接碳酸化机理分析

3．6 本章小结

第四章 钢渣应用于建筑材料的研究

4．1 前言

4．2 实验原料与试剂

4．3 实验装置与仪器

4．4 实验方法

4．4．1 直接碳化渣用于水泥和混凝土中指标检测

4．4．2 直接碳化渣制备免烧砖

4．5 实验结果与讨论

4．5．1 直接碳化渣用于水泥和混凝土中指标检测

4．5．2 直接碳化渣免烧砖性能比较

4．6 本章小结

第五章 钢渣与钢渣砖中重金属浸出行为

5．1 前言

5．2 实验原料与试剂

5．3 实验装置与仪器

5．4 实验方法

5．4．1 钢渣全溶实验

5．4．2 钢渣重金属短期浸出实验

5．4．3 钢渣重金属长期浸出实验

5．4．4 重金属浸出对环境影响的推测

5．4．5 直接碳化渣免烧砖重金属短期浸出实验

5．4．6 直接碳化渣免烧砖重金属长期浸出实验

5．4．7 直接碳化渣免烧砖重金属浸出对环境影响的推测

5．5 实验结果与讨论

5．5．1 钢渣全溶实验

5．5．2 钢渣重金属短期浸出实验

5．5．3 钢渣重金属长期浸出实验

5．5．4 重金属浸出对环境影响的推测

5．5．5 直接碳化渣免烧砖重金属短期浸出实验

5．5．6 直接碳化渣免烧砖重金属长期浸出实验

5．5．7 直接碳化渣免烧砖重金属浸出对环境影响的推测

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文