第３１卷第ｌ期 ２０１０年３月 《陶瓷学报》 ＪｏＵＲＮＡＩ ＯＦ ＣＥＲ ＡＭＩＣＳ ＶＯ１．３１．Ｎｏ．１ Ｍａｔ．２０１０
文章编号：１０００－２２７８（２０１０）０１－－０１１５－－０３
利用钢渣及陶瓷废渣制备新型建材
梁健 唐奇 岑明炎
（景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，景德镇：３３３００１）
摘要 钢渣是目前排放量较大的一种典型工业废渣，我国有效利用率仅１０％，而陶瓷废渣的数量也越来越多，它们对环境造成了极 大的危害。通过在钢渣中添加适量的陶瓷废渣，采用单因素法制备了抗折强度大于１００ＭＰａ的新型建材。采用现代测试技术 ＸＲＤ、ＳＥＭ对新型建材样品进行了相组成分析及显微结构观察。同时分析了用钢渣和陶瓷废渣制作新型建材的可行性，展望了其
应用前景。 关键词钢渣，陶瓷废渣，抗折强度，显微结构 中图分类号：ＴＱ１７４．９文献标识码：Ａ
１前言
中国是钢铁生产大国，中国钢产量已经连续ｌ１
年稳居世界第一位，２００８年中国钢产量约为５．０亿
吨。钢渣是炼钢过程中排出的固体废物，包括转炉渣、
电炉渣等。钢渣作为炼钢工艺流程的衍生物随着钢产
量的提高年产量不断递增，钢铁厂在炼钢生产过程中
产生的钢渣量约为钢产量的１５％一２０％，如作为工业
废料全部排弃，占地面积非常大，为了减少废渣占地，
防止环境污染，近年来钢铁企业正努力探索钢渣的综
合利用途径，以求变废为宝。
目前，钢渣的利用途径大致可分为内循环和外循
环，内循环指钢渣在钢铁企业内部利用，作为烧结矿
的原料和炼钢的返回料，钢渣的外循环还没有得到良
好的利用，主要用于建筑行业作为路渣材料使用。钢
渣的较理想外循环应用是建材行业的钢渣水泥上，但
由于钢渣的体积不稳定性，在实际应用中受到了较大
的制约。
近年来，我国的建筑陶瓷工业得到了迅猛发展，
随着产量的增加，陶瓷废料、特别是抛光砖废料的数
量越来越多，据统计：仅佛山陶瓷产区，各种抛光砖废
收稿日期：２００９－０９—０８ 通讯联系人：梁健 料的年产量已经超过３００万吨（陶瓷废料总量预计
６００万吨），全国抛光砖废料的年产量估计在５００万 吨左右（陶瓷废料总量预计１０００万吨）。如此大量的
陶瓷废料已经不能用简单的填埋方法来解决了，大量
堆积的陶瓷废料挤占土地，严重破坏生态环境，对水
资源和土壤等环境造成严重污染。
本课题主要研究钢材废渣及陶瓷工业废渣的综
合资源化利用问题，利用建筑陶瓷的生产工艺将两种
工业废渣予以资源化再利用生产新型建筑材料。
２实验
２．１实验原料
本实验以萍乡钢渣和本地陶瓷废渣为基础制定
配方，添加部分高岭土和钾长石调整其可塑性及烧成
温度。原料化学组成见表１。所有原料均经过球磨，过
２５０目筛，烘干备用。
２－２实验工艺流程
本实验主要采用干压成型，工艺流程如图ｌ。
２．３烧成样品的Ｘ一射线衍射分析
将上述实验工艺流程所烧成的样品研磨成粉末
样品，在Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥ型ｘ射线衍射仪（Ｃｕ靶Ｋａ，
１１６ 《陶瓷学报））２ｏｌ０年第１期
表１原料的化学组成（％）
Ｔａｂ．１ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（％）
原料名称 ＳｉＯ２ ＣａＯ ＭｇＯ Ｒ Ｏ３ Ａ１２ Ｋ２ｏ Ｎａｇ） 其他
萍乡钢渣 １４ ４３ ９ １５ １９
陶瓷废渣 ７０ ０．５ ３．２ ０．２ １８．７ １．９ ３．５ ２
高岭土 ４６．０１ ０．１５ Ｏ．１４ １．５ｌ ３９．８４ １２．３５
钾长石 ６３．６７ ｌ｜３６ ３．２７ ０．８６ １９．２７ １ｌ＿５８
匝——匾 —＋［＝ 口 ｌ
Ｉ
臣巫］ …［垂重］…［二
图１工艺流程图 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ
图３样品的断面ＳＥＭ形貌图 Ｆｉｇ．３ ＳＥＭ ｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ
＝１．５４１７８｝ｉ）上进行测试，采用连续扫描方式，其步
长为０．０２度，每步０．２秒，电流为３０ｍＡ，电压４０ＫＶ。
２ Ａ烧成样品的微观形貌分析
样品断面的ＳＥＭ形貌分析和ＥＤＳ能谱分析在
型号为ＪＳＭ一．６７００场发射扫描电镜上进行，加速电压
为０．５ ，３０ＫＶ。
３结果分析及讨论
３．１配方组成对样品性能的影响
采用单因素法考察配方组成对样品性能的影响，
其中钢渣的用量范围为３０，ｖ５０ｗｔ％，陶瓷废渣的用量 １４００ １２ｏ０ １Ｏｏ０ ８００ ６０ｏ ４００ ２ｏｏ ０ ５ １Ｏ ２ｏ ３Ｏ ４ｏ ５Ｏ ６０ ７Ｏ ８０ ２－＇Ｔｌｈｅｒａ－Ｓｏ．＇ａｌｅ 图２样品的ＸＲＤ图谱 Ｆｉｇ．２ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ
０ ２ ４ ６ ８ １０
图４样品的ＥＤＳ能谱图
Ｆｉｇ．４ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ
范围为３０ ４０ ｗｔ％，高岭土的用量范围为０－２０ ｗｔ
％，钾长石的用量范围为０一，２０ ｗｔ％。实验结果表明，
当钢渣用量为４０ ｗｔ％，陶瓷废渣用量为３０ｗｔ％，高
岭土用量为２０ ｗｔ％，钾长石用量为１０ ｗｔ％时，样品
性能最佳，成型性能良好，其抗折强度高达１３５Ｍｐａ。
由于钢渣和陶瓷废渣的可塑性极差，成型比较困
难，故需添加可塑性原料。本实验采用高岭土作为塑
化剂，并加入钾长石起助熔作用。实验表明，加入适量
的高岭土可显著提高制品的成型性能，加入适量的钾
长石可将制品的烧成温度降至１ １４０℃。
３．２样品的表征 从烧成后样品的ＸＲＤ图谱（如图２）可知，以钢 Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ 鳓 ∞ 如 加 ｍ （Ｓ Ｕ）ｕ一，
Ｉ 《陶瓷学报１２０１０年第１期 １１７
渣及陶瓷废渣为主要原料，添加适量高岭土和钾
长石制备的新型建筑材料中含有多种晶相，以透
辉石（ＣａＭｇ［Ｓｉ ｏＪ）和刚玉（Ａ１２０３）晶相为主。图３为
样品的断面ＳＥＭ形貌图。从样品断面图可以看出， 钢渣、陶瓷废渣已经与添加剂发生反应，玻璃相填充
于晶粒结合的空隙之间，增加了样品的强度。由图４
的ＥＤＳ能谱分析图可知，样品中Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａ１的含
量最高，其结果与ＸＲＤ图谱分析结果一致，表明样
品中主晶相为透辉石和刚玉，二者赋予样品较高的强
度（１３５Ｍｐａ）。
４结论
废钢渣中含有大量的有效成分氧化钙、二氧化硅
和氧化镁，是很好的陶瓷原料来源。本项目通过对废
钢渣性质的研究，加入陶瓷工业废渣共同生产新型材
料，通过提高陶瓷材料中氧化钙和氧化镁的含量，低
温陕速烧成生成透辉石主晶相，利用透辉石优异的耐
磨性、耐腐蚀性和抗冲击性能，提高制品抗折强度等
物理性指标，以达到废钢渣资源化利用的目的。本实 验得出以下结论。
（１）本实验以钢渣及陶瓷废渣为主要原料，添加
适量的高岭土和钾长石，可制备新型的建筑材料。
（２）实验表明，钢渣用量为４０ ｗｔ％，陶瓷废渣用
量为３０ｗｔ％，高岭土用量为２０ ｗｔ％，钾长石用量为
１０ ｗｔ％时，样品性能最佳，抗折强度高达１３５Ｍｐａ。
（３）ＸＲＤ图谱及ＥＤＳ能谱分析结果表明，样品
的主函缸为； 军确 刚玉，二者赋予样品较高的强度。
参考文献
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ＰＲＥＰＡＲＡＴＩｏＮ ｏＦ ＮＥＷ ＢＵＩＬＤＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＷＩＴＨ ＳＴＥＥＬ
ＳＬＡＧ ＡＮＤ ＣＥＲＡＭＩＣ ＲＥＳＩＤＵＥ
Ｌｉａｎｇ Ｊｉａｎ Ｔａｎｇ Ｏｉ Ｑｌｎ Ｍｉｎｇｙａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｎｎｇ，Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ ３３３００１）
Ａｂｓｔｒａｅｔ Ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｉｓ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｍａｓｓ－ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｍａｋｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｉｓ ｏｎｌｙ １ ０％。ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｏｎ ｔｈｅ ｒｉｓｅ．Ｂｏｔｈ ｏｆ ｔｈｅｍ ｄｏ ｇｒｅａｔ ｈａｒｎ１ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ａｎ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ｒｅｓｉｄｕｅ ｔｏ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ，ｎｅｗ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ－ｆａｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｗｈｏｓｅ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｌｇｔｈ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ １ ＯＯＭＰａ．Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ＸＲＤ ａｎｄ ＳＥＭ． Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｎｅｗ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｎｅｗ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ，ｃｅｒａｍｉｃ ｒｅｓｉｄｕｅ，ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｏｎ．Ｓｅｐ．８，２００９ Ｕａｎｇ Ｊｉ
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