钢渣的表面改性研究

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金属材料的表面改性研究及应用

金属材料的表面改性研究及应用导言金属材料是重要的工程材料，其特性直接影响着工程结构的性能和寿命。

然而，金属材料在使用过程中常常遭受腐蚀、磨损和疲劳等损伤，限制了其应用范围和使用寿命。

为了提高金属材料的性能和延长其寿命，人们开展了大量的研究工作，其中表面改性是一种有效的方法。

一、表面改性的意义金属材料的表面改性是通过改变金属表面的化学、物理性质或结构来提高材料性能的方法。

其意义主要体现在以下几个方面：1.延长使用寿命：金属材料的使用寿命往往受到氧化、腐蚀、磨损等因素的限制。

通过表面改性，可以形成耐蚀、耐磨等保护层，延长金属材料的使用寿命。

2.提高强度和硬度：金属材料的强度和硬度直接影响其性能和应用范围。

通过表面改性，可以在金属材料表面形成高硬度的层，从而提高整体的强度。

3.改善摩擦和润滑性能：在金属材料的表面引入润滑剂或涂层，可以降低摩擦系数，提高摩擦性能，减少能量损耗。

4.实现功能性要求：通过表面改性，可以为金属材料赋予特殊功能，如防尘、抗菌、阻燃等，满足特定应用需求。

二、表面改性的研究方法目前，对金属材料的表面改性研究主要包括物理方法、化学方法和材料方法。

不同的方法有不同的适用范围和效果。

1.物理方法：物理方法包括喷涂、喷粉、电弧喷涂、激光熔覆等。

这些方法通过物理能量改变金属表面的结构，形成不同的表面层，改善材料性能。

2.化学方法：化学方法主要包括化学气相沉积、电镀、离子注入等。

这些方法通过在金属表面引入新的元素或分子，改变金属表面的物理和化学性质，提高材料性能。

3.材料方法：材料方法主要包括涂层和薄膜技术。

在金属表面形成特定的涂层或薄膜，改变金属材料的性能和功能。

三、表面改性的应用表面改性在各个领域具有广泛的应用。

以下以几个典型领域为例进行讨论。

1.航空航天领域：航空航天领域对材料的性能要求极高。

通过表面改性，可以为金属部件提供耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特性，提高整体的安全性和可靠性。

2.汽车制造领域：汽车制造中，金属材料经常接触到恶劣的工作环境，容易发生腐蚀和磨损。

钢铁材料表面快速改性技术

本试验用的有机化合物是乙醇量百分数 W% 为 9． 09% ，电解液中水的百分含量为 25% 。
（二）实验机理。快速渗氮、渗碳及碳氮共渗处理的机理同样也遵循扩散过程的菲克方程式。由于弧光放电，气体被击穿产生大量的处于等离子体态的活性原子，这些活性原子在电场的作用下轰击试样表面，离子注入到处理材料中，产生空位和位错，将导致两个方面的影响：一方面，使工件表面的活性原子的浓度提高；另一方面，强化沿晶界扩散，即位错沿着与轰击表面垂直的滑移面移动，其运动的方向与饱和元素（ C，N）扩散流的方向重合，从而大幅度提高材料内 C、N 原子的扩散迁移速度。离子轰击导致浓度梯度提高和扩散系数的增大，使得非金属扩散系数可提高 2 ～ 3 倍，从而使 C 和 N 原子的扩散过程得以强化；在等离子电解渗透技术中等离子体是通过弧光放电产生的，具有比较大的电流密度（ 1 A / cm2 左右），所以离子的轰击非常强烈，致使渗透的速度加快，最终实现材料表面快速固溶和化合物强化处理。
钢铁材料表面快速改性技术研究
□刘凯
【摘要】本文在特定电解液体系下，应用液相等离子体电解渗透技术对 Q235 钢表面进行快速改性处理。探索了快速改性的可行性，给出了渗层的 ESM 形貌，对深层进行了成分分析，测定了深层的硬度。
【关键词】快速改性；渗透；渗层性能【作者简介】刘凯（ 1981 ～），男，河北秦皇岛人，燕山大学里仁学院硕士；研究方向：金属材料热处理及表面改性
一、引言钢铁材料是现代应用最为广泛的重要工程材料。但是由于其自身的原因及其使用的环境介质影响，难免要发生腐蚀、磨损等各种形式的损坏，降低了工件的使用寿命，造成了很大的经济损失。多年来，为了减轻钢铁材料因腐蚀与磨损造成的损失，人们做了大量的研究与开发工作。除选用和研制高性能的整体钢铁材料外，鉴于腐蚀与磨损都始于材料表面，采用表面工程技术实施于材料表面以改变其耐磨、耐蚀性是材料科学工作者通常采用的办法。钢铁表面改性技术发展很快，其中以气体碳氮共渗较好，在上世纪 60 年代中期离子渗碳 / 氮技术迅速发展和完善起来，经历了 40 多年的时间它已经成为离子热处理技术中最成熟、最普及的工艺，但是处理温度高、共渗时间长、工件容易变形，而且气体离子碳氮共渗技术是在低压气体放电产生的等离子体中进行的，反应需要在低真空的条件下进行。液相等离子体电解渗透技术解决了这些难题，它在一个开放的环境下，处理时间很短在几十秒到几分钟的时间内即可获得高硬度、耐磨、耐蚀的渗透层。二、实验分析方法及机理（一）试验分析方法。本实验的基体材料是 Q235 低碳钢，试样尺寸分为 8 × 10 × 1． 2 mm。实验所需设备为自行研制的 2 kW 等离子体电解渗透装置。该装置主要有五部分组成：直流脉冲电源、共渗电解槽、排风系统、测温装置及电解液循环冷却系统。在渗透处理过程中，处理的试样作为阴极。

金属材料的表面改性与热处理实现材料表面性能的提升

金属材料的表面改性与热处理实现材料表面性能的提升金属材料在工业和制造领域中广泛应用，其表面性能对材料整体性能和使用寿命起着至关重要的作用。

为了提高金属材料的表面性能，表面改性和热处理技术被广泛采用。

本文将介绍金属材料表面改性的常用方法和热处理对材料表面性能提升的作用。

一、金属材料的表面改性1.化学表面改性化学表面改性是通过在金属材料表面形成一层化学活性的物质或化合物，从而改变其表面性能。

常用的化学表面改性方法包括电化学处理、溶液浸渍和化学沉积等。

通过这些方法，可以实现金属材料表面的腐蚀耐久性、摩擦性能、润滑性能等的提高。

2.物理表面改性物理表面改性是通过物理手段对金属材料表面进行改良，包括机械处理、喷涂涂层和磁场处理等。

其中，机械处理如切削、打磨和抛光可以提高金属材料的光洁度和平滑度，从而降低表面粗糙度并增加强度。

喷涂涂层技术可以在金属表面形成一层保护性膜，提高耐磨性和耐腐蚀性。

磁场处理可以通过调控磁场对金属表面进行改性，改善其力学性能和磁性能。

二、金属材料的热处理热处理是一种通过对金属材料进行加热和冷却的工艺，以改变材料的组织结构和性能。

常用的热处理方法包括退火、淬火、回火和固溶处理等。

1.退火退火是将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却的过程。

退火可以消除金属材料中的应力和缺陷，提高其塑性和可加工性。

此外，退火还可以改变材料的晶粒结构，从而调节材料的硬度和强度。

2.淬火淬火是将金属材料加热至临界温度，然后迅速冷却至常温的过程。

淬火可以使金属材料形成超饱和固溶体或马氏体组织，从而提高材料的硬度、强度和耐磨性。

淬火还可以产生残余应力，使材料表面形成压应力层，提高抗拉应力的能力。

3.回火回火是将淬火后的金属材料加热至较低温度，然后适当冷却的过程。

回火可以降低金属材料的脆性和残余应力，提高其韧性和可靠性。

回火还可以调节材料的硬度，使其适应不同的工作条件。

4.固溶处理固溶处理是将合金的固溶元素加热至高温区，然后迅速冷却的过程。

国内外金属材料表面改性技术研究综述

国内外金属材料表面改性技术研究综述金属材料表面改性技术作为一种重要的工艺手段，其研究具有重要意义。

通过改变金属表面性质，可以改善金属材料的性能，提升其耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能，从而满足不同领域的需求。

本文将综述国内外金属材料表面改性技术的研究进展和应用现状。

一、电化学处理电化学处理是通过电化学反应改变金属表面性质的一种方法。

常用的方法有阳极氧化、阴极沉积、电镀、阳极电析等。

电化学处理可以使金属表面形成氧化层、硫化层等，从而提升材料的耐腐蚀性和抗氧化性能。

此外，还可以通过改变电解质的成分和电解液的温度、浓度等条件，调节氧化层的厚度和形貌，从而影响材料的摩擦学、耐磨性等性能。

电化学处理技术在航空、汽车、机械等领域得到广泛应用。

二、化学处理化学处理是通过将金属材料浸泡在化学反应溶液中，改变金属表面性质的方法。

常用的方法有化学改性、盐酸漂白、酸洗、钝化等。

其中，化学改性是将金属表面化学改性剂溶液中进行浸泡处理，使金属表面形成纳米级别的氧化物膜或氮化物膜，从而提升其硬度和耐磨性能。

酸洗是将材料放入强酸中进行腐蚀处理，除去表面的氧化层和污物，从而提升金属表面的清洁度。

三、激光技术激光技术是通过激光器对金属表面进行定向加热、熔化、剥落等加工处理，从而改变金属表面的物理性质和化学性质。

常用的方法有激光熔覆、激光喷涂、激光刻蚀等。

激光熔覆是将金属粉末熔化成液态，在金属表面形成保护涂层，提升材料的耐磨性和耐腐蚀性。

激光喷涂是将涂料喷射到金属表面形成涂层，提升材料的耐热性、耐蚀性和耐磨性。

激光刻蚀是利用激光束照射金属表面，腐蚀掉部分金属表面，从而形成图案或文字。

四、等离子喷涂技术等离子喷涂技术是通过等离子体喷涂技术对金属表面进行改性处理的方法。

通过将金属材料加热至高温状态，在高温条件下，喷射等离子体进行表面改性处理。

等离子喷涂技术可以形成高强度、高密度的涂层，提升材料的抗磨性、耐蚀性和耐高温性。

此外，等离子喷涂技术还可以在金属表面涂覆碳纤维等复合材料，从而提升材料的强度和刚度。

金属材料的表面改性与腐蚀研究

金属材料的表面改性与腐蚀研究金属材料作为一种常用的工程材料，广泛应用于各个领域。

然而，由于其固有的腐蚀性质以及使用环境的影响，金属材料的腐蚀问题成为了制约其应用的重要因素之一。

为了解决这一问题，科学家们通过对金属材料表面进行改性，并开展了大量的腐蚀研究。

一、表面改性的手段表面改性是指对金属材料表面进行物理、化学处理，以改变其表面性质。

常见的表面改性手段有电化学技术、磁场处理、激光烧结、溅射涂覆等。

这些方法通过形成一层覆盖层或改变表面组织结构，来提升金属材料的耐腐蚀性能。

例如，通过电化学技术制备的电化学氧化层具有耐腐蚀、耐磨损、增强附着力等优点。

这种方法通过将金属材料置于电解介质中，并施加电压或电流，在金属表面形成一层均匀致密、无氧化物和碱式盐的氧化层。

氧化层的形成可以改变金属表面的化学组成和晶体结构，提高金属材料的耐腐蚀性。

二、表面改性对腐蚀性能的影响表面改性对金属材料的腐蚀性能有着显著影响。

一方面，表面改性可以增加金属材料的抗腐蚀能力。

通过改变表面化学组成和晶体结构，形成氧化层或涂覆层，金属材料的腐蚀倾向性降低，耐腐蚀性提高。

另一方面，表面改性还可以改善金属材料的耐磨性和耐疲劳性，减缓腐蚀产生和腐蚀扩展速度，延长金属材料的使用寿命。

三、腐蚀研究的目标和方法腐蚀研究的目标是为了理解金属材料在不同环境条件下的腐蚀过程，探索降低金属材料腐蚀速率的方法，并为工业应用提供科学依据。

腐蚀研究通常采用实验和模拟计算相结合的方法。

实验手段可以通过人工模拟腐蚀介质的环境条件，观察和测量金属材料的腐蚀过程，并分析其腐蚀产物。

模拟计算则通过建立腐蚀反应动力学模型，模拟预测金属材料在不同环境下的腐蚀行为。

在腐蚀研究中，科学家们还发现了金属材料腐蚀与表面微观结构、温度、湿度、气体成分等因素之间的相互关系。

这些因素的变化都会对金属材料的腐蚀性能产生一定影响。

例如，金属材料的微观结构和晶界缺陷是腐蚀产物形成的重要因素，将其纳米化或均匀化可以提高金属材料的耐腐蚀性。

工业废渣改性实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过化学和物理方法对工业废渣进行改性处理，提高其资源化利用率，减少对环境的污染。

实验过程中，我们将对废渣进行成分分析，确定改性方案，并进行实验验证。

二、实验材料1. 工业废渣：来源于某工厂生产过程中产生的废渣，主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等。

2. 实验试剂：硫酸、氢氧化钠、盐酸、氢氟酸、磷酸等。

3. 实验仪器：高温炉、搅拌器、离心机、X射线衍射仪、扫描电镜等。

三、实验方法1. 废渣成分分析：采用X射线衍射仪（XRD）对废渣进行成分分析，确定废渣中主要成分及含量。

2. 废渣改性方案设计：根据废渣成分，设计合适的改性方案，如酸浸、碱浸、熔融等。

3. 实验步骤：（1）酸浸：将废渣与硫酸按一定比例混合，搅拌溶解，控制反应温度和时间，使废渣中的有用成分溶解。

（2）碱浸：将酸浸后的溶液与氢氧化钠按一定比例混合，搅拌溶解，控制反应温度和时间，使废渣中的杂质沉淀。

（3）离心分离：将碱浸后的溶液进行离心分离，得到改性后的废渣和清液。

（4）熔融：将改性后的废渣进行高温熔融，得到改性产物。

4. 实验结果分析：对改性后的废渣进行成分分析、物理性能测试等，评价改性效果。

四、实验结果与分析1. 废渣成分分析：经XRD分析，废渣中主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，含量分别为40%、30%、20%、10%。

2. 酸浸实验：将废渣与硫酸按1:1比例混合，搅拌溶解，反应温度控制在60℃，反应时间2小时。

实验结果显示，废渣中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等有用成分基本溶解。

3. 碱浸实验：将酸浸后的溶液与氢氧化钠按1:1比例混合，搅拌溶解，反应温度控制在80℃，反应时间1小时。

实验结果显示，废渣中的杂质成分如CaO等基本沉淀。

4. 离心分离实验：将碱浸后的溶液进行离心分离，得到改性后的废渣和清液。

实验结果显示，改性后的废渣中SiO2、Al2O3、Fe2O3等有用成分含量较高，杂质成分含量较低。

钢渣改性研究进展

料的要求，这种钢渣磨细后可直接磨制新品种
ＭｇＦｅ２Ｏ４；当钢渣的Ｃ／Ｓ小于１８时，重构过程促进
蔡雪军将废弃的黏土砖、碎玻璃等破碎粉磨后与
主，部分ＲＯ相转变为ＭｇＦｅ２Ｏ４。
吹入，进行均化改性反应，然后进行粒化水淬。均化
钢渣进行工业化在线重构，两种材料经造粒烘干后置
素。分别对氧化气氛和还原气氛下针对钢渣改性的研究进行了综述，并提出了钢渣改性研究目前存在的主要问题。
关键词：钢渣；改性；胶凝材料；化学成分；矿物组成
ＤＯＩ：１０１３２０５／ｊ．ｈｊｇｃ．２０１５１２０３２
ＲＥＳＥＡＲＣＨＰＲＯＧＲＥＳＳＯＮＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＳＴＥＥＬＳＬＡＧＩＮＣＨＩＮＡ
的能耗居高不下，活性尤其是早期活性较差，体积安
含量不仅低于矿渣和粉煤灰，也低于硅酸盐水泥熟
定性存在隐患等。由于我国每年钢渣的产生量惊人，
料。因此相比矿渣和粉煤灰而言，较低的ＳｉＯ２和
按吨钢产生钢渣量０１２～０１４ｔ计算，２０１４年产生
的钢渣量已超过１亿ｔ，很多钢铁企业仅将钢渣中的
铝质调节材料可促进ｆ⁃ＣａＯ的吸收，增加重构钢渣中
铝酸盐矿物的含量。上述调节材料对重构钢渣胶凝
活性的增强效果顺序为白渣≈石灰≈矿渣＞煤渣≈
粉煤灰［７］。
当重构钢渣的Ｃ／Ｓ大于３０时，Ｃ／Ｓ的增加可促
进Ａ矿的形成，同时ＲＯ相分解成ｆ⁃ＭｇＯ；当钢渣的
Ｃ／Ｓ为２７～３０时，重构过程促进Ａ矿和Ｂ矿的形
－０６－２７

工程机械用钢的表面改性处理研究

工程机械用钢的表面改性处理研究□王洋【内容摘要】对工程机械用45#钢进行表面热喷涂改性处理，研究了表面改性处理过程中粉末的组织与物相转变特征，并对比分析了基体与表面改性层的组织与摩擦磨损性能。

结果表明，热喷涂WC－10Co4Cr粉末粒度主要分布在2035μm，表面改性前后粉末形貌从球形转变为扁平状；经过热喷涂处理后，在工程机械用钢表面喷涂涂层中可以发现WC、W2C和CoCr相；WC－10Co4Cr粉末喷涂改性处理后，在不同的载荷和转速下，改性层与基体相比都具有更好的耐磨性能。

【关键词】工程机械用钢；WC－10Co4Cr粉末；形貌；物相；磨损【作者简介】王洋（1978．2 ），女，吉林长春人；长春职业技术学院工程技术分院副教授；研究方向：机械材料及制造技术工程机械行业是机械行业中钢材消费量最大的子行业之一，2014年消费钢材1 520万吨，占机械行业钢材消费量的12.2%，占钢材消费总量的2.3%。

我国现在已成为全球第一大工程机械市场。

钢材作为工程机械最重要的原材料，不仅决定着产品价格，也决定着产品的性能和可靠性。

总体来说，目前，中国工程机械用钢质量整体水平不高，只有约30%的产品实物质量达到国际先进水平。

这一现象导致的直接后果就是我国工程机械产品与国外同类产品相比，在耐久性、可靠性上的差距还比较大。

虽然每年工程机械消化了许多钢铁产能，但是受国内钢材行业技术制约，并未完全将工程机械用钢市场开发，还有部分高端钢材需要依靠进口。

归其原因，在一定程度上与高品质工程机械用钢的表面改性处理技术有关［1 2］，本文选取具有代表性的45#工程机械用钢为对象，通过在表面进行热喷涂的方法，研究了改性前后的组织与性能变化，研究结果对于提高工程机械用钢的使用性能具有参考意义。

一、实验材料与方法选用工程机械用钢常用牌号45#钢为基体材料，它的主要化学成分元素比例（%）：0.47C、0.10Cr、0.68Mn、0.17Ni、0.008S、0.004S、0.24Si，余量为Fe，使用状态为调质态，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如梢子、导烟尘排放量的降低就必须得做到要实时监控相关企业的烟尘排放量的问题。

沸腾钢的表面改性技术研究

沸腾钢的表面改性技术研究随着工业领域的不断发展，人们对于材料的性能要求也越来越高。

特别是在必须经受高温、高压和腐蚀等极端条件下使用的环境中，材料的表面性能尤为关键。

沸腾钢作为一种重要的结构材料，其表面改性技术的研究对于提升其性能具有重要意义。

沸腾钢是一种在高温和高压环境下具备强度、硬度和耐腐蚀性能的钢材。

然而，由于其表面在极端条件下容易受到损伤，需要通过表面改性技术来提高其使用寿命和性能。

一项研究表明，采用物理方法对沸腾钢的表面进行改性可以显著提高其耐磨性和抗腐蚀性。

其中，热处理是一种常用的表面改性方法。

通过改变沸腾钢的结晶状态和组织结构，可以使其晶粒细化，提高其硬度和强度。

此外，还可以在表面形成一层厚度适当的氧化物膜，有效地增强其耐腐蚀性。

另一项研究发现，化学方法也可用于改善沸腾钢的表面性能。

表面涂层是其中的一种常见方法。

采用陶瓷材料如陶瓷涂层或陶瓷涂覆剂等，可以在沸腾钢表面形成高硬度、耐磨的保护层，提高其抗腐蚀和耐磨性能。

此外，还有一些化学改性方法，如电化学沉积、离子注入和溅射等，可以在沸腾钢表面形成致密、均匀的覆盖层，进一步提高表面硬度和耐磨性。

另外，表面改性的过程中，还可以结合工艺优化和热处理等方法，进一步提高沸腾钢的表面性能。

例如，在沸腾钢的表面形成复合层，将不同的材料结合到一起，可以同时发挥各种材料的优势，提高沸腾钢的整体性能。

此外，优化热处理工艺，如采用淬火、回火等方法，可以使沸腾钢的组织结构更加均匀，提高其硬度和强度。

总的来说，沸腾钢的表面改性技术对于提高其耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能具有重要意义。

采用物理和化学方法，结合工艺优化和热处理等手段，可以显著改善沸腾钢的表面性能。

这将为其在高温、高压和腐蚀等恶劣环境下的应用提供更加可靠和有效的保障。

因此，沸腾钢的表面改性技术的研究具有重要的学术和工程意义。

需要注意的是，在沸腾钢的表面改性技术研究中，应注重实验设计和参数优化。

合理设计实验方案，选取合适的改性方法和工艺优化手段，可以提高实验的可重复性和可信度。

液态钢渣改性的研究现状及探讨

液态钢渣改性的研究现状及探讨液态钢渣是在炼钢过程中产生的一种副产品，由于其成分复杂，含有大量的氧化物和金属元素，因此具有一定的活性和化学性质。

近年来，对液态钢渣进行改性研究已成为热点领域之一。

本文将从液态钢渣改性的研究现状及探讨的角度来介绍和分析相关内容。

目前，液态钢渣改性的研究主要集中在以下几个方面：物理改性、化学改性和纳米改性。

物理改性是指利用物理方法改变钢渣的性质和结构，如磁力场改性、声波改性以及高温研磨改性等。

这些方法可以改变钢渣的物理性质，使其具有更好的熔融性和流动性，提高其利用价值。

化学改性是指利用化学方法对钢渣进行处理，改变其成分和结构，以提高其性能和适用性。

常用的化学改性方法包括酸洗、碱洗、氧化还原等。

通过这些方法可以改变钢渣的表面活性和化学活性，提高其对有害物质的吸附和降解能力，减少环境污染。

纳米改性是近年来发展起来的一种新型液态钢渣改性方法。

通过将纳米材料加入到钢渣中，可以改变其物理和化学性质，提高其稳定性和储氢性能。

目前常用的纳米改性材料主要有纳米硅酸盐、纳米氧化铝和纳米二氧化钛等。

这些纳米材料具有较大的比表面积和高度分散性，可以增强钢渣的活性和吸附性能。

尽管钢渣改性的研究已经取得了一些进展，但仍然存在一些问题和挑战。

钢渣改性的机理还不完全清楚，需要进一步深入研究。

目前的改性方法主要是在实验室条件下进行的，如何将其应用到实际生产中仍然需要进一步研究。

液态钢渣改性还需要考虑其对环境和人体的影响，以确保其安全性和可持续性。

液态钢渣改性是一个具有潜力的领域，对于提高钢渣的利用价值和减少环境污染具有重要意义。

目前的研究主要集中在物理改性、化学改性和纳米改性等方面，取得了一些进展。

仍然需要进一步研究来深入了解钢渣改性的机理并将其应用到实际生产中。

液态钢渣改性的研究现状及探讨

液态钢渣改性的研究现状及探讨液态钢渣是指在炼钢过程中所产生的钢水中所含的氧化铁和其他杂质所形成的半固态残渣。

钢渣的产生是钢铁生产过程中不可避免的一个环节，它不仅影响钢水的质量，还对环境造成污染。

对液态钢渣的改性研究一直是炼钢工艺中的重要课题。

近年来，液态钢渣改性研究取得了一系列重要进展。

通过对其成分和结构进行分析研究，人们逐渐认识到了液态钢渣的复杂性和多样性。

在这个基础上，研究者们提出了一系列改性液态钢渣的方法和途径，取得了一些积极成果。

一种常见的方法是通过添加外部剂来改性钢渣，常用的外部剂有氧化钙、氧化镁等，这些外部剂能够引起液态钢渣中的某些成分与其发生化学反应，从而改变其性质和结构。

还可以采用物理方法对钢渣进行改性，例如通过对其进行高温处理、加入外部力场等手段来实现改性效果。

值得一提的是，近年来也有学者提出使用微生物对液态钢渣进行改性的方法，这种方法在环保和可持续发展方面具有显著优势。

除了改性方法的探讨，研究者们还对改性液态钢渣的效果进行了深入研究。

据报道，改性后的液态钢渣在炼钢过程中能够提高钢水的纯净度和稳定性，提高钢水的流动性和遂性，减轻钢水的粘度和表面张力，从而提高炼钢的生产效率。

改性后的液态钢渣还可以在一定程度上减少钢渣的排放和对环境的污染。

尽管液态钢渣改性研究取得了一定的成果，但依然存在一些问题和挑战。

目前对液态钢渣的成分和结构认识仍不够深入，这限制了人们对其改性机理的理解和改性效果的控制。

现有的改性方法和手段仍存在一定的局限性，有待进一步的改进和创新。

液态钢渣改性在工业应用中的成本、实际效果和环保效益等方面尚需进一步验证和研究。

液态钢渣改性研究的现状和探讨表明，尽管取得了一些积极成果，但研究仍处于探索的初级阶段。

未来，需要深入研究液态钢渣的成分、结构和性质，发展更加有效和环保的改性方法，探索改性液态钢渣在炼钢工艺中的应用潜力，以实现高效绿色炼钢生产的目标。

希望在不久的将来，液态钢渣改性研究能够取得更加显著的进展，为炼钢工业的可持续发展做出更大的贡献。

液态钢渣改性的研究现状及探讨

液态钢渣改性的研究现状及探讨液态钢渣改性是指对钢渣进行一系列的物理、化学或生物等方法的处理，从而改变其性质和用途的过程。

钢渣是钢铁冶炼过程中产生的副产品，具有渣化性、冷却性和粘结性等特点。

通过改性处理，可以降低钢渣对环境的污染，同时提高其综合利用率。

目前，液态钢渣改性主要应用的方法包括熔融法、热处理法和生物法。

熔融法是目前应用最广泛的一种液态钢渣改性方法。

在高温条件下，通过加入适量的改性剂进行混熔，使钢渣中的有害成分发生改变，从而提高其化学稳定性和综合利用性能。

常用的改性剂包括矿渣、石灰石、煤矸石等。

熔融法具有操作简单、改性效果好的优点，但对设备要求高，能耗较大。

热处理法是指通过将钢渣进行加热处理，使其发生相变或结构改变，从而提高其热稳定性和力学性能的方法。

常用的热处理方法包括高温煅烧、煅烧-浸渍法等。

热处理法可以提高钢渣的抗水化、抗冻融性能，同时降低其溶出性，从而减少对环境的污染。

热处理法需要耗费大量的能源和设备，且对温度和时间等工艺参数要求较高。

生物法是近年来发展起来的一种钢渣改性方法。

通过利用微生物的生物活性，如酸化、溶解、稳定化等作用，改变钢渣的化学性质和微观结构，从而提高其抗水化性能和酸碱稳定性。

生物法具有操作简单、无需高温和高压的优点，同时能有效降低能耗和环境污染。

生物法还处于研究初级阶段，需要进一步深入研究其机理与应用。

液态钢渣改性研究的探讨主要集中在以下几个方面：钢渣的组成和性质分析是液态钢渣改性的基础工作。

通过对钢渣中各种成分的定量和定性分析，可以了解其化学成分和物理性质，为进一步的改性处理提供依据。

改性剂的选择和改性机理的研究是液态钢渣改性的关键问题。

不同的改性剂具有不同的改性效果和机理，需要根据钢渣的性质和应用要求来选择合适的改性剂，并研究其改性机理。

液态钢渣改性过程中的工艺控制和条件优化是实现高效改性的重要环节。

通过调整加热温度、改性剂添加量和反应时间等工艺参数，可以实现钢渣的快速改性和高效利用。

金属材料表面改性技术及应用研究

金属材料表面改性技术及应用研究一、引言金属材料表面改性技术及应用研究是一个广泛的领域，包括化学表面改性、物理表面改性和生物表面改性等不同的技术方法。

这些技术方法可以显著改善金属材料表面的性能，提高其抗腐蚀、耐热、耐磨等特性，为工业生产提供了很大的帮助。

二、化学表面改性技术化学表面改性技术主要指通过浸泡、沉积等化学反应方式对金属材料表面进行改性。

在这些技术中，常用的化学反应物包括硬脂酸、二硫化碳等，通过这些反应物的作用，可以有效地提高金属材料表面的耐腐蚀性、耐磨性等性能。

其中，硬脂酸改性是比较常见的一种方法，它常用于镀锌钢板、有色金属、不锈钢等材料的提高硬度、抗腐蚀等性能。

硬脂酸具有一定的膜性，可以形成膜层隔离金属与环境，从而起到抗腐蚀的作用。

但是硬脂酸膜层容易脱落，因此需要通过其他制备方法进行固化。

三、物理表面改性技术物理表面改性技术是通过对材料表面进行物理处理，以改变其微观形貌或者结构，从而达到提高材料性能的目的。

物理表面改性技术主要包括喷涂、爆炸处理等方法。

其中，喷涂技术的原理是将喷涂材料通过高压气体将其喷涂在材料表面，从而改善其表面性能。

喷涂材料的种类很多，常见的有陶瓷、金属、高聚物等。

通过不同材料的喷涂，可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。

四、生物表面改性技术生物表面改性技术是指通过生物技术手段对金属材料表面进行改性。

这些手段包括生物反应、分子组装等方法。

通过这些手段，可以在金属材料表面形成一层生物组织，从而改善材料表面的性能。

生物表面改性技术在实际应用中比较受欢迎，其中最常见的应用就是修复骨折等医学领域。

通过在金属材料表面形成生物组织，可以有效地促进人体组织的生长与修复。

五、应用方向金属材料表面改性技术的应用方向非常广泛，以下是其中的几个方向。

1、金属材料的防腐技术金属材料在使用中容易受到空气、水等因素的腐蚀，降低其使用寿命。

因此，提出有效的防腐技术就显得非常重要。

目前，通过化学表面改性技术、物理表面改性技术和生物表面改性技术等方式进行表面改性，可以实现对金属材料的防腐。

液态钢渣改性的研究现状及探讨

液态钢渣改性的研究现状及探讨液态钢渣是钢铁冶炼过程中产生的一种高温废弃物，通常被视为冶炼过程的边角料。

然而，正是这些废弃物提供了钢铁冶炼行业中所需的许多重要材料和能源。

如何有效利用液态钢渣是当今钢铁行业发展的一个重要问题。

液态钢渣的改性化是一种常用的方式来提高其利用价值，但其应用范围和生产效果还有待于进一步研究。

本文将介绍液态钢渣改性的研究现状，并探讨未来研究的方向和前景。

液态钢渣有许多种用途，但传统的方法仅仅是加热和稳渣处理。

现代技术的发展，使钢渣可以被进一步加工处理，进而赋予其更多的功能和价值。

其中，通过改性化处理是常见的一种方法。

改性化处理通常是通过物理、化学或生物的方式来改变钢渣的性质，从而赋予其更多的用途和价值。

物理改性物理改性是通过钢渣的物理性质改变来改善其性能。

通常包括磨碎、筛分、晶化和相变等处理。

其中，磨碎和筛分因其简单、易操作和实用性强，成为了最常见的物理改性方法之一，可以用于钢渣的材料选别和组合。

晶化是通过控制钢渣冷却方式、加速冷却速率和添加晶化剂等方式来实现的，可以改善钢渣中晶体的尺寸和形态，提高其密度和热稳定性。

相变是通过改变钢渣中含有的不同物相之间的平衡来实现的，可以改变钢渣的结构和性能，增强其实用性。

化学改性化学改性是通过化学反应改变钢渣的性质，以达到改善功能的目的。

通常包括硫酸盐处理、水化、碱熔化和沉淀等方法。

硫酸盐处理是通过钢渣中存在的氧化铁、氧化亚铁等金属离子与硫酸盐反应，达到清除杂质、提高结晶度和稳定化成分的效果。

水化是通过钢渣与水的反应，实现钠、钾等氧化物的流失和水合作用，以及与锯末等材料结合，形成复合材料。

碱熔化是通过碱性物质，如氢氧化钠、氢氧化钾等，在高温下与钢渣反应，使其在碱性环境中水化，从而达到调节钢渣特性的目的。

沉淀是通过钢渣中含有的各种金属离子与其他物质反应，形成新物质，并去除杂质和重金属，达到净化钢渣、提高用途的目的。

生物改性是运用生物体对钢渣进行改性化处理的方法，通常包括微生物和植物两种。

钢渣改性研究进展及展望

第38卷㊀第5期2020年5月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.38㊀No.5May㊀2020钢渣改性研究进展及展望王会刚1,2㊀彭㊀犇1㊀岳昌盛1㊀吴㊀龙1㊀邱桂博1㊀白智韬1㊀张㊀梅2㊀郭㊀敏2(1.中冶建筑研究总院有限公司,北京100088;2.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘要:我国钢渣产生量巨大,随着日益严格的环保要求,为使钢渣达到资源化利用的目的,钢渣改性成为需要迫切解决的工作㊂简述了我国钢铁行业产生的钢渣的组成特点㊁资源化利用存在的问题;重点综述了钢渣改性的研究进展㊂结合现存钢渣改性工艺的特点,指出热态钢渣碳酸化改性,不仅可以充分利用钢渣本身的巨大热能,实现钢厂内CO 2减排,还能够实现钢渣稳定性和胶凝性能的改善,是今后钢渣改性研究的重要方向㊂关键词:钢渣;改性;碳酸化DOI:10.13205/j.hjgc.202005023RESEARCH PROGRESS AND PROSPECT OF STEEL SLAG MODIFICATIONWANG Hui-gang 1,2,PENG Ben 1,YUE Chang-sheng 1,WU Long 1,QIU Gui-bo 1,BAI Zhi-tao 1,ZHANG Mei 2,GUO Min 2(1.Central Research Institute of Building and Construction Co.,Ltd,MCC Group,Beijing 100088,China;2.School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)Abstract :Steel slag production quantity is huge in China.With the increasingly strict environmental protection requirementsin China,the modification of steel slag to make steel slag resource utilization becomes an urgent task.This paper brieflydescribed the characteristics of the steel slag and the problems of resource utilization.The research progress of steel slagmodification was bined with the characteristics of the existing steel slag modification process,the paper pointedout that the hot steel slag carbonation modification could not only make full use of the huge thermal energy of the steel slag itself,but also achieve the reduction of CO 2emission in steel plant,and realize the improvement of steel slag stability andgelation performance.Therefore,the process was also the development direction of steel slag modification in the future.Keywords :steel slag;modification;carbonation㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-06-28基金项目:国家自然科学基金项目(51604310)㊂第一作者:王会刚(1987-),男,博士研究生,主要研究方向为冶金固废处理及资源化利用㊂wanghuigang0822@0㊀引㊀言2019年国家统计局数据显示,我国2018年粗钢产量9.28亿t㊂钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物,吨钢产生钢渣为120~150kg㊂据此,2018年我国钢渣产量为1.1亿~1.4亿t㊂但目前,我国的钢渣利用率低于30%,导致现在钢渣堆存量大,不仅浪费了资源,也造成了土地的占用和环境的污染㊂钢渣主要由CaO㊁SiO 2㊁Al 2O 3㊁FeO㊁Fe 2O 3㊁MgO㊁MnO㊁P 2O 5和游离CaO(f-CaO)㊁游离MgO(f-MgO)等组成[1]㊂钢渣除铁后的尾渣含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸三钙(C 3S)㊁硅酸二钙(C 2S)胶凝材料,具有水化活性,是良好的建材资源㊂因此,国内外钢铁企业十分重视钢渣的建材化利用研究㊂但是钢渣中f-CaO [2]㊁f-MgO 含量高,在水化过程中发生体积膨胀,导致产品开裂㊂所以,钢渣同常规的建材原料如水泥㊁粉煤灰等相比,钢渣稳定性差,在利用过程中存在开裂风险,导致市场认可度较低㊂钢渣中过高的f-CaO 遇水后发生水化反应,引起钢渣开裂,降低强度,限制了钢渣的建材化利用㊂因此,研究钢渣改性以降低f-CaO 含量成为近年来热点研究课题㊂目前钢渣改性技术主要包括钢渣改性的后期处理和前期热态钢渣的改性调质处理㊂1㊀冷态钢渣改性技术冷态钢渣改性技术是通过物理或化学手段使钢环㊀境㊀工㊀程第38卷渣性质发生变化,以达到利用的目的㊂钢渣常温改性包括陈化改性㊁物理改性和化学改性㊂1.1㊀陈化改性陈化改性是在钢渣堆存过程中,利用空气中的水分㊁CO2等介质消解其中所含f-CaO的方法㊂但这种方法陈化时间长,占用大量土地资源㊂为了缩短自然陈化时间,日本开发了蒸气陈化法[3,4]㊂各种钢渣陈化处理方式效果比较如表1所示㊂表1㊀几种钢渣陈化处理方式的效果比较Table1㊀Comparison of the effects of severalsteel slag aging treatment methods条件蒸汽压力/MPa温度/ħ时间/h自然水化陈化 2017520常压蒸汽陈化0.110048加压水化陈化0.61582㊀㊀注:水化时间按JIS标准80ħ浸水膨胀率为1.5%计㊂1.2㊀物理改性钢渣的物理改性主要是借鉴机械活化的方法对钢渣进行粉磨,使钢渣平均粒度降低至10~30μm㊂使包裹在钢渣内部的f-CaO和f-MgO裸露的同时,也会降低钢渣中存在的f-CaO㊁f-MgO的颗粒尺寸㊂另外,钢渣粉磨也会产生晶格畸变和局部破坏,并形成各种缺陷,导致其内能增大,反应活性增强[5]㊂上述2方面的作用,使得短时间内钢渣中更多的f-CaO和f-CaO参与水化反应,早期水化速率提高,后期因水化导致的体积膨胀大大降低㊂同时,钢渣粉磨也有利于其中RO相的分离,这也会显著提高钢渣水化活性[6]㊂1.3㊀化学改性化学改性是通过向钢渣中加入一定量的化学激发剂,提高钢渣水化胶凝活性的化学措施,如钢渣与水泥复合㊁钢渣与矿渣复合及采用化学激发剂对钢渣的激发等㊂常用的化学激发剂通常包括石膏㊁水玻璃硫酸盐㊁石灰和碱金属的硅酸盐㊁碳酸盐或氢氧化物等碱激发剂和硫酸盐激发剂[7,8]㊂范付忠等[9]研究了用石膏作激发剂来改善钢渣水泥的硬化,并且还能显著增强其抗硫酸盐性㊂Cengiz等[10]研究了碳酸钠㊁水玻璃㊁氢氧化钠对钢渣的水硬胶凝性激发效果,实验结果表明,钢渣性能得到较好改善㊂2㊀热态钢渣改性技术为了充分利用高温钢渣所含的热能并同时改善钢渣性能,在钢渣降温过程中,根据钢渣改性后的化学和矿物成分,有目的地加入改性剂实现对钢渣的改性处理,提高钢渣利用率㊂2.1㊀高温钢渣急冷改性高温钢渣水淬改性为钢渣急冷处置的一种㊂通常水淬后的钢渣粒度小,矿物晶体成型差,具有较高的胶凝活性㊂但钢渣水淬处理过程容易发生爆炸事故,因此在国内钢渣利用方面较为少见㊂日本将急冷后的钢渣作为高活性水泥混凝土的掺合料,并广泛应用于建筑工程[11]㊂2.2㊀高温钢渣固体改性剂改性高温钢渣固体改性剂改性是通过在高温钢渣中加入固体物质,调整钢渣组成和矿物相成分,使钢渣性能得到改善的改性手段㊂2.2.1㊀纯固态原料改性剂改性姚娜等[12]的研究结果表明,SiO2对钢渣的矿物组成有很大的影响,在1600ħ改性条件下,SiO2添加量为6%~12%时,钢渣中C2S相对较多;当SiO2的加入量>14%以后,会有硅酸镁钙(C3MS2)的生成,且随着SiO2加入量的增大,渣中的C3MS2含量增加,C2S 含量减少㊂当SiO2添加量为16%时,钢渣可磨性最好㊂吴六顺等[13]和周云等[14]也认为:SiO2改性不仅有助于钢渣中f-CaO含量的降低,也有助于钢渣胶凝性能的改善㊂2.2.2㊀单一固体废料改性剂改性根据纯原料对钢渣的改性效果,一些研究者也采用固体废弃物对钢渣进行改性[15-18],可同时实现固废和钢渣的资源化利用,并削减两者的环境影响㊂1)粉煤灰改性㊂由于粉煤灰中含有较多的SiO2和Al2O3,所以,高温钢渣中加入粉煤灰,可能发生的反应如下所示:2CaO+SiO2=2CaO㊃SiO2(1)12CaO+7Al2O3=12CaO㊃7Al2O3(2) 3CaO㊃SiO2+MgO+SiO2=3CaO㊃MgO㊃2SiO2(3)Fe2O3=Fe3O4+O2(4)㊀㊀所以,粉煤灰中的SiO2和Al2O3会与钢渣中f-CaO反应,从而降低钢渣中f-CaO含量,同时生成硅酸钙㊁铝酸钙㊂姚娜等[12]的研究结果证实了上述机理㊂因此,粉煤灰改性后的钢渣通常含有C2S㊁C3MS2㊁铝酸钙㊁Fe3O4等矿物相[19]㊂饶磊等[20]研究了向高温钢渣中掺入5%的粉煤灰对钢渣进行改性,并采用风淬工艺对改性钢渣进行冷却处理㊂结果表明,改性钢渣中铁酸钙㊁C2S和镁431第5期王会刚,等:钢渣改性研究进展及展望蔷薇辉石的含量升高,金属Fe㊁RO和f-CaO量降低,改善了钢渣的易磨性和胶凝性能,同时减轻后期水化导致的体积膨胀㊂2)高炉渣改性㊂与钢渣相比,高炉渣的二元碱度约为1,SiO2含量相对较高㊂因此掺加高炉渣不仅可以降低钢渣中f-CaO的含量,高炉渣中CaO的存在又能保证钢渣中具有较多的活性物质㊂因此,高炉渣对钢渣的改性可以同时解决钢渣体积安定性不良和胶凝活性低2个问题㊂刘仕业等[21]用高炉渣对高温熔态钢渣进行了改性研究,考察了改性前后钢渣物相及体积安定性变化㊂结果表明,当改性温度为1550ħ,高炉渣掺加量为10%时,改性后钢渣中f-CaO质量分数降低至1.64%㊂同时还能改善改性钢渣的矿物组成,促进胶凝相C2S㊁C3S的生成㊂3)铁尾矿改性㊂铁尾矿主要含有SiO2,其质量百分含量比粉煤灰和高炉渣高㊂所以,铁尾矿改性后的钢渣能大幅降低钢渣中f-CaO的含量,但过多的SiO2又会消耗硅酸钙(C2S㊁C3S)中的CaO,从而降低钢渣中活性物质含量㊂所以,用铁尾矿作钢渣的改性剂时,要通过理论和实验确定铁尾矿合适的添加量,确保钢渣中f-CaO 含量的降低和胶凝性能的改善㊂Zhang等[22]研究了铁尾矿掺量和改性温度对钢渣体积稳定性和胶凝性能的影响,并对改性钢渣的化学组成㊁矿物结构和微观形貌进行了分析㊂结果表明,当改性理温度为1250~1300ħ,铁尾矿掺量为10%~20%时,改性后的钢渣中f-CaO质量分数最低可降至1.82%,28d活性指数与原始钢渣相比提高了7%㊂因此,铁尾矿改性后的钢渣f-CaO含量显著降低,胶凝性能得以改善㊂2.2.3㊀复合固体废料改性剂改性单一改性剂在对高温钢渣改性时,难以同时解决钢渣体积安定性不良和胶凝活性低这2个问题㊂所以,有研究者开发复合改性剂对高温钢渣进行改性㊂耿栋健[23]的研究结果表明:当用15%的石灰石和5%的黏土在1280ħ下对钢渣进行改性时,改性后的钢渣生成了较多胶凝性矿物,水化硬化浆体的强度有了较大的提高,极大地改善了钢渣的体积稳定性,达到优化钢渣物理性能的目的㊂与石灰石或黏土单一改性的钢渣相比,复合改性剂改性的钢渣具有更优异的物理性能;与同龄期的净浆试样相比,其抗压强度明显增强㊂Li等[17]用电炉渣和粉煤灰对钢渣进行改性的研究,考察了改性剂配比㊁改性温度对改性后钢渣的化学成分和矿物组成的影响,结果表明,钢渣㊁电炉渣和粉煤灰的最佳质量比为85ʒ12.75ʒ2.25时,改性后的钢渣中f-CaO含量为1.96%,且其胶凝性能得到明显改善㊂3㊀钢渣碳酸化改性技术钢渣的碳酸化改性技术主要是利用CO2与钢渣中的f-CaO㊁f-MgO等金属氧化物反应,从而提高钢渣的体积安定性,改善胶凝性能㊂同时钢渣的碳酸化改性也有利于碳的减排㊂3.1㊀冷态钢渣直接固定CO2Chang等[24]用旋转流化床对钢渣进行碳酸化的研究,评估了时间㊁温度㊁转速和浆料流速对钢渣碳酸化的影响,结果表明,常温常压下,当液固比为20ʒ1㊁CO2流速为2.5L/min㊁碳酸化温度为65ħ㊁转速750r/min的条件下碳酸化30min后,钢渣的碳酸化转化率为93.5%㊂另外,Chang等[25]也用高压釜中钢渣的碳酸化进行了研究,结果表明,影响碳酸化转化的主要因素是时间(5min~12h)和温度(40~ 160ħ)㊂当在常压和160ħ的条件下进行12h的改性实验,钢渣具有最高的碳酸化转化效率(68%),对应的每千克钢渣固定0.283kg CO2㊂此外,扫面电镜和XRD的分析结果表明,碳酸化后的产物主要是CaCO3㊂Pan等[26,27]通过旋转流化床中,对钢渣固定CO2的动力学进行了研究,通过XRD检测和精修等技术手段确定钢渣碳酸化机理,评估了碳酸化前后钢渣物理化学性能的变化,还对比了钢渣在旋转流化床㊁高压釜和淤泥反应器中的碳酸化反应速率㊂发现在相同实验条件下,旋转流化床㊁高压釜和淤泥反应器中钢渣碳酸化速率分别为0.299min-1㊁0.227min-1㊁0.033min-1㊂Santos等[28]研究了不锈钢渣的碳酸化,结果表明,由于具有较大的比表面积,AOD渣和连铸渣碳酸化反应水平高,转化率高㊂在加压料将碳酸化最佳的条件下,每克的AOD渣和连铸渣分别能固定0.26g 和0.31g的CO2㊂碳酸化产物为CaCO3和MgCO3㊂另外,研究结果还表明,随着碳酸化的进行,料将pH 值明显降低,重金属离子满足浸出限值的要求㊂3.2㊀冷态钢渣间接固定CO2钢渣间接固定CO2是将钢渣中的f-CaO㊁f-MgO531环㊀境㊀工㊀程第38卷等金属氧化物先溶解在溶液中,然后再向溶液中通入CO2气体,从而生成碳酸盐沉淀,实现钢渣中f-CaO 与钢渣本体的剥离㊂Iizuka等[29]的研究结果表明,在60ħ常压环境下,以乙酸为媒介,可以使钢渣中48%的钙发生碳酸化反应㊂Teir等[30]对乙酸从钢铁渣中浸出钙的热力学进行了分析,结果表明,当反应温度低于156ħ时,钙的提取是放热反应且热力学上是可行的;在45ħ以上,碳酸钙的生成过程是吸热的,并且热力学上可行;溶液中乙酸钙和乙酸镁的形成在热力学上也是可行的㊂实验结果表明,钢渣在几分钟内迅速溶解在乙酸中㊂在70~80ħ的溶液温度下可以通过过滤成功除去硅,但是溶液中Fe㊁Mg㊁Al的去除需要进一步的分离方法㊂Bao等[31]研究了在钢渣碳酸化过程中,通过向乙酸媒介中添加有机溶剂磷酸三丁酯,将钢渣碳酸化反应和结晶过程与磷酸三丁酯萃取乙酸过程相结合㊂最终,使得碳酸化反应结晶平衡转化率由前续文献报道的20%提高到40%以上㊂除上述文献介绍的钢渣碳酸化采用乙酸作为媒介外,铵盐溶液也是常见的媒介㊂Kodama等[32]提出了一种以NH4Cl为媒介间接使钢渣碳酸化固定CO2的工艺㊂该工艺采用NH4Cl提取钢渣中的Ca2+,由于浸出液pH值>9,在沉淀阶可以消耗大量的CO2㊂然后在80ħ下沉淀CaCO3,且生成的碳酸钙纯度可达到98%以上㊂为了加快钙等元素的浸出行为,杜龙等[33]采用微波的方式改善浸出条件㊂Said等[34]采用超声波和机械搅拌的方法提高碳酸化过程的反应速率和传质速率,考察了粒度㊁搅拌方式对钢渣中钙溶解的影响㊂实验结果表明:小颗粒(50~74μm)的钢渣中,超声可以提取96%的钙,机械搅拌只能浸出65%;大颗粒(500~1000μm)的钢渣中,超声可以提取38%的钙,机械搅拌只能浸出18%㊂因此,超声处理显著增强了钙的提取㊂3.3㊀热态钢渣直接固定CO2热态钢渣的CO2改性是指在高温下,通过通入CO2气体,以达到消解钢渣中f-CaO的目的,降低钢渣后续利用过程的膨胀性㊂彭犇等[35-37]对热态钢渣的CO2改性进行了研究,并进行了热力学分析,发现当采用CO2对高温钢渣进行改性时,有助于含铁相氧化程度的降低和钢渣中f-CaO的消解,对钢渣中铁的回收㊁钢渣的稳定化和尾渣综合利用都具有改善效果㊂实验结果表明,空气对钢渣中含铁相的氧化能力最强,水蒸气次之, CO2最弱;而CO2+水蒸气对钢渣中f-CaO的消解能力最强,单一CO2次之,空气最弱㊂在1300ħ下,当向钢渣中通入CO2+水蒸气复合气时,可以把钢渣中f-CaO含量消解到1%以下㊂唐卫军等[38]以CO2为改性剂,对不同温度(100~700ħ)下5~10mm粒径的钢渣进行了改性,结果表明:在有水蒸气存在的条件下,有利于钢渣中f-CaO的消解,从而有利于促进钢渣的稳定化,消解产物主要为Ca(OH)2和CaCO3㊂董晓丹[39]研究了在350~850ħ的温度下,钢渣对CO2的固定情况㊂结果表明,当钢渣粒径为0.18mm,在700ħ下反应0.5h后,钢渣中f-CaO的消解效率可高达90%㊂热态钢渣碳酸化,即利用热态钢渣直接固定CO2,既可就近利用钢厂副产品(如加热炉㊁石灰窑炉等的副产废气CO2),还可改善钢渣组成(降低钢渣中f-CaO含量),减少体积膨胀,促进钢渣的建材化利用㊂热态钢渣直接固定CO2是在以废治废㊁循环利用的理念上提出的[40],并且可在钢厂内部短距离实现,可以实现钢厂内部废气(含CO2)㊁废渣(热态钢渣)的协同处置,促进节能减排和资源循环利用,因此,具有较好的经济效益和环境效益㊂4㊀展㊀望热态钢渣出渣温度高达1400ħ以上,钢渣的比热容约为1.2kJ/(kg㊃ħ),其吨渣显热约接近60kg 标煤,因此在冷却过程中释放大量热能㊁降温缓慢,其降温过程在空气中进行(多采用水作为冷却介质),该方式下钢渣中的金属Fe会发生氧化:1)降低钢渣选铁附加值;2)氧化放热又造成降温时间延长,降低热态钢渣处置效率;3)热渣中的金属Fe会与水蒸气反应产生H2(Fe+H2O=FeO+H2),在空气下存在爆炸安全隐患㊂利用热态钢渣碳酸化,可以减少热态钢渣处置过程在空气中的氧化程度㊁促进降温效率,同时金属与水蒸气反应产生的H2在CO2存在气氛下也不容易发生爆炸,因此具有以下优点:实现CO2固定(促进f-CaO稳定化,满足建材化应用条件)㊁减少含铁相氧化㊁促进降温(降低氧化放热量)㊁规避H2爆炸安全隐患,故对钢铁企业的碳减排和钢渣的安全处置及资源高效循环利用均具重要的意义㊂综上所述,在钢渣一次处理工艺如钢渣热闷㊁热泼㊁滚筒等操作中可以考虑通入钢厂内含有CO2的废气,以达到钢渣中f-CaO含量降低㊁规避安全隐患㊁631第5期王会刚,等:钢渣改性研究进展及展望提高钢渣利用率的效果㊂参考文献[1]㊀高本恒,郝以党,张淑苓,等.钢渣综合利用现状及发展趋势[J].环境工程,2016,34(增刊1):776-779.[2]㊀侯贵华,李伟,郭伟,等.转炉钢渣的显微形貌及矿物相[J].硅酸盐学报,2008,36(4):436-443.[3]㊀方圆,于峰,项国圣,等.基于灰色理论的三次指数平滑模型预测自然陈化中热闷钢渣f-CaO含量[J].硅酸盐通报,2019,38(3):634-639,648.[4]㊀王晓曦,邹汉伟.液态渣显热回收技术现状及前景分析[J].铁合金,2007,38(5):34-36.[5]㊀袁润章.胶凝材料学[M].2版.武汉:武汉理工大学出版社,1996.[6]㊀侯新凯,张锦,武志江,等.不同粉碎机理的钢渣中RO相解离性能[J].矿产保护与利用,2018(5):115-120,125. 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液态钢渣改性的研究现状及探讨

液态钢渣改性的研究现状及探讨液态钢渣是指炼钢过程中产生的高温熔融物料，由于其成分复杂，含有大量金属氧化物和硅酸盐等物质，造成了钢渣的固化、回收和利用的难题。

为了提高钢渣的综合利用价值，目前针对液态钢渣的改性研究也越来越受到关注。

目前对液态钢渣改性的研究主要集中在以下几个方面：1. 物理改性：物理改性是指运用物理手段提高液态钢渣的固化性能和稳定性。

常用的物理改性方法包括热处理、冷却处理和机械粉碎等。

热处理主要通过加热来改变钢渣的结构和性质，提高其固化性能；冷却处理主要是通过快速冷却来提高钢渣的固化速度和硬度；机械粉碎则是通过机械力使钢渣细化，提高其固化性能。

2. 化学改性：化学改性是指通过添加化学物质改变液态钢渣的化学成分和性质，以提高其固化性能和利用价值。

目前常用的化学改性方法包括添加硅酸盐、氧化剂和还原剂等。

添加硅酸盐可以提高钢渣的硬度和抗压强度，增加其固化性能；氧化剂和还原剂的添加可以改变钢渣的氧化还原状态，影响其固化性能和利用效果。

3. 微生物改性：微生物改性是指利用微生物的代谢活性改变液态钢渣的成分和性质。

目前已经发现某些微生物可以在液态钢渣中繁殖生长，并产生一些具有固化和胶凝作用的物质，从而提高钢渣的固化性能和稳定性。

微生物改性不仅可以提高钢渣的固化效果，还可以降低其对环境的污染。

对于液态钢渣改性的探讨，目前存在以下一些问题：1. 研究方法不够系统和系统：目前的研究主要集中在物理和化学改性方法，对于微生物改性方法的研究尚属初级阶段，缺乏深入和系统的研究。

2. 缺乏统一的评价标准：液态钢渣的性质和固化性能受到很多因素的影响，但目前尚缺乏统一的评价标准，难以比较不同研究结果的可靠性和可行性。

3. 实际应用的缺乏：虽然已经有一些液态钢渣改性的研究成果，但由于实际应用的限制，目前在工业生产中的应用较为有限。

需要进一步研究开发可行的工业化应用方法。

液态钢渣改性是一个值得深入研究的领域，通过改变钢渣的物理、化学和微生物性质，提高其固化性能和利用价值，将有助于减少资源浪费和环境污染，促进钢渣的资源化利用。

液态钢渣改性的研究现状及探讨

液态钢渣改性的研究现状及探讨液态钢渣改性是一种将废钢渣转化为有价值产品的技术方法，具有重要的环境和经济意义。

钢渣的性质决定了其在改性过程中的应用性和性能表现，因此研究钢渣的改性方法和机理是提高钢渣综合利用价值的关键。

目前，液态钢渣改性的研究主要集中在以下几个方面：1. 物理改性物理改性是通过机械力、热力学和物理化学作用改变钢渣的形态和物化性质的方法。

通过高温熔融钢渣的快速冷却来制备玻璃纤维，通过球磨法提高钢渣颗粒的细度和表面积等。

2. 化学改性化学改性是通过化学反应改变钢渣的结构和性质的方法。

利用钢渣中的氧化铁或含硫物质反应生成磷酸铁盐或硫酸铁盐，从而改变钢渣的化学性质和固化行为。

还可以利用酸碱中和反应、还原反应等方法改变钢渣的酸碱性质和溶解度。

3. 微生物改性微生物改性是利用特定的微生物或其代谢产物和酶促反应改变钢渣的性质的方法。

通过微生物的生物酶作用、酸碱中和、物质转化等过程，可改变钢渣的化学组成、结构和性质。

利用硅溶解细菌降低钢渣中的二氧化硅含量，提高其利用价值。

4. 复合改性复合改性是将多种改性方法结合使用，以最大程度地改善钢渣的性质和应用性能。

将物理改性和化学改性结合起来，通过高温球磨和表面改性剂处理来提高钢渣颗粒的活性和固化能力。

当前，液态钢渣改性研究面临一些挑战和困难。

钢渣的成分和性质存在较大的差异，导致改性方法和效果的差异性较大。

液态钢渣改性技术的成本和工艺复杂度较高，存在一定的技术难题。

对于改性后的钢渣的环境和生态影响的评价和控制也是一个亟待解决的问题。

未来的研究方向包括对钢渣各组分和性质进行深入了解，研发高效、低成本的液态钢渣改性技术，探索改性后钢渣的新应用领域，加强对改性钢渣环境效应的研究，以及探索液态钢渣综合利用的经济和工程可行性。

液态钢渣改性的研究现状已取得一定进展，但仍存在一些问题需要进一步解决。

通过深入研究钢渣的成分、性质和改性机理，发展创新的改性技术，将有助于提高钢渣的综合利用效益和环境友好性。