【正文】 ............................................................................................................................... 34 5 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................... 35 II 附件 1 ............................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附件 3 ............................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附件 5 ............................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 外文原文 ........................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 — 1 — 1 文獻(xiàn)綜述 鋼渣 及其特性 鋼渣是煉鋼時(shí)產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣，其數(shù)量一般為粗鋼產(chǎn)量的 12%～ 20%。因此，將鋼渣作為二次資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用一直是國(guó)內(nèi)外環(huán)保工作者的重要研究?jī)?nèi)容，也是鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì) 。按煉鋼工藝鋼渣可分為 ： 轉(zhuǎn)爐渣和電爐渣 ； 按冶煉過(guò)程一般可分為 ： 初期渣、精煉渣、出鋼渣及 澆鑄渣 ； 按形成形態(tài)可區(qū)分為 ： 水淬粒狀鋼渣、塊狀鋼渣和粉狀鋼渣 。 堿度較低的鋼渣呈灰色，堿度較高的鋼渣呈褐灰色、灰白色 。鋼渣中的含鐵量較高，其密度為 ～ g/cm3，較難磨 。轉(zhuǎn)爐渣占鋼渣的絕大部分，我國(guó)主要鋼廠轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)成分見(jiàn)表 。鋼渣的礦物組成決定了鋼渣具有一定的膠凝性，主要源于其中一些活性膠凝礦物的水化，如 CaO 含量較高時(shí)，常生成 C3S、 C2S 及鐵鋁酸鹽 。此外，鋼 渣中鐵和錳的含量也比較高，由于鐵、錳離子具有極化能力，對(duì)氧有很大的親和力，因此氧離子能脫離正硅酸鈣 (錳 )四面體破壞正硅酸鹽結(jié)構(gòu)，使四面體互相連接起來(lái)，生成巨大而復(fù)雜的硅氧團(tuán)，從而降低其易磨性。目前配制高標(biāo)號(hào)混凝土主要采用降低水膠比、添加高效減水劑和超細(xì)粉體的方法，與普通混凝土相比水泥用量偏多，對(duì)混凝土的耐久性有不利影響。研究表明，在混凝土拌和過(guò)程中摻加適量的鋼渣微細(xì)粉取代部分水泥，可以提高其結(jié)構(gòu)的致密度和力學(xué)強(qiáng)度，我國(guó)寶冶鋼渣公司已在道路、場(chǎng)坪、制品等多方面廣泛應(yīng)用，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐驗(yàn)證，鋼渣微粉性能穩(wěn)定可靠。 作 道路工程和回填材料 鋼渣碎石的硬度和顆粒形狀都很適合道路材料的要求，其 性能好、強(qiáng)度高、自然級(jí)配好，是良好的筑路回填材料。鋼渣作為回填材料近年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，作為 2020 年奧運(yùn)會(huì)三大主要比賽場(chǎng)館之一的北京國(guó)家體育館在工程施工過(guò)程中就大量使用了鋼渣作為回填材料 .國(guó)家體育館地下室埋深約 8 米，抗浮水位負(fù) 1 米，需要在工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部增加大量配重以抵抗地下水的浮力。經(jīng)過(guò)加工處理后的鋼渣按照試驗(yàn)配比與少量水泥及其他輔料配制而成，其密度、含水率、放射性等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合國(guó)家規(guī)范要求 。 作 瀝青混凝土骨料 武漢鋼鐵集團(tuán)公司根據(jù)鋼渣屬于堿性集料、具有多孔的物理特征，通過(guò)特殊方式破碎，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和優(yōu)化與瀝青的配比設(shè)計(jì)，研制出劈裂強(qiáng)度比高、殘留穩(wěn)定度大、抗車碾等物理性能好的鋼渣瀝青混凝土，試驗(yàn)使用結(jié)果表明，鋼渣瀝青混凝土具有良好的熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗滑性 能，對(duì)提高我國(guó)瀝青路面的耐久性和降低工程造價(jià)具有極為重要的意義。武漢鋼鐵集團(tuán)公司利用該成果生產(chǎn)的鋼渣耐磨集料已在武黃高速公路大修工程、仙桃漢江公路大橋橋面鋪裝以及武漢鋼鐵集團(tuán)冶金渣有限公司的廠內(nèi)道路加鋪改造工程中得到了廣泛的應(yīng)用，后期跟蹤觀測(cè)的試驗(yàn)也證明了鋼渣瀝青路面性能優(yōu)異，抗滑性能及抗水損害能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通瀝青路面。國(guó)內(nèi)也曾有鋼渣對(duì)銅、鉛、鉻、鋅、砷等重金屬離子和有機(jī)物吸附特征以及鋼渣改性吸附性能的報(bào)道。根據(jù)廣西大學(xué)馬少健教授的研究實(shí)踐，認(rèn)為鋼渣用作工業(yè)水處理吸附劑的核心問(wèn)題是解決鋼渣的造粒問(wèn)題。鋼渣在煉鋼過(guò)程中處于熔融狀態(tài) (液態(tài) )，具有液體的一些特點(diǎn)，有流動(dòng)性，液體分子間引力較小，切割容易，可無(wú)限分割，遇水急劇冷卻凝固，如果處理方法得當(dāng)，在熔融狀態(tài)下的?；庸ぬ幚肀裙虘B(tài)下加工容易得多。因此，鋼渣吸附劑的開(kāi)發(fā)關(guān)鍵在于如何能在液態(tài)下對(duì)其進(jìn)行直接造粒。 制備微晶玻璃等陶瓷產(chǎn)品 — 4 — 微晶玻璃由于其具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、電絕緣性優(yōu)良、介電常數(shù)穩(wěn)定、膨脹系數(shù)可調(diào)、熱穩(wěn)定和耐高溫等特點(diǎn)，除廣泛應(yīng)用于光學(xué)、電子、宇航、生物等高新技術(shù)領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料外，還可大量應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑作為裝飾材料或防護(hù)材料。利用鋼渣制備性能優(yōu)良的微晶玻璃對(duì)于提高鋼渣的利用率和附加值，減輕環(huán)境污染具有重要的意義。西歐報(bào)道用鋼渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，用作墻面裝飾塊及地面瓷磚等。 制備 多孔微晶玻璃 多孔微晶玻璃 是一種三維的立體網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的陶瓷制品。此外 ，多孔微晶玻璃可以 通過(guò)選擇不同的材質(zhì)和控制加工工藝的過(guò)程 ,可以制成適合于不同用途的 多孔微晶玻璃 產(chǎn)品。 利用鋼渣制備性能良好的 多孔微晶玻璃 ，減輕工業(yè)廢物對(duì)環(huán)境的污染，重復(fù)利用資源。其典型的工藝流程如圖 所示： — 5 — 圖 有機(jī)前驅(qū)體浸漬法制備多孔微晶玻璃的工藝流程圖 Fig. Process flow chart of porous glassceramic prepared by anic precursor impregnation 該種制備方法的工藝關(guān)鍵有以下幾個(gè)方面： a. 前軀體的選擇和預(yù)處理 用于制備 多孔微晶玻璃的 的有機(jī)前軀體要求其親水性強(qiáng)、氣孔均勻、彈性高、抗拉強(qiáng)度大、氣孔率高且具有三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，揮發(fā)及焦化溫度為 150～ 500℃，氣孔為貫通性氣孔，網(wǎng)絡(luò)間膜盡量少。 多孔微晶玻璃制品的氣孔均勻性、氣孔大小和氣孔率的高低在很大程度上取決 于 有機(jī)前軀體。前軀體具有高的彈性和好的抗拉強(qiáng)度是便于在浸漬漿料時(shí)前軀體不會(huì)被撕裂，浸漬漿料后能夠回彈，以免塌陷而造成堵孔影響使用性能。對(duì)于有較多網(wǎng)絡(luò)間膜的前軀體應(yīng)采用預(yù)先處理以除去網(wǎng)絡(luò)間膜，即將前軀體浸入10～ 20％ 濃度的 NaOH 溶液中，在 40～ 60℃ 溫度水解處理 2～ 6 小時(shí)，然后反復(fù)揉搓并用清水沖洗前軀體，晾干備用。高的固相含量和粘著性可以保證陶瓷顆粒最大限度地附著在前軀體絲網(wǎng)上，從而能夠提高最終制品的機(jī)械強(qiáng)度。 漿料的制備及其性能的調(diào)整在前軀體法制備 多孔微晶玻璃 的工藝中是至關(guān)重要的一項(xiàng)工作，也是較困難的。 c. 漿料浸漬過(guò)程 在前軀體上浸漬漿料，可以采用常壓吸附法、真空吸附法、機(jī)械滾壓法及手工揉搓法。浸漬后用滾壓或離心方法將多余 的漿料排除，并反復(fù)揉搓均勻，以使 玻璃粉料 顆粒分布均勻，防止堵孔。 d. 燒成 燒成的關(guān)鍵是使有機(jī)前軀體排除，即在 500℃以下的低溫階段，應(yīng)采用慢速升溫（升溫速率控制在 30～ 50℃ /h 左右），使有機(jī)物緩慢而充分地?fù)]發(fā)排除。對(duì)于較大制品，為防止坯體燒成過(guò)程中開(kāi)裂，可通過(guò)調(diào)節(jié)漿料配方以降低燒成收縮和適當(dāng)選配無(wú)機(jī)粘結(jié)劑可以保證坯體在不同的溫度階段均有足夠的強(qiáng)度。此法已被國(guó)內(nèi)外多數(shù) 多孔材料 的研制和生產(chǎn)者所采用。但該方法的缺點(diǎn)是制品的性能受原料 — 有機(jī)前軀體的影響較大，尤其是我國(guó)生產(chǎn)的聚氨基甲酸酯泡沫塑料無(wú)論在彈性、孔徑均勻性及抗拉強(qiáng)度上，均較國(guó)外有很大差距。另外該方法較適合用于形狀簡(jiǎn)單的制品（板狀、柱狀等），而難以用來(lái)成型復(fù)雜形狀的制品。這相當(dāng)于用陶瓷粉料作為填充劑的聚氨基甲酸酯乙酯泡沫塑料的制備方法。這主要有兩個(gè) 目的，一是使陶瓷粉料與有玻璃粉料 +水 發(fā)泡反應(yīng) 強(qiáng)力攪拌 加入催化劑和泡沫穩(wěn)定劑 充分混勻 混勻 粗 MDI+ 聚酯（或聚醚） 混勻 成品檢測(cè) 燒成 干燥 — 7 — 機(jī)原料混合均勻，避免出現(xiàn)粉料團(tuán)聚現(xiàn)象，以使成型后坯體各部分陶瓷相含量一致。 b. 反應(yīng)時(shí)間的控制 發(fā)泡反應(yīng)一般較快，如采用上述工藝的一步發(fā)泡法， ～ 3 分鐘發(fā)泡即可進(jìn)行完畢。如果反應(yīng)過(guò)快，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，易造成出現(xiàn)大泡及坯體塌陷和孔徑不均勻。但掌握成熟的發(fā)泡工藝后，通過(guò)注入式發(fā)泡成型，可制備形狀復(fù)雜的 多孔微晶玻璃 制品，滿足特殊場(chǎng)合的應(yīng)用 [5]。由于有機(jī)物與陶瓷粉料被充分混勻，陶瓷顆粒間相互接觸面減少，燒成過(guò)程中有機(jī)物被排除，使得坯體強(qiáng)度降低，出現(xiàn)塌陷。在陶瓷粉料中適當(dāng)加入陶瓷纖維（ 1～ 10%）會(huì)有效地增加坯體燒結(jié)過(guò)程中的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)粉化和塌陷現(xiàn)象。這同一般多孔陶瓷的制備方法類似（一般多孔陶瓷成型是在陶瓷原料中混入一定量的有機(jī)物質(zhì)，在高溫時(shí)有機(jī)物排除，產(chǎn)生氣孔） [7]只是有機(jī)物的用量更大。因此，目前這種方法被較少采用。 D. 添加造孔劑法 該工藝通 過(guò)在陶瓷配料中添加造孔劑 ， 利用造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間 ， 然后經(jīng)過(guò)燒結(jié) ， 造孔劑離開(kāi)基體而成氣孔來(lái)制備多孔陶瓷 [8]。 添加造孔劑工藝制備多孔陶瓷的關(guān)鍵在于造孔劑種類和用量的選擇 ， 其次是粒徑的大小。排除后在基體中無(wú)有害殘留物 ， 不 與 基體反應(yīng) [10]。所以造孔劑可分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩大類。最新報(bào)道 ， 采用棉花纖維作為造孔劑 ， 利用漿料浸漬的方法來(lái)獲得氣孔呈單向排列的多孔陶瓷 ， 其開(kāi)口氣孔率達(dá) 35%， 彎曲強(qiáng)度高達(dá) 160MPa[11]。其成型方法主要有模壓、擠壓、等靜壓、注射和粉料澆注等。氣孔尺寸 10μm～ 1mm,孔隙率可高達(dá) 50%左右 [13]， 用于過(guò)濾器、催化劑載體 材料等。 E. 顆粒堆積法 顆粒堆積工藝是在骨料中加入相同組分的微細(xì)顆粒 [15]， 利用微細(xì)顆粒易于燒結(jié)的特點(diǎn) ， 在高溫狀況下產(chǎn)生液相 ， 使骨料（大顆粒）連接起來(lái)。骨料顆粒尺寸越均勻 ， 產(chǎn)生的氣孔分布也越均勻。 F. 自蔓延高溫合成工藝 自蔓延高溫合成（ selfpropagating hightemperature synthesis,SHS）方法的概念是由前蘇聯(lián)科學(xué)家 MazhanowA G 在 1967 年首先提出來(lái)的 [16] ， SHS 的本質(zhì)是一種高放熱無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)，其基本反應(yīng)過(guò)程是：向體系提供必要能量（點(diǎn)火），誘發(fā)體系局部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，此后，這一化學(xué)反應(yīng)過(guò)程在自身放出的高熱量的支持下繼續(xù)進(jìn)行，最后將燃燒（反應(yīng)）波蔓延到整個(gè)體系，從而制備出所需的陶瓷材料 [17]。另外， SHS 反應(yīng)產(chǎn)物通常具有很高的孔隙率，常利用這一特點(diǎn)來(lái)制備具有多孔連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，而 且通過(guò)添加造孔劑可進(jìn)一步提高制品的開(kāi)孔孔隙率 [18]。其原理是在陶瓷料漿冷凍的同時(shí) ， 控制晶體冰單向生長(zhǎng) ,在低壓條件下進(jìn)行干燥處理 ， 此時(shí)溶劑冰升華而排出 ， 坯體中形成定向排布的孔結(jié)構(gòu) ， 之后進(jìn)行燒結(jié)。 Fukasawa 等以水為溶劑 [20],制備出同時(shí)含有宏觀氣孔和微觀氣孔的復(fù)合孔結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷 ， 制備過(guò)程中對(duì)環(huán)境不產(chǎn) 生 污染 ， 顯示出良好 的環(huán)境友好性。 H. 溶膠 凝膠法 溶膠 凝膠法 [21]主要用來(lái)制備孔徑在納米級(jí)的微孔陶瓷材料。運(yùn)用溶膠 凝膠技術(shù)制備泡沫材料 ， 在溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)化過(guò)程中 ， 體系的粘度迅速增加 ， 從而穩(wěn)定了前期產(chǎn)生的氣泡 ， 有利于發(fā)泡該工藝與其他工藝相比有其獨(dú)特之處 ,它還可以制備孔徑在納米級(jí)、氣孔分布均勻的泡沫陶瓷薄膜 ,現(xiàn) — 9 — 在正成為無(wú)機(jī)薄膜制備工藝中最為活躍的研究領(lǐng)域 [22]。最初 多孔 陶瓷主要應(yīng)用于高溫熔融合金過(guò)濾 ， 隨著 多孔 陶瓷制備技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 如今 多孔 陶瓷的應(yīng)用范圍得到了很大的擴(kuò)展。例如 ，多孔 陶瓷可被用作陶瓷傳感器的濕敏和氣敏元件、高速電子系統(tǒng)的襯底材料、燃料電池的多孔電極、電池的分離介質(zhì)和電極等。具有良好熱交換性的 多孔 陶瓷材料可以降低火焰溫度 ， 在惰性 多孔 陶瓷表面內(nèi)或在接近陶瓷表面處進(jìn)行預(yù)混合燃燒可以節(jié)省能量 ， 并能顯著降低 CO 和 NO 的排放。 B. 隔熱材料 在 多孔 陶瓷中由于閉氣孔的存在 ， 降低了其放熱效率 ， 減少了熱傳播過(guò)程中的對(duì)流 ，使 多孔 陶瓷具有熱傳導(dǎo)率低、抗熱震性能優(yōu)良等特性 ， 是一種理想的耐熱材料 。目前 ， 世界上最好的隔熱材料正是這類材料 ， 稱之為“超級(jí)絕熱材料” ,被廣泛應(yīng)用于航天飛機(jī)外殼的 隔熱等。 用添加造孔劑和制備 多孔 陶瓷的方法研制羥基磷灰石生物陶瓷 ， 其相互連通的孔隙有利于組織液的微循環(huán) ， 促進(jìn)細(xì)胞的滲入和生長(zhǎng) [26]。 D. 過(guò)濾器 用于水源凈化、空氣凈化等方面。如鋁合金在熔化和形成鑄件過(guò)程中 ， 容易吸收氣體和混入非金屬雜物 ， 從而降低鑄件的使用性能和加 工