高爐渣化學(xué)成分對(duì)高爐渣其微觀結(jié)構(gòu)影響研究現(xiàn)狀

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1、高爐渣的化學(xué)成分對(duì)高爐渣其微觀結(jié)構(gòu)影響的研究現(xiàn)狀嚴(yán)照照收稿日期：2017-07-18，改回日期：2017-08-14基金項(xiàng)目：河北省鋼鐵聯(lián)合基金資助項(xiàng)目（E2015209073）；華北理工大學(xué)杰出青年基金資助項(xiàng)目（JP201508）作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)照照(1991-)，男，山西侯馬人，碩士生，從事煉鐵理論與工藝研究，(E-mail)1029837374@qq.com通訊作者：張淑會(huì)(1976-)，女，河北定州人，博士，教授，從事煉鐵及資源綜合利用的研究，(E-mail)zhangshuhui@ncst.edu.cn，張淑會(huì)，董曉旭，呂慶，劉小杰，郄亞娜（華

2、北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北唐山063009）摘要：高爐渣的化學(xué)成分對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)具有重要影響，改變高爐渣的化學(xué)成分，高爐渣的微觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變。本文綜述了堿度、、MgO/Al2O3比值及MgO、Al2O3和MgO/Al2O3等化學(xué)成分對(duì)高爐渣微觀結(jié)構(gòu)的影響，高爐渣主要為硅氧四面體相互連接成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Ca2+、和Na+等離子進(jìn)入到爐渣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中破壞了硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促使硅酸鹽中簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)單元增多；Al3+、Ti4+和B3+等離子在不同環(huán)境中對(duì)高爐渣微觀結(jié)構(gòu)起到不同作用，既可以使?fàn)t渣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，也可以使?fàn)t渣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的結(jié)構(gòu)單元。并指出了關(guān)于

3、化學(xué)成分對(duì)中鈦渣微觀結(jié)構(gòu)影響是中鈦渣的研究重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：高爐渣；微觀結(jié)構(gòu)；硅酸鹽；中鈦渣doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2019.01.00x中圖分類號(hào)：TD988;TF524文獻(xiàn)標(biāo)志識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-6532（2019）01-00鋼鐵工業(yè)在我國(guó)工業(yè)中占有重要地位，特別是在近幾年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，設(shè)備大型化、智能化煉鋼廠，成為世界上粗鋼產(chǎn)量最大的國(guó)家。在迅速發(fā)展的同時(shí)，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的二次固體廢棄物資源越來(lái)越多，特別是高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣。與國(guó)外相比，我國(guó)爐渣的利用率比較低[1]。高爐渣主要成分為CaO-SiO2-

4、MgO-Al2O3（普通高爐渣）和CaO-SiO2-MgO-Al2O3-TiO2（含鈦高爐渣），轉(zhuǎn)爐渣主要成分為CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO。國(guó)內(nèi)普通高爐渣主要用在水泥摻和料，以及、水泥、礦渣棉、陶瓷、玻璃制造中等[2,3]，而含鈦高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣因其細(xì)磨處理困難等原因目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用[4]。爐渣屬于多組元硅酸鹽混合物，其微觀結(jié)構(gòu)決定了爐渣的活性、可磨性等物理化學(xué)性質(zhì)。通過(guò)研究爐渣的微觀結(jié)構(gòu)，不僅可以了解其在熔融狀態(tài)下的性能，便于實(shí)現(xiàn)冶煉操作，亦可以對(duì)其進(jìn)行高溫改質(zhì)等處理手段來(lái)改善爐渣的微觀結(jié)構(gòu)，從而對(duì)其宏觀性質(zhì)加以調(diào)控，便于實(shí)現(xiàn)

5、爐渣資源的高附加值資源化利用。1高爐渣微觀結(jié)構(gòu)的主要研究方法及高爐渣的結(jié)構(gòu)組成其研究現(xiàn)狀研究高爐渣微觀結(jié)構(gòu)是了解其冶金性能的重要部分，也是改善高爐渣冶金性能的主要手段。目前，研究高爐渣微觀結(jié)構(gòu)的方法主要有拉曼光譜（Raman）分析、紅外光譜FTIR分析（FTIR）、核磁共振分析（NMR）等測(cè)試分析技術(shù)，同時(shí)與爐渣樣品的掃描電鏡分析（SED和EDS）和X射線衍射分析（XRD）等技術(shù)相結(jié)合還可以得到爐渣的礦物組成和微觀形貌，從而對(duì)爐渣微觀結(jié)構(gòu)更好的的認(rèn)識(shí)更為清晰。高爐渣屬于硅酸鹽體系，在硅酸鹽熔體中，模式理論[5]認(rèn)為硅酸鹽體系主要以硅氧四面體[SiO4

6、]通過(guò)聚合作用相互連接成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的氧根據(jù)其在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不同的位置可以分成三種，分別為橋氧、非橋氧和自由氧[6,7]，其中橋氧對(duì)硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接起到了決定性作用，橋氧將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的四面體結(jié)構(gòu)單元相互連接起來(lái)[8]，根據(jù)結(jié)構(gòu)單元連接中橋氧數(shù)不同，可將結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐譃榻Y(jié)構(gòu)單元分為單體SiO44-(Q0)、二聚體Si2O76-（Q1）、鏈狀Si2O64-(Q2)、層狀Si2O52-(Q3)和網(wǎng)絡(luò)狀SiO2(Q4)[9]。同時(shí)可用每個(gè)單位非橋氧數(shù)表示硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合度，用NBO/T表示[6,10]。通過(guò)改變高爐渣的化學(xué)成分變化，高爐渣的

7、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變。2高爐渣的化學(xué)成分對(duì)高爐渣其微觀結(jié)構(gòu)的影響2.1堿度對(duì)高爐渣微觀結(jié)構(gòu)的影響適宜的堿度對(duì)高爐冶煉過(guò)程起到了至關(guān)重要的作用。堿度過(guò)高，導(dǎo)致渣中的高熔點(diǎn)化合物增多，高爐渣的流動(dòng)性變差，渣鐵不易分離；堿度過(guò)低，使高爐渣脫硫能力降低，同時(shí)高爐渣易于侵蝕爐襯。因此有必要研究堿度對(duì)高爐渣結(jié)構(gòu)的影響以確定適當(dāng)?shù)膲A度。郝金龍[11]通過(guò)采用紅外拉曼光譜研究了堿度對(duì)高爐渣微觀結(jié)構(gòu)的影響（紅外光譜圖如圖1圖所示），研究發(fā)現(xiàn)隨著渣中的堿度的增大，爐渣中橋氧的總數(shù)量減少，Si-O中Q0、Q1含量增多，Q2、Q3含量減少，但是在爐渣中占據(jù)主導(dǎo)地位的還是Si

8、-O-Si與Al-O-Si結(jié)構(gòu)，表明在渣中增加CaO含量增加，使?fàn)t渣中自由氧離子增多，自由氧離子與爐渣中的橋