转炉钢渣物相组成及其显微形貌

利用XRF、XRD和SEM+EDS对本钢转炉钢渣的物相组成及其显微形貌进行研究.结果表明,该钢渣为高碱度钢渣,钢渣中的主要物相有硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸二钙以及RO相,还有少量二氧化硅相和金属铁相.铁酸二钙相呈无规则状或絮状、RO相呈骨骼状或絮状分布于硅酸二钙相和硅酸三钙相的基体上. XRD不能完全检出钢渣中的所有物相,需配以SEM+EDS综合分析.     

不同碱度钢渣显微形貌及物相变化分析研究

采用矿相显微镜、扫描电镜和矿物自动解离系统对不同碱度的钢渣进行物相的微观形貌、化学成分、物相定量组成、主要元素的赋存状态和含铁物相的嵌布特征进行分析。矿相显微镜和扫描电镜下物相形貌分析结果表明, 4组钢渣形貌主要由方形状、圆粒状和无定形状的金属矿物,小颗粒粒状集合体和长板状的硅酸盐矿物组成;组成这4组钢渣的物相主要包括硅钙氧化物、钙铁氧化物和铁镁钙固溶体;高碱度和低碱度的钢渣中铁和硅的元素赋存特征结果表明,这两种元素均是以硅酸二钙、铁酸钙、RO相和硅酸三钙为赋存载体的;含铁物相的嵌布特征测定结果显示,硅酸二钙、铁酸钙和RO相3种物相相互包裹,形成一种相互包裹的复合体。     

低品位钢渣磁选粉在烧结工艺中的应用

钢渣磁选粉物相以硅酸三钙为主,其次为铁酸盐相、硅酸二钙、铁酸镁、RO相等;烧结配加2%的钢渣磁选粉替代钢渣粉时,混合料中3 mm粒级含量降低4%~5%,有利于改善料层透气性,烧结矿成分变化不大;钢渣磁选粉中的磷含量较钢渣粉少0.3%,虽然更有利于烧结使用,但仍会影响烧结矿和铁水磷含量,因此只能限制循环次数及使用范围。     

转炉钢渣中磷元素的分布

转炉钢渣中的磷是影响钢渣在钢铁企业内部循环的主要因素之一。研究显示，如文献中对缓冷钢渣的研究结果一样，工厂稳定化处理后的转炉钢渣中的磷主要以磷酸三钙与硅酸二钙形式的固溶体存在。该固溶体在钢渣中呈不规则颗粒状，在钢渣的其它矿物相中没有发现磷元素。其实验结果与利用Factsage软件进行的热力学平衡计算结果相一致，说明对钢渣样的分析具有代表性。此结果为转炉钢渣中磷的综合利用和转炉钢渣在钢铁企业的再生利用打下良好基础     

钢渣替代烧结白灰的试验

钢渣中含有大量能够循环利用的钙、铁、镁等成分,替代熔剂用于烧结过程是钢渣循环利用的重要途径之一。为提高钢渣在烧结过程中的使用比例,回收利用钢渣中的有用成分,采用XRD、矿相显微镜、微型烧结装置和烧结杯装置对某钢厂转炉钢渣进行了替代烧结白灰的试验研究。结果表明,钢渣的矿物组成主要是RO相(MgO、FeO和MnO的固溶体)、硅酸二钙、硅酸三钙等;钢渣作为熔剂用于烧结能够促进液相生成,提高液相流动性;钢渣搭配优质白灰替代部分低质白灰能够提高烧结矿的成品率和平均粒径,降低固体燃耗。     

用碳热还原法从含钒钢渣回收含钒生铁

实验研究表明对于含钒2．65％钢渣，钒元素主要分布在RO相和Ca3SiO5相中；调节渣中（CaO／SiO2）=2，含V2O53．4％的合成渣，熔化缓冷后，钒主要固溶于Ca3SiO5相中；对于V2O5含量在4．7％-7．0％之间的钢渣，钒是以CaV2O6还是Fe—Mn—V—O固溶体形式存在主要取决于渣中铁氧化物的含量。在钒含量较低的钢渣中，由于含钒相的晶粒较小，很难将钒从其它组分中分离出来，但在1550～1600℃条件下，用碳热还原法可以有效地回收钢渣中的钒，得到被碳饱和的钒铁合金，利用渣在冷却过程中自动粉化现象，很容易实现渣和合金的分离。     

钢渣矿相组成及其显微形貌分析

利用X射线衍射法分析了钢渣(缓冷渣、气淬渣、热焖渣)中主要矿物组成,采用金相光学显微镜观察了其各自的显微形貌,并且采用平行截线法分析了具有相同形貌特征相的晶粒度。结果表明,由于化学组成相近,缓冷渣、气淬渣和热焖渣的主要物相均为硅酸二钙、RO相和铁酸钙,以及少量硅酸三钙、f-CaO和f-MgO;在三类钢渣中,C3S为黑色板状晶体,C2S为黑色圆粒状与枝状晶,铁酸钙相多为灰色无定形状,并以连续的形式填充于其他物相中;铁镁相多数呈现白色无定形状,连续延伸于黑色相与灰色相中;高温段冷却强度对钢渣中各类典型矿物晶粒度的影响较大,呈现出冷却强度越高,矿相晶粒度越小的趋势,因此热焖渣矿物晶粒度最大、气淬渣矿物晶粒度最小、缓冷渣矿物晶粒度居中。     

利用新硫酸和钛白废酸直接酸浸含钒钢渣试验研究

以含钒钢渣为原料,进行新硫酸和钛白废酸直接酸浸提钒研究。首先对试验用含钒钢渣进行成分、结构分析,结果表明:含钒钢渣主要由Ca_2SiO_4,(MgO)_(0.593)(FeO)_(0.407),Ca_3Fe_2(SiO_4)_3,Ca_3(V,Ti)_2O_7等相结构组成。钒在含钒钢渣中弥散分布在多种矿物中,以V~(4+)价态与元素Ti、Fe、Ca、O元素形成的较为致密的大颗粒的钒钛钙氧化物(Ca_3(V,Ti)_2O_7),是主要的钒富集相。直接酸浸难以破坏其结构,要提高钒的浸出率需要对含钒钢渣进行球磨。元素Ca、Si、V、O等元素形成了硅酸二钙等矿相,这些矿相中钒含量较低且较为分散,但其中V容易被酸直接浸出。含钒钢渣新酸直接浸出表明:常温,搅拌速度200 r/min,硫酸浓度30%,含钒钢渣粒度为-120目(124μm)粒级占比65%,液固比7∶1,酸浸时间1 h时,为较好的酸浸条件,钒的浸出率可以达到79%。上述工艺条件下液固比为5∶1时,以钛白废酸进行浸出时,钒的浸出率达到74%,新硫酸和废酸的钒浸出率相差不大。由于含钒钢渣CaO、FeO含量较高,耗酸量大,以新硫酸浸出,成本太高,而钛白废酸是废弃物,不能直接排放,传统处理工艺是采用碳酸钙中和,采用含钒钢渣中和钛白废酸可以大大消耗钛白废酸用量,降低单独中和废酸的碳酸钙用量,同时将含钒钢渣中的钒提取出来,实现了含钒钢渣的高值化利用。     

炉渣物相变化对“双渣+留渣”冶炼工艺脱磷的影响

通过扫描电镜等对"双渣+留渣"工艺冶炼时脱磷渣的微观结构和物相组成进行了观察与分析,并对部分炉渣进行了热处理,研究了炉渣物相变化对脱磷的影响。研究结果表明:脱磷率较高的A1~A3脱磷渣中物相主要由铁酸钙及复杂的硅酸盐液相(Ca_3TiFeSi_3O_(12)、Ca_(54)MgAl_2Si_(16)O_9)与固溶有磷酸钙的硅酸二钙固相(2Ca_2SiO_4·Ca_3(PO_4)_2、Ca_7(PO)_4(SiO_4)_2)组成,而脱磷率较低的A4脱磷渣的物相主要为液相,A5脱磷渣物相主要为MnFe_2O_4、MnV_2O_4、Ca_(12)Al_(14)O_(33)等,两者几乎没有发现富含磷的硅酸二钙固相;热处理前后A3脱磷渣物相变化不大,A4脱磷渣变化较大,热处理后物相变为灰色液相和白色树枝状RO相;"双渣+留渣"冶炼工艺脱磷期炉渣中含有较多未溶解的CaO,而脱碳期炉渣中未溶解的CaO含量较少,脱磷炉渣物相中形成固相硅酸二钙颗粒对加快脱磷反应起重要作用。     

烧结过程初期液相和终渣形成的研究

通过急冷法对PO_2=10~(-7)大气压时CaO—SiO_2—Al_2O_3—Fe_3O_4系混合料进行测量而得到液相温度。采用电子探针显微分析仪对烧结矿的最终硅酸渣进行分析,并在相图上示出了在1250℃和1300℃之间化学组成接近的假硅灰石——二钙共晶线。对混合料进行烧结杯间断试验和烧结模拟试验结果表明,主要液相有两种,它们是硅酸盐液相和钙铁酸盐液相。钙铁酸盐液相有两种组织,一种是由4元系铁酸钙和硅酸渣组成。另一种主要由二钙硅酸盐和铁酸二钙或磁铁矿组成。随着温度升高,低碱度的主要硅酸盐液相溶解二钙硅酸盐,并形成高碱度的终渣。     

常温常压下含钒钢渣直接硫酸浸钒的研究

含钒钢渣可作为提钒的重要原料。首先,对某含钒钢渣的性质进行了分析,结果表明,含钒钢渣中钙、铁含量很高,这将会导致直接硫酸浸钒时酸耗较高;含钒钢渣中的钒主要以酸溶的V4+形式存在,无需焙烧氧化、可直接酸浸溶出提钒;含钒钢渣中的钒弥散分布于多种矿相中,其中钙钛氧化物为最主要的含钒矿物。然后,依据含钒钢渣的性质特点,采用常温常压下直接硫酸浸出法从中提钒,并考察了各主要因素对钒浸出率的影响和内在原因,结果表明,硫酸用量、搅拌与否对钒的浸出有显著影响,时间、液固比及搅拌强度的影响较小,细度达到-74μm占60%后即可保证较高的浸出率。最终,常温常压下,在最佳条件硫酸用量90%、时间2 h、细度-74μm占60%、液固比4∶1、搅拌强度200 r·min-1时,钒浸出率高达94.10%,与传统提钒方法相比,浸钒指标大幅提升。常温常压下直接硫酸浸出法可省去复杂的焙烧系统、突破氧压酸浸的局限,流程简单、作业环境好、浸出指标高;但该法酸耗较高,如何降低酸耗,值得进一步研究。     

不同CaO源固废对钙长石全固废陶瓷矿相和性能的影响

以大理石锯泥、烧结赤泥和钢渣3种典型高钙固废为不同钙源, 分别与高硅高铝固废(煤矸石、炉渣)制备钙长石基全固废陶瓷, 分析了不同钙源陶瓷在高温烧结过程的析晶、致密化和性能变化规律。研究结果表明: 3种高钙固废原料中的氧化钙主要赋存矿相不同, 大理石锯泥中为方解石和白云石, 烧结赤泥中是文石和钙钛矿, 钢渣中主要是方解石和硅酸二钙。以3种钙源为原料的全固废陶瓷均能在1 100 ℃下生成钙长石相, 但次要晶相的种类和数量存在差异性, 其中, 大理石锯泥陶瓷中为大量的辉石, 烧结赤泥陶瓷中为少量辉石和赤铁矿, 钢渣陶瓷中为少量赤铁矿。这3种钙源固废陶瓷的抗折性能和吸水率均能满足国家陶瓷标准的要求, 赤泥和钢渣中存在的氧化铁和氧化钠组分降低了对应陶瓷的烧成温度。大理石锯泥为钙源的陶瓷具有相对较优的性能, 在1 180 ℃时其抗折强度为85.44 MPa, 吸水率为0.35%。      

转炉双渣冶炼半钢渣矿物相分析及回收利用

为研究转炉双渣冶炼工艺半钢渣性质并实现半钢渣的回收利用,以CaO-MgO-SiO2-FetO作为基础渣系进行实验室研究,在X射线衍射(XRD)分析的基础上结合扫描电子显微镜背散射电子像(SEM)、能谱仪(EDS)对半钢渣的矿物组成和微观形貌特征进行系统分析。结果表明:半钢渣的矿物组成主要为钙镁蔷薇辉石(C3MS2)、镁铁相(RO)、钙镁橄榄石相(CMS)及少量的硅酸二钙(C2S)、硅酸钙(CS);其矿物形貌可总结为3类,灰色相主要矿物为硅钙镁相、白色相为镁铁相、灰白色相为蔷薇辉石相或者是硅酸盐与镁铁相的复合相;同时,半钢渣物相、矿物形貌受到碱度、冷却速度的影响,并会进一步影响到其回收利用。半钢渣可用于冶金领域作炼铁熔剂、回收废钢铁,建筑领域生产砖砌块、作路面基层材料、制备微晶玻璃,农业领域生产化肥、作土壤改良剂等。     

碱度对钒铁冶炼渣中残钒及其赋存状态的影响

钒铁冶炼主要是通过调整Ca O的添加量来控制炉渣成分。Ca O的添加量会影响炉渣高温物化性质、钒在渣中的赋存状态及渣中TV含量。针对该问题,主要研究了炉渣成分对渣中TV含量以及V在渣中赋存状态的影响。研究结果显示,终渣TV含量随碱度的降低而降低,碱度从0.22降低到0.13时,渣中TV含量从3.01%降低到2.39%。V在高碱度渣中主要赋存于镁铝尖晶石相,而在低碱度渣中主要赋存于刚玉相和镁铝尖晶石相中。V在渣中主要以V3+的形式存在,Mg O含量是决定渣中TV含量的关键因素。适宜的炉渣成分是Mg O含量3%~5%,Ca O含量10%~12%。     

利用冶金废渣制备高铁铝酸盐相胶凝材料

为了解决赤泥、钢渣等冶金废渣造成的环境问题,本文利用赤泥、钢渣和煤矸石等固废原料通过高温煅烧制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料,对高铁铝酸盐相胶凝材料的合成温度、物相组成、微观结构、力学性能和水化产物进行了系统研究.结果表明:固废基高铁铝酸盐相胶凝材料的最佳煅烧温度为1300℃,其矿物组成主要有七铝酸十二钙(C_(12)A_7)、无水硫铝酸钙■、硅酸二钙(C_2S)和铁铝酸四钙(C_4AF);水化产物主要为钙矾石和铝酸钙水化物;合成材料具有良好的力学性能,早期强度和后期强度均优于普通硅酸盐水泥,28d抗压强度可达27.75 MPa.试验表明,利用冶金废渣制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料可用于制备高性能绿色透水混凝土,其力学性能和透水性能均满足规范要求.     

含钒钢渣资源特性及其提钒的研究进展

含钒钢渣产生于钒钛磁铁矿的炼钢过程,是重要的、很有利用价值的冶金二次资源,可作为提取V2O5的重要原料,但由于其钙、铁含量高,钒含量低,钒赋存状态复杂、弥散分布于多种矿物相中,使得其中的钒难以回收利用。在分析了含钒钢渣资源特性的基础上,从火法冶炼、湿法提钒、新技术等方面综合评述了含钒钢渣提钒的进展状况,其主要表现为:现有提钒工艺虽多,但很难适应含钒钢渣的资源特性,且普遍存在成本高、污染重、回收率低等诸多问题;而一些新兴技术如选择性析出、微生物浸出、矿浆电解等,用于含钒钢渣提钒的研究,虽然效果较好,但工艺尚不成熟,实际生产仍采用传统钠化焙烧工艺。最后,基于国内外现有研究,针对钢渣中钒的回收,就今后研究的重点和方向提出了相应的建议:加强选矿预处理、焙烧-浸出过程机制的研究,提高钒的总回收率;提高酸浸和溶剂萃取的选择性,实现含钒溶液的有效净化与回收;应加强新技术的开发与完善,这可从根本上解决现有提钒工艺污染重、利用率低的状况。     

低碱度含FeO渣热分解H2O/CO2制取H2/CO

以转炉钢渣为原料,通过高温重熔获得不同碱度渣样并开展H₂O/CO₂氧化试验,在获得H₂/CO气体能源的同时改善渣样磁性,提升渣综合利用率。试验结果表明,随着碱度增加,析出主要物相从橄榄石到镁蔷薇辉石最终向硅酸二钙转变,与此同时,固溶在其中的RO相逐渐溶出。相同亚铁含量下,高碱度渣样能够大幅度改善氧化反应效率,碱度1.83渣样最高产气量为H₂ (32.3 cm3/g)、CO (22.1 cm3/g),反应率分别达到了83.7%、57%,碱度1.13的渣样反应率分别仅为 40.5%、32%。氧化后的渣样磁选效率均有提高,碱度2.13渣样从14.85%增加到78.75%。     

钒渣中尖晶石等温长大的动力学研究

采用扫描电镜(SEM)观察了低钒钒渣(V2O3 8%)不同结晶温度及不同冷却时间的结晶形貌,用X射线衍射物相分析(XRD)及能谱分析仪(EDS)研究了钒渣中V,Fe,Si等各主要元素的赋存形式,用IPP软件统计分析了不同条件下钒渣物相组成和尖晶石生长规律及其影响因素,并用JMAK模型描述了等温过程尖晶石长大动力学行为,得到了尖晶石生长表观活化能。结果表明:钒渣主要由尖晶石相和硅酸盐相组成,硅酸盐相包括大量的橄榄石相及微量的辉石相;钒主要赋存于MgV2O4,FexV3-xO4,MnxV3-xO4(1≤x≤3)等尖晶石相中,钒基本不进入硅酸盐相;尖晶石长大主要包括晶核长大与Ostwald粗化两个过程;温度1523 K左右有利于尖晶石生长,过高则过冷度较小,过低则原子扩散缓慢,均不利用尖晶石生长;1523 K保温5 min,尖晶石平均粒径仅为9.83μm,随着保温时间的延长,尖晶石尺寸逐渐增大,30min时尖晶石平均粒径为26.8μm,30 min后,尖晶石生长缓慢;尖晶石生长速率可用转变分数表示,随时间延长,转变分数逐渐降低;尖晶石生长过程可用JMAK方程描述,其表观活化能为575 kJ.mol-1。     

硼钙石强化转炉钒渣氧化焙烧的研究

转炉钒渣含有TiO2、Al2O3和硅酸盐,物料焙烧过程容易形成包裹钒铁尖晶石相,不利于低价钒的氧化转化,降低熟料钒化合物的浸出率。试验通过采用硼钙石作为添加剂,改善转炉钒渣钙法焙烧性能。结果表明,硼钙石可有效破坏含钒尖晶石相外层的硅酸盐,强化转炉钒渣钙法焙烧物相转化,从而降低焙烧过程温度,节约能耗。     

钒渣矿物学特征研究

利用X射线粉末衍射分析、光学显微镜、X射线荧光光谱、扫描电镜及能谱等对钒渣的矿物组成、化学成分、有价元素赋存与分布及钒渣矿物结构与构造等进行了研究,目的是为钒渣的高效清洁回收利用提供科学依据。结果表明,钒渣矿物组成较简单,主要由钒铬尖晶石、铁橄榄石、辉石、金属铁以及少量石英组成;钒铬尖晶石结晶颗粒细小,硅酸盐矿物包裹于尖晶石颗粒外,构成粘结相;钒渣中除有价元素Fe、V和Ti外,还含有较高的Cr和Mn元素,其中,元素V、Cr主要赋存于钒铬尖晶石矿物中,而Fe、Ti和Mn元素则在尖晶石及硅酸盐矿物相中均有分布。因此,为达到钒渣中有价元素的高效回收利用,需同时考虑对钒铬尖晶石及硅酸盐矿物的回收利用。