基于络合增溶效应的钢渣溶解特性研究

The heap of large number of steel slag caused land waste and environment pollution. As a supplementary cementitious material is considered as an effective way of the resource utilization of steel slag, however, low activities and stabilities problem of steel slag are considered to the main reasons that restrict its resource utilization. Dense structure and poor dissolution properties are the main factor that contribute to its low hydration activities. Therefore, to enhance the dissolution properties of steel slag can increase its hydration velocity, ultimately, effectively improve the supplementary cementitious potential of steel slag. Complexation effect is considered as an effective method which can promote the dissolution of the main mineral of steel slag, but, the relevant reports about the research of complexation effect in steel slag would not be found. In this project, steel slag was chosen as the research object and how to improve the dissolution of steel slag was studied. From a point of the ion concentration of steel slag slurry liquid, the influence of the complexation solubilization effect on the dissolving properties of steel slag was studied and the chelating ability between the complexing agent and a single metal ion was revealed. Based on this, the structural model of the chelate product by the comlexing agent and metal ion was constructed. Through exploring the mechanism of complexation solubilization effect, the effect of the complexation solubilization on the structure of the steel slag hydration products was analyzed. To achieve complex solubilization of steel slag, a new approach will be provided for the cementitious properties optimization of steel slag.

钢渣的大量堆置造成了土地浪费和环境污染。作为辅助胶凝材料是实现钢渣资源化利用的一个有效途径，但钢渣矿物结构致密，难以溶解，水化速度缓慢，由此导致的活性低和安定性不良等问题严重制约了钢渣的资源化利用，因此通过促进溶解加快钢渣水化速度，可有效提高钢渣作为辅助胶凝材料的潜力。络合增溶是一种促进矿物溶解的有效手段，但目前关于钢渣的络合增溶研究尚未见到相关报道。本项目以钢渣为研究对象，以促进钢渣溶解为目标，研究络合增溶效应对钢渣溶解特性的影响规律，揭示络合剂与单个金属离子间螯合能力的对应关系，构建络合剂与金属离子形成的螯合产物结构模型，探索络合增溶作用机理，并分析络合增溶效应对钢渣水化产物结构的影响。项目成果将实现钢渣的络合增溶，可为优化钢渣胶凝性能提供一个新的途径，并为钢渣优质建材资源化利用提供理论基础。

钢渣作为我国产量最大的工业废渣之一，其作为辅助胶凝材料不能较好地应用于水泥和混凝土行业的主要原因是钢渣的早期活性低，水化速度慢，安定性差等等因素。本研究以钢渣作为研究对象，研究了络合效应对钢渣-水泥体系水化进程的影响以及对钢渣溶解性能的影响，在此基础上，分析了络合作用机理。.研究了四种络合剂三乙醇胺(TEA)、三异丙醇胺(TIPA)、二乙醇异丙醇胺(DEIPA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)对钢渣-氢氧化钙水化浆体液相的pH、电导率、液相各离子浓度，矿物组成变化以及溶解热的影响。结果表明：四种络合剂提升了钢渣浆体溶液的液相离子浓度，电导率，pH以及溶解放热量，降低了未溶解矿物的含量；其中TEA和DEIPA的效果大于TIPA和MDEA。.研究了四种醇胺络合剂对总有机碳含量(TOC)和单个金属离子的影响，证实了络合效应的存在。通过化学沉淀反应量化了络合剂对不同金属离子的络合能力，测定了TEA、TIPA、DEIPA和MDEA对Ca2+、Fe3+和Al3+离子的络合值，揭示了络合剂的络合能力。其中DEIPA的络合能力最强。通过1HNMR实验证明TEA中的羟基与金属离子形成络合物。通过结构分析，可以推测TEA通过N和O原子上的空电子对与Ca2+，Fe3+和Al3+形成五元环状络合物结构。.以钢渣-水泥复合体系作为研究对象，从钢渣的早期水化活性，水化物结构形貌以及孔结构入手分析。结果表明：四种醇胺类络合剂延长了钢渣-水泥复合体系的水化诱导期；在掺量为0.01%-0.05%的范围内，提高了第二个水化放热峰；在掺量超过0.1%的条件下，TEA、DEIPA和MDEA降低了第二个水化放热峰，而TIPA提升了第二个水化放热峰。在0.03%掺量下，四种络合剂提升了复合体系3d，7d和28d的抗压强度和化学结合水含量，降低了CH含量以及孔隙率，促进了AFt和AFm的生成并改变了C-S-H凝胶和氢氧化钙的形态。.项目成果实现了钢渣的络合增溶，为优化钢渣胶凝性能提供一个新的途径，并为钢渣优质建材资源化利用提供理论基础。