利用铬渣制备耐火材料
- 发布人：管理员
- 发布时间：2013-05-07
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薛文东，谢静，李勇，孙加林
(北京科技大学，北京100083)
摘要：从铁合金生产中排出的是一种有害废渣，而且排放量日益增加，对环境造成极大危害。本研究采用铁合金厂 排放的含铬废渣，将废渣与镁砂以不同比例混合，测试了试样的体积密度、气孔率、常温耐压强度等常温性能，并用 电镜对部分试样进行显微结构观察和矿物成分分析。结果表明：铬渣镁砂复合耐火材料的生产是可行的，在经过烧成 后材料中生成大量的尖晶石和镁橄榄石相，试样的性能良好，完全可满足耐火材料使用的要求。当铬渣的加入量超过 40％(质量分数，下同)时，复合材料的性能下降较大，综合各项指标来看，为保证使用性能，铬渣的加入量应小于40％。
关键词：铬渣；耐火材料；制备
铬渣是一种含有Cr6+的有毒废渣，它不仅会危害环境，还会危害到人类的健康，因此铬渣的处理问题 广泛引起各国学者的关注。如利用铬渣制砖、生产钙 镁磷肥、干(湿)法还原解毒、做玻璃着色剂，还原铬 渣制彩色水泥及利用铬渣治矿渣棉制品及铸石制品 等[1～3]。虽然治理铬渣危害的方法很多，但并没有从根 本上解决铬渣问题。方法多，存在的问题也很多，我 国各地堆存的铬渣仍在迅速增长中，堆积的老渣和不 停增加的新渣，使环境负担加重，污染也更加严重。 造成这种状况的原因之一是现有部分技术仍存在一定 缺陷，例如直接填埋或防渗处理，这种方法并没有从 根本上杜绝铬渣对环境的侵害和污染，存在二次污染； 跨行业使用困难；有些工艺的设备耗资巨大——解毒 及综合利用成本过高；设备复杂，技术水平要求高， 操作困难，运行费用高；吃渣量少；综合利用产品没有市场等。 针对以上的问题，本研究利用铬渣本身的优点， 以及镁砂的一些特性，提出了镁砂结合铬渣制备耐火 材料，通过对复合材料性能的研究，确定利用铬渣生 产耐火材料的工艺条件，为铬渣的回收再利用提供理论依据。
1 实 验
本实验铬渣来源于铁合金厂生产排放的固体废 渣，镁砂使用的是电熔镁砂。其化学成分见表l。
按照表2的配方混料，以60MPa压力成型，制成φ25mmlxl5 mm的试样。室温干燥24h，110℃保 温24h，烧成温度为1600℃。升温速度为4oC／min， 升温到烧成温度后保温3h，自然冷却。
对烧成试样进行常规物理性能的测试，同时对试 样进行微观结构的分析，用SEM观察烧结产物的显微 结构形貌，对特征点进行能谱分析。
2结果及讨论
2．1烧结试样常温性能
图1，图2分别为铬渣含量与烧结试样气孔率及 耐压强度的关系。从图1可以看出，铬渣含量从0到 10％，烧结试样的气孔率上升，但随着铬渣含量的继 续增加，气孔率的变化不太明显，当铬渣含量超过40％ 时，烧结试样的气孔率随铬渣含量增加呈下降的趋势。 从图2可以看出，铬渣含量的变化对试样的耐压强度影响很大，试样的耐压强度先升高后降低再升高，铬 渣含量达到30％时，试样的耐压强度达到最低值，当 铬渣含量超过40％时，烧结试样的耐压强度开始大幅 升高。结合图1、图2看出，当铬渣含量超过40％以 后，试样的气孔率下降，耐压强度升高。主要原因是 铬渣在高温时形成大量液相，冷却后试样致密，使其 具有很高的常温耐压强度。
2．2烧结试样的微观结构分析
图3为铬渣含量为10％的试样在1600℃烧成后 的扫描电镜照片。由图中可以看出烧结后，试样颗粒间间隙多，烧结不致密。
能谱分析结果表明：图中标号2、3、4、5均为方 镁石相，只有在1处检测到了富铝尖晶石和镁铁、镁 铬尖晶石相的混和相。这说明镁砂已经与铬渣发生化 学反应。
图4为铬渣含量30％的试样在1600℃烧成后的 扫描电镜照片。通过能谱分析得知，途中l和2处为 镁橄榄石，其它各处存在方镁石，这是在这个区域内 观察的主要矿物相组成。
能谱分析结果表明：图中标号2、3、4、5均为方 镁石相，只有在1处检测到了富铝尖晶石和镁铁、镁 铬尖晶石相的混和相。这说明镁砂已经与铬渣发生化 学反应。
图4为铬渣含量30％的试样在1600℃烧成后的 扫描电镜照片。通过能谱分析得知，途中l和2处为 镁橄榄石，其它各处存在方镁石，这是在这个区域内 观察的主要矿物相组成。
通过实验证明了铬渣结合镁砂生产耐火材料的可 行性。随着铬渣含量的增加，试样中镁砂和铬渣经高 温烧结形成的矿物成分逐渐增多，渐渐的矿物组成由 全镁砂的方镁石相变为既有方镁石，又有镁橄榄石、 镁铝尖晶石、镁铬、镁铁尖晶石的混合相。
3 结 论
铬渣镁砂复合耐火材料的生产是可行的，在经过烧成后材料中生成大量的尖晶石和镁橄榄石相，试样的性能良好，完全可以满足耐火材料使用的要求。 当铬渣的加入量超过40％时，复合材料的性能下 降较大，综合各项指标来看，为保证使用性能，铬渣 的加入量应小于40％。
