生产厂家对钢渣化学组成的影响

罗贤武++刘绍舜

摘 要：钢渣是炼钢工业的必然副产品，其较低的利用率已对周围环境产生了不可逆的污染，阻碍其大规模批量应用的一个主要原因是钢渣成分的波动性。本文借助X射线荧光光谱分析和X射线衍射等现代分析测试技术，对比分析了武汉钢铁厂、邯郸钢铁厂、湘潭钢铁厂和韶关钢铁厂四个钢厂钢渣的化学成分和矿物组成。结果表明：不同生产厂家的钢渣的化学成分和矿物种类相同，但相同矿物的含量差异较大。

关键词：钢渣 生产厂家 化学成分 矿物组成

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

钢渣是炼钢的副产品，每生产1吨钢可产生0.15～0.20 t钢渣。我国是世界第一大产钢国，2008年我国钢渣年产量已达5000多万吨，积存钢渣已有2亿多吨[1]。在国外一些发达国家，钢渣的综合利用已接近或达到排用平衡，而我国钢渣的综合利用率约为40%[2]。大量堆积的钢渣，不仅污染了环境，也造成了巨大的资源浪费。

制约钢渣大宗利用的关键问题是：钢渣中含有一定量的高温煅烧的f-CaO、方镁石和RO相，这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反应，从而使固相体积增大97%和218%[3，4]，造成构件的膨胀开裂。

本文以不同厂家、不同粒径及不同颜色的钢渣为研究对象，通过对比方法，研究了钢渣化学成分和矿物组成的变化规律。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

钢渣分别取自武钢、邯钢、湘钢和韶钢四个钢厂，为经过破碎磁选的尾渣，其中武钢和邯钢的钢渣为转炉自然冷却渣（简称自然渣），另外两种渣为经热泼工艺处理的转炉钢渣（简称为热泼渣）。钢渣取回后剔除大于9.5 mm的颗粒，晒干并经人工选铁后，装袋备用。

1.2 试验方法

X射线荧光光谱分析：利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。当原子受到X射线光子（原级X射线）的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。因此，采用粉末压片法，用AXiOS advanced波长色散型X射线荧光光谱仪对钢渣等原材料进行化学成分分析。

XRD-X射线衍射法：利用XRD对钢渣矿物相进行定性分析。用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣试样研细至0.063 mm以下，压入样品凹槽内，采用日本理光（Rigaku）公司生产的D/MAX-IIIA型X射线衍射仪进行测试，仪器参数为：铜耙（Cu K a），石墨单色器滤波，加速电压为37.S kV，电流为40 mA，最大功率3 kW。

2 试验结果和分析

运用XRF分析测试技术，分析了四个厂家钢渣的化学成分，见表1。

从表1中可以看到，四种钢渣的主要化学成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占总量80%以上，四种钢渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化铁的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之间，相差不大，但是MnO含量相差较大，最小为武钢钢渣的1.24%，最大是韶钢钢渣高达3.3%，两者相差超过170%；武钢自然渣的MgO含量最高，高达10.88%，而其它三种钢渣的含量相差不大，都在5%～6%之间。此外还有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差较大，湘钢钢渣砂的高达5.55%，而韶钢的仅为1.57%。

分别选取四种钢厂的钢渣试样进行XRD测试，测试结果见图1。

分析可见，四种钢渣的主要矿物成分较相似，主要矿物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。从XRD衍射峰强对比分析可知，武钢钢渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量较多；湘钢中Ca（OH）2量最多，CaCO3量较少；邯钢中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶钢中的Ca（OH）2和CaCO3均较多。Ca（OH）2和CaCO3属低温矿物，是钢渣在水冷却和存放过程中f-CaO水化或水化产物碳化生成的。

具有潜在水硬活性的矿物主要是C3S和C2S，由于两者的衍射峰重叠较多，不易区分相对数量。湘钢钢渣中Al2O3组分较多，因而其XRD射中可见铁铝酸四钙的特征衍射峰。

3 结论

从上述研究中，可得出以下结论：不同生产厂家钢渣的化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；矿物组成也基本相似。不同厂家钢渣的化学成分和矿物的含量存在差异。

参考文献

[1] 朱桂林，孙树杉.加快钢铁渣资源化利用是钢铁企业的一项紧迫任务[J].中国废钢铁，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].中国废钢铁，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科学[M].黄士元，译.北京：中国建筑工业出版社，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：钢渣是炼钢工业的必然副产品，其较低的利用率已对周围环境产生了不可逆的污染，阻碍其大规模批量应用的一个主要原因是钢渣成分的波动性。本文借助X射线荧光光谱分析和X射线衍射等现代分析测试技术，对比分析了武汉钢铁厂、邯郸钢铁厂、湘潭钢铁厂和韶关钢铁厂四个钢厂钢渣的化学成分和矿物组成。结果表明：不同生产厂家的钢渣的化学成分和矿物种类相同，但相同矿物的含量差异较大。

关键词：钢渣 生产厂家 化学成分 矿物组成

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

钢渣是炼钢的副产品，每生产1吨钢可产生0.15～0.20 t钢渣。我国是世界第一大产钢国，2008年我国钢渣年产量已达5000多万吨，积存钢渣已有2亿多吨[1]。在国外一些发达国家，钢渣的综合利用已接近或达到排用平衡，而我国钢渣的综合利用率约为40%[2]。大量堆积的钢渣，不仅污染了环境，也造成了巨大的资源浪费。

制约钢渣大宗利用的关键问题是：钢渣中含有一定量的高温煅烧的f-CaO、方镁石和RO相，这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反应，从而使固相体积增大97%和218%[3，4]，造成构件的膨胀开裂。

本文以不同厂家、不同粒径及不同颜色的钢渣为研究对象，通过对比方法，研究了钢渣化学成分和矿物组成的变化规律。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

钢渣分别取自武钢、邯钢、湘钢和韶钢四个钢厂，为经过破碎磁选的尾渣，其中武钢和邯钢的钢渣为转炉自然冷却渣（简称自然渣），另外两种渣为经热泼工艺处理的转炉钢渣（简称为热泼渣）。钢渣取回后剔除大于9.5 mm的颗粒，晒干并经人工选铁后，装袋备用。

1.2 试验方法

X射线荧光光谱分析：利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。当原子受到X射线光子（原级X射线）的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。因此，采用粉末压片法，用AXiOS advanced波长色散型X射线荧光光谱仪对钢渣等原材料进行化学成分分析。

XRD-X射线衍射法：利用XRD对钢渣矿物相进行定性分析。用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣试样研细至0.063 mm以下，压入样品凹槽内，采用日本理光（Rigaku）公司生产的D/MAX-IIIA型X射线衍射仪进行测试，仪器参数为：铜耙（Cu K a），石墨单色器滤波，加速电压为37.S kV，电流为40 mA，最大功率3 kW。

2 试验结果和分析

运用XRF分析测试技术，分析了四个厂家钢渣的化学成分，见表1。

从表1中可以看到，四种钢渣的主要化学成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占总量80%以上，四种钢渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化铁的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之间，相差不大，但是MnO含量相差较大，最小为武钢钢渣的1.24%，最大是韶钢钢渣高达3.3%，两者相差超过170%；武钢自然渣的MgO含量最高，高达10.88%，而其它三种钢渣的含量相差不大，都在5%～6%之间。此外还有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差较大，湘钢钢渣砂的高达5.55%，而韶钢的仅为1.57%。

分别选取四种钢厂的钢渣试样进行XRD测试，测试结果见图1。

分析可见，四种钢渣的主要矿物成分较相似，主要矿物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。从XRD衍射峰强对比分析可知，武钢钢渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量较多；湘钢中Ca（OH）2量最多，CaCO3量较少；邯钢中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶钢中的Ca（OH）2和CaCO3均较多。Ca（OH）2和CaCO3属低温矿物，是钢渣在水冷却和存放过程中f-CaO水化或水化产物碳化生成的。

具有潜在水硬活性的矿物主要是C3S和C2S，由于两者的衍射峰重叠较多，不易区分相对数量。湘钢钢渣中Al2O3组分较多，因而其XRD射中可见铁铝酸四钙的特征衍射峰。

3 结论

从上述研究中，可得出以下结论：不同生产厂家钢渣的化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；矿物组成也基本相似。不同厂家钢渣的化学成分和矿物的含量存在差异。

参考文献

[1] 朱桂林，孙树杉.加快钢铁渣资源化利用是钢铁企业的一项紧迫任务[J].中国废钢铁，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].中国废钢铁，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科学[M].黄士元，译.北京：中国建筑工业出版社，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：钢渣是炼钢工业的必然副产品，其较低的利用率已对周围环境产生了不可逆的污染，阻碍其大规模批量应用的一个主要原因是钢渣成分的波动性。本文借助X射线荧光光谱分析和X射线衍射等现代分析测试技术，对比分析了武汉钢铁厂、邯郸钢铁厂、湘潭钢铁厂和韶关钢铁厂四个钢厂钢渣的化学成分和矿物组成。结果表明：不同生产厂家的钢渣的化学成分和矿物种类相同，但相同矿物的含量差异较大。

关键词：钢渣 生产厂家 化学成分 矿物组成

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

钢渣是炼钢的副产品，每生产1吨钢可产生0.15～0.20 t钢渣。我国是世界第一大产钢国，2008年我国钢渣年产量已达5000多万吨，积存钢渣已有2亿多吨[1]。在国外一些发达国家，钢渣的综合利用已接近或达到排用平衡，而我国钢渣的综合利用率约为40%[2]。大量堆积的钢渣，不仅污染了环境，也造成了巨大的资源浪费。

制约钢渣大宗利用的关键问题是：钢渣中含有一定量的高温煅烧的f-CaO、方镁石和RO相，这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反应，从而使固相体积增大97%和218%[3，4]，造成构件的膨胀开裂。

本文以不同厂家、不同粒径及不同颜色的钢渣为研究对象，通过对比方法，研究了钢渣化学成分和矿物组成的变化规律。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

钢渣分别取自武钢、邯钢、湘钢和韶钢四个钢厂，为经过破碎磁选的尾渣，其中武钢和邯钢的钢渣为转炉自然冷却渣（简称自然渣），另外两种渣为经热泼工艺处理的转炉钢渣（简称为热泼渣）。钢渣取回后剔除大于9.5 mm的颗粒，晒干并经人工选铁后，装袋备用。

1.2 试验方法

X射线荧光光谱分析：利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。当原子受到X射线光子（原级X射线）的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。因此，采用粉末压片法，用AXiOS advanced波长色散型X射线荧光光谱仪对钢渣等原材料进行化学成分分析。

XRD-X射线衍射法：利用XRD对钢渣矿物相进行定性分析。用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣试样研细至0.063 mm以下，压入样品凹槽内，采用日本理光（Rigaku）公司生产的D/MAX-IIIA型X射线衍射仪进行测试，仪器参数为：铜耙（Cu K a），石墨单色器滤波，加速电压为37.S kV，电流为40 mA，最大功率3 kW。

2 试验结果和分析

运用XRF分析测试技术，分析了四个厂家钢渣的化学成分，见表1。

从表1中可以看到，四种钢渣的主要化学成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占总量80%以上，四种钢渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化铁的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之间，相差不大，但是MnO含量相差较大，最小为武钢钢渣的1.24%，最大是韶钢钢渣高达3.3%，两者相差超过170%；武钢自然渣的MgO含量最高，高达10.88%，而其它三种钢渣的含量相差不大，都在5%～6%之间。此外还有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差较大，湘钢钢渣砂的高达5.55%，而韶钢的仅为1.57%。

分别选取四种钢厂的钢渣试样进行XRD测试，测试结果见图1。

分析可见，四种钢渣的主要矿物成分较相似，主要矿物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。从XRD衍射峰强对比分析可知，武钢钢渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量较多；湘钢中Ca（OH）2量最多，CaCO3量较少；邯钢中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶钢中的Ca（OH）2和CaCO3均较多。Ca（OH）2和CaCO3属低温矿物，是钢渣在水冷却和存放过程中f-CaO水化或水化产物碳化生成的。

具有潜在水硬活性的矿物主要是C3S和C2S，由于两者的衍射峰重叠较多，不易区分相对数量。湘钢钢渣中Al2O3组分较多，因而其XRD射中可见铁铝酸四钙的特征衍射峰。

3 结论

从上述研究中，可得出以下结论：不同生产厂家钢渣的化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；矿物组成也基本相似。不同厂家钢渣的化学成分和矿物的含量存在差异。

参考文献

[1] 朱桂林，孙树杉.加快钢铁渣资源化利用是钢铁企业的一项紧迫任务[J].中国废钢铁，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].中国废钢铁，2003，9（3）：34-41.

[3] RAMACHANDRAN V S.混凝土科学[M].黄士元，译.北京：中国建筑工业出版社，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