廖梓昕，李亞偉，廖 寧，劉會林

(1.武漢科技大學(xué)省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室，武漢 430081；2.武漢科技大學(xué)高溫材料與爐襯技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，武漢 430081；3.中鋼洛耐科技股份有限公司，洛陽 471039)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，危廢量也逐年攀升。目前危廢的處置方式主要包括填埋、堆存、高溫焚燒等，其中高溫焚燒技術(shù)使垃圾體積和質(zhì)量大幅度減少，同時還能回收余熱和發(fā)電，是解決危廢的一種最有效途徑[1-2]。但危廢來源廣，組成復(fù)雜，焚燒后所形成的渣的性質(zhì)也不相同[3]，因此，危廢爐爐襯所用的耐火材料的選擇就顯得尤為重要[4]。危廢爐爐襯用耐火材料有碳化硅(SiC)質(zhì)耐火材料、鋁硅(Al2O3-SiO2)質(zhì)耐火材料以及鉻剛玉(Al2O3-Cr2O3)質(zhì)耐火材料，其中SiC質(zhì)耐火材料的抗渣性能優(yōu)異[5]，但因容易被氧化，使用范圍受到限制[6]。而Al2O3-SiO2質(zhì)耐火材料有著良好的抗熱震性能，但其組成中的Al2O3和SiO2容易和熔渣中的Na2O、K2O以及CaO反應(yīng)生成如霞石(NaAlSiO4)、鈣長石(CaAl2Si2O8)和鉀長石(KAlSi3O8)等低熔點相，加劇渣對材料的侵蝕[7-8]。由于Cr2O3具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性[9-11]，在腐蝕性介質(zhì)中超低的溶解度[12-13]以及超高的熱化學(xué)穩(wěn)定性[14-15]，Al2O3-Cr2O3質(zhì)耐火材料相比其他材料有更優(yōu)異的抗渣侵蝕性能和物理性能[16-18]。

近年來，因施工和修復(fù)更加方便[19]，鋁酸鈣水泥(calcium aluminate cement, CAC)結(jié)合鉻剛玉澆注料作為爐襯材料得到了成功應(yīng)用。然而，CAC結(jié)合鉻剛玉澆注料在服役過程中存在Cr(Ⅲ)被氧化為Cr(Ⅵ)的風(fēng)險。這是因為CAC中含有CaO，促進(jìn)Cr(Ⅵ)的生成。Nath等[20]和Song等[21]研究發(fā)現(xiàn)，CAC結(jié)合鉻剛玉澆注料在升溫的過程中會形成大量的CaCrO4和Ca4Al6CrO16相，導(dǎo)致澆注料在服役過程中Cr(Ⅵ)含量超標(biāo)。為了解決這一問題，Zhang等[22]和Song等[23]在Al2O3-CaO-Cr2O3體系中引入了微硅粉，降低了材料制備過程中的Cr(Ⅵ)含量。即便如此，鉻剛玉澆注料在服役過程中還會與危廢爐渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這不僅會影響鉻剛玉澆注料的服役壽命，也會影響其在服役過程中產(chǎn)生的Cr(Ⅵ)的含量。以危廢回轉(zhuǎn)窯為例，在燃燒區(qū)用后的鉻剛玉質(zhì)耐火材料就被檢測出含有Cr(Ⅵ)[24]，這是因為爐渣中的堿金屬或者堿土金屬會促進(jìn)材料中Cr(Ⅲ)被氧化為Cr(Ⅵ)[25]。因此，有必要研究CAC結(jié)合鉻剛玉澆注料與危廢爐渣之間的相互作用；另外，鉻剛玉澆注料受服役環(huán)境和施工條件影響，在實際爐襯砌筑過程中可能采用現(xiàn)場直接澆筑或燒成制品砌筑施工方式，盡管原料的組成相同，但在兩種施工方式下形成的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)卻有顯著差異，將直接影響著鉻剛玉材料爐襯與渣的反應(yīng)過程。

基于此，本文選用三種典型的CaO、SiO2和Fe2O3含量不同的危廢爐渣，研究CAC結(jié)合鉻剛玉澆注料對危廢爐渣的抗侵蝕行為和抗?jié)B透行為以及渣侵蝕過程中生成Cr(Ⅵ)的含量，此外還考察了燒成處理對材料抗渣侵蝕能力的影響，并借助熱力學(xué)計算和壓汞孔徑分布分析，探明水泥結(jié)合鉻剛玉澆注料抵抗熔渣侵蝕/滲透的機(jī)制。

1 實 驗

1.1 試樣制備

原料為板狀剛玉(粒徑大小分別為5～3 mm、3～1 mm、1～0 mm、≤0.074 mm和≤0.045 mm，w(Al2O3)≥99.0%,浙江自立氧化鋁材料技術(shù)有限公司)；高鉻砂(粒徑≤0.045 mm，w(Cr2O3)≥98.0%，洛陽昱達(dá)耐火材料有限公司)；α-Al2O3微粉(粒徑≤ 5 μm,w(Al2O3)≥99.0%，開封特種耐火材料有限公司)；鋁酸鈣水泥(CAC，Secar71，w(Al2O3)=70%,w(CaO)=29%，益瑞石鋁酸鹽(中國)有限公司)。采用有機(jī)絮凝劑FS65(武漢善達(dá)化工有限公司)作為分散劑。原料經(jīng)混料、澆注后得到尺寸為70 mm×70 mm×70 mm、坩堝孔為φ30 mm×φ20 mm×40 mm的立方體坩堝樣以及40 mm×40 mm×160 mm的長條狀試樣，在25 ℃、濕度75%的條件下養(yǎng)護(hù)24 h后，脫模，并在110 ℃下烘干24 h。將坩堝試樣分為兩組，一組不進(jìn)行熱處理(未燒成)，一組進(jìn)行1 600 ℃×3 h熱處理(燒成)，對兩組試樣進(jìn)行渣侵蝕試驗。將長條試樣分成三組，一組不進(jìn)行熱處理(未燒成)，一組進(jìn)行1 200 ℃×3 h熱處理(燒成)，一組進(jìn)行1 600 ℃×3 h熱處理(燒成)，測定三組長條試樣的顯氣孔率和體積密度以及后兩組試樣的物相組成和孔徑分布。其中：未進(jìn)行熱處理試樣的顯氣孔率為9.3%，體積密度為3.39 g/cm3；1 200 ℃×3 h熱處理試樣的顯氣孔率為12.1%，體積密度為3.32 g/cm3；1 600 ℃×3 h熱處理試樣的顯氣孔率為13.3%，體積密度為3.30 g/cm3。

1.2 測試方法

根據(jù)《耐火材料抗渣性試驗》(GB/T 8931—2007)，采用靜態(tài)坩堝法進(jìn)行試驗。三種危廢爐渣的化學(xué)組成如表1所示，分別將化學(xué)組成中CaO、SiO2和Fe2O3含量相對較高的渣命名為高CaO渣、高SiO2渣和高Fe2O3渣，其堿酸比依次為2.7、0.5和1.0。采用爐渣熔點熔速測定儀，測定其半球點，高CaO渣接近1 500 ℃，高SiO2渣為1 152.3 ℃，高Fe2O3渣為1 203.5 ℃。分別在坩堝試樣內(nèi)加入24 g渣，在1 600 ℃下保溫3 h進(jìn)行靜態(tài)抗渣侵蝕試驗，根據(jù)坩堝試樣燒成與否和渣不同將試樣分別命名為US、UI、UC、FS、FI和FC，其中，U代表未燒成試樣，F(xiàn)代表燒成試樣，S代表高SiO2渣，I代表高Fe2O3渣，C代表高CaO渣。在坩堝試樣冷卻后沿坩堝中軸線對半切開，查看試樣抗渣侵蝕情況，按公式(1)和(2)計算坩堝樣的侵蝕指數(shù)和滲透指數(shù)。采用X射線衍射儀(XRD，X’Pert Pro，Philips，Netherlands)分析長條樣基質(zhì)和靜態(tài)抗渣試驗前后試樣基質(zhì)的物相組成。采用AutoPore IV 9510全自動壓汞儀測定試樣的平均孔徑和孔徑分布。采用配備有能量散射X射線光譜儀(EDS)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)以反向散射電子成像(BEC)模式對試樣形貌進(jìn)行觀察。通過浸出試驗測定靜態(tài)抗渣試驗后試樣滲透層中Cr(Ⅵ)的含量[26]，取1.5 g樣品研磨至粒徑小于74 μm，加入30 mL去離子水，通過攪拌(300 r/min，15 min)和抽濾(0.45 μm濾紙)獲得Cr(Ⅵ)離子的浸出溶液，然后通過分光光度計測量并計算溶液中Cr(Ⅵ)的含量。

表1 危廢爐渣的化學(xué)組成

(1)

(2)

式中：CI為侵蝕指數(shù)；II為滲透指數(shù)；SC為侵蝕面積；SI為滲透面積；SO為坩堝面積。

2 結(jié)果與討論

2.1 渣侵蝕試驗

圖1是水泥結(jié)合鉻剛玉澆注料在1 600 ℃下對三種渣的靜態(tài)抗渣3 h后的坩堝剖面圖。從圖中可以看出，除FS、FI外，其余試樣的坩堝底部無明顯殘渣，與原始坩堝孔(白色線條區(qū)域)相比，渣對材料產(chǎn)生了一定程度的侵蝕，渣對材料的滲透較為明顯。由圖2的侵蝕指數(shù)和滲透指數(shù)可以看出，試樣的侵蝕指數(shù)均很低，最高也僅有2.7 %，但試樣的滲透指數(shù)遠(yuǎn)高于侵蝕指數(shù)。對于未燒成試樣，從侵蝕性來看，三種渣的侵蝕指數(shù)之間的差距很小，其抗高SiO2渣侵蝕的能力最好，抗高Fe2O3渣侵蝕的能力稍弱，抗高CaO渣侵蝕的能力最差。從滲透性來看，其抗高CaO渣滲透的能力最好，抗高Fe2O3渣滲透的能力稍弱，抗高SiO2渣滲透的能力最差。對于燒成試樣，其抵抗渣侵蝕的能力變化很小，但抗渣滲透能力均有所改善，特別是抗高SiO2渣滲透能力得到極大改善。

圖1 試樣在1 600 ℃靜態(tài)抗渣3 h后的坩堝剖面圖

圖2 試樣1 600 ℃靜態(tài)抗渣3 h后的侵蝕指數(shù)和滲透指數(shù)

2.2 物相組成

為探明高溫下鉻剛玉澆注料的抗危廢爐渣侵蝕行為，采用X射線衍射儀檢測了所有侵蝕試樣反應(yīng)層和滲透層的物相組成(圖3)，其中，反應(yīng)層為侵蝕區(qū)所殘留在試樣上的部位。從圖中可以看出，經(jīng)渣侵蝕后的含鉻剛玉澆注料中除鋁鉻固溶體和六鋁酸鈣外，產(chǎn)物中還出現(xiàn)了新的物相。對比燒成與未燒成試樣，侵蝕后產(chǎn)物中新生成的物相完全一致。以未燒成試樣為例，試樣US反應(yīng)層中新增物相為鈣長石(CaAl2Si2O8)和霞石(NaAlSO4)，六鋁酸鈣消失。在滲透層內(nèi)新增物相則是鈣黃長石和霞石；而高Fe2O3渣侵蝕試樣后的反應(yīng)層為霞石、鈣長石和Ca(Fe,Al)12O19，在滲透層內(nèi)鈣長石被鈣黃長石代替。與前兩種渣相比，高CaO渣中CaO含量明顯增加，因此反應(yīng)層內(nèi)新的物相為硅酸二鈣(Ca2SiO4)和鈣黃長石(Ca2Al2SiO7)，六鋁酸鈣含量增加，在滲透層內(nèi)新增物相則只有鈣黃長石。

圖3 試樣反應(yīng)層和滲透層的物相組成

這些物相中，霞石熔點低，熔點在1 150 ℃左右，會促進(jìn)熔渣滲透進(jìn)試樣內(nèi)[27-28]。長石和硅酸二鈣熔點比霞石高，但在1 600 ℃下仍會變成液相[29]。六鋁酸鈣、鋁鉻固溶體和Ca(Fe,Al)12O19熔點均高于1 600 ℃，會減緩渣的滲透。其中，六鋁酸鈣的生成會伴有膨脹效應(yīng)，使試樣內(nèi)部更加致密[30]，且其不易與堿性渣反應(yīng)[31]。鋁鉻固溶體則不易與酸性或堿性渣反應(yīng)生成液相[32]，Ca(Fe,Al)12O19是Fe2O3與CaAl12O19發(fā)生固溶反應(yīng)所得到的產(chǎn)物，其性質(zhì)與CaAl12O19類似[33]。

2.3 顯微結(jié)構(gòu)

所有渣侵蝕試樣的顯微結(jié)構(gòu)和元素分布如圖4所示，從圖中可以看出，渣中Si、Fe、Na等元素反應(yīng)滲透進(jìn)入澆注料內(nèi)，且試樣中反應(yīng)層、滲透層和原質(zhì)層清晰可辨，其中反應(yīng)層中試樣組分大部分蝕變，部分試樣反應(yīng)層的左外側(cè)有掛渣層，滲透層中試樣組分部分蝕變。對于未燒成和燒成試樣，在顯微結(jié)構(gòu)上沒有顯著差別，只是滲透深度不同。高放大倍數(shù)的顯微結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖中各點元素含量如表2所示。從圖中所觀察到的物相與從XRD譜中所得到的物相基本一致。以試樣US為例，原質(zhì)層內(nèi)的物相主要是鋁鉻固溶體和六鋁酸鈣(圖5(a)①和圖5(a)②處，其EDS分析表明兩處分別為鋁鉻固溶體和六鋁酸鈣)，在滲透層內(nèi)鋁鉻固溶體和六鋁酸鈣(圖5(b)③處，EDS分析表明為六鋁酸鈣)之間填充著霞石和鈣黃長石(圖5(b)④處，EDS分析表明為霞石、鈣黃長石和鋁鉻固溶體)。而反應(yīng)層內(nèi)，六鋁酸鈣完全消失，鋁鉻固溶體被鈣長石和霞石(圖5(c)⑤處，EDS分析表明為二者的混合物)所包圍，此外，鋁鉻固溶體旁存在著少量的(Mg,Fe2+)(Al,Cr,Fe)2O4尖晶石固溶體(圖5(c)⑥處)。與試樣US類似，試樣UC和UI的滲透層中鋁鉻固溶體和六鋁酸鈣也被相應(yīng)的新相鈣黃長石、鈣長石、霞石和Ca(Al,Fe)12O19所包圍，但試樣UI在反應(yīng)層內(nèi)存在Ca(Al,Fe)12O19(圖5(d)⑦處，EDS分析表明為Ca(Al,Fe)12O19)和(Mg,Fe2+)(Al,Cr,Fe)2O4尖晶石固溶體(圖5(d)⑧處)，在UC反應(yīng)層內(nèi)則存在著六鋁酸鈣(圖5(e)⑨處，EDS分析表明為六鋁酸鈣和鈣黃長石)，少量的一鋁酸鈣和硅酸二鈣(圖5(e)⑩處，EDS分析表明為一鋁酸鈣和硅酸二鈣的混合物)。

表2 圖5中各點元素含量

圖5 試樣顯微結(jié)構(gòu)的高放大倍數(shù)BEC照片

值得注意的是，在UI渣-試樣界面處(圖4(b))出現(xiàn)了大量的(Mg,Fe2+)(Al,Cr,Fe)2O4尖晶石固溶體，該相可能是渣和試樣接觸后產(chǎn)生的。此外，在試樣US和UI反應(yīng)層中發(fā)現(xiàn)的(Mg,Fe2+)(Al,Cr,Fe)2O4尖晶石固溶體，UC反應(yīng)層發(fā)現(xiàn)的一鋁酸鈣，這些物相數(shù)量少，在XRD譜上無法檢測到它們的特征峰。UI反應(yīng)層中Ca(Al,Fe)12O19比原質(zhì)層中六鋁酸鈣要大，一方面反應(yīng)層中的液相促進(jìn)了該相的長大，另一方面是在存在Fe2O3的情況下六鋁酸鈣的形成溫度會降低，促進(jìn)了其燒結(jié)的進(jìn)行[33]。

2.4 六價鉻浸出試驗

經(jīng)靜態(tài)抗渣的六種試樣的滲透層的Cr(Ⅵ)含量如表3所示。除試樣UC外，其他5個試樣中沒有檢測到Cr(Ⅵ)。而試樣UC滲透層的Cr(Ⅵ)含量也低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)上限(2 mg/kg)和中國危廢浸出標(biāo)準(zhǔn)(5 mg/L)，其鉻含量也只有0.08 mg/kg。對于未燒成試樣，在燒成溫度為1 600 ℃的情況下，水泥結(jié)合含鉻澆注料中Cr元素由常溫狀態(tài)的由三價態(tài)，700～1 100 ℃變成Cr(Ⅵ)，繼續(xù)升溫至1 300 ℃以上，因鋁鉻固溶體的形成，六價鉻開始變成三價鉻[20]。危廢爐渣的熔點不同，導(dǎo)致未燒成試樣侵蝕后滲透層內(nèi)六價鉻含量的差異。對于經(jīng)高SiO2渣和高Fe2O3渣侵蝕的未燒成試樣US和UI，因為高SiO2渣和高Fe2O3渣的半球點分別為1 152.3 ℃和1 203.5 ℃，在渣侵蝕試驗過程中，渣中的SiO2、Fe2O3等酸性物質(zhì)還原澆注料在此溫度下形成的六價鉻化合物[21-22,34]，導(dǎo)致最終產(chǎn)物中未檢測出Cr(Ⅵ)。對于經(jīng)高CaO渣侵蝕的未燒試樣，高CaO渣的半球點接近1 500 ℃，所以升溫過程中在高CaO渣與試樣接觸處形成一定量的六價鉻化合物。

表3 試樣滲透層的Cr(Ⅵ)含量

對于燒成試樣FC、FS和FI，反應(yīng)層內(nèi)沒有檢測到Cr(Ⅵ)，這是因為水泥結(jié)合含鉻澆注料經(jīng)在1 600 ℃燒成后，在試樣中引入的Cr2O3與Al2O3反應(yīng)形成(Al,Cr)2O3固溶體，Cr元素主要是以Cr(Ⅲ)的形式存在。在渣侵蝕過程中，固溶體的Cr(Ⅲ)很難被氧化形成Cr(Ⅵ)[35]。

2.5 討 論

從以上試驗結(jié)果看出，未燒成試樣對危廢爐渣抗侵蝕能力由強(qiáng)到弱排列為高SiO2渣>高Fe2O3渣>高CaO渣，抗?jié)B透能力由強(qiáng)到弱的排序為高CaO渣>高Fe2O3渣>高SiO2渣，這主要與1 600 ℃高溫下危廢爐渣與試樣侵蝕過程中產(chǎn)生的液相量和物相變化以及渣侵蝕試樣過程中黏度的變化有關(guān)。圖6為渣和材料反應(yīng)后的黏度變化圖，其中m(R)代表耐火材料質(zhì)量。m(S)代表渣質(zhì)量。可以看出，在與耐火材料相互作用后，高SiO2渣在與試樣反應(yīng)后的黏度會急劇下降，高CaO渣則會上升，高Fe2O3渣則基本一致，隨著m(R)/m(S)增大，三種渣的黏度逐漸相近。圖7采用Factsage模擬1 600 ℃和1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下三種渣與試樣基質(zhì)相互作用后產(chǎn)生的渣液質(zhì)量和固相質(zhì)量，其中A=m(R)/[m(R)+m(S)]，m(R)+m(S)=100 g，左側(cè)為渣相，右側(cè)為耐火材料相，中間則為不同占比的渣和耐火材料相互作用的結(jié)果。從圖7(a)可以看出，當(dāng)A=0～0.5時，高SiO2渣滲透試樣后幾乎全是液相，A=0.3時氧化鉻開始出現(xiàn)，并與氧化鋁反應(yīng)生成鋁鉻固溶體，渣液質(zhì)量開始下降，當(dāng)A=0.9時，六鋁酸鈣才出現(xiàn)，在相同占比下，高SiO2渣產(chǎn)生的液相最多。相比高SiO2渣，高Fe2O3渣滲透進(jìn)試樣后產(chǎn)生的液相減少(圖7(b))，在A=0.4時便出現(xiàn)了氧化鋁，氧化鋁與氧化鉻形成鋁鉻固溶體，在A=0.6時出現(xiàn)鋁酸鈣。對于高CaO渣，其產(chǎn)生的液相最少，在A=0.6時出現(xiàn)六鋁酸鈣，并且出現(xiàn)的六鋁酸鈣的質(zhì)量要遠(yuǎn)高于其他渣，在A=0.6時出現(xiàn)的氧化鉻，會與氧化鋁反應(yīng)生成鋁鉻固溶體。從滲透性來看，一方面高CaO渣和材料反應(yīng)后生成的長石和硅酸鈣熔點偏高，增加了渣液的黏度，另一方面反應(yīng)產(chǎn)生了高熔點的六鋁酸鈣，導(dǎo)致體積膨脹，堵塞氣孔，減緩了渣液的滲透。此外高CaO渣與試樣反應(yīng)后生成的液相最少，且高CaO渣自身半球點接近1 500 ℃，因此試樣抵抗高CaO渣滲透的能力最強(qiáng)。類似高CaO渣，高Fe2O3渣產(chǎn)生了高熔點的Ca(Al,Fe)12O19，但自身熔點低，與試樣反應(yīng)后產(chǎn)生的霞石降低了渣液的黏度，且生成的液相比高CaO渣要多，因此試樣抗高Fe2O3渣滲透能力比高CaO渣弱。高SiO2渣自身熔點低，一方面生成的霞石降低了渣液黏度，另一方面沒有生成高熔點的鋁酸鈣，且生成的液相最多，因此試樣抗高SiO2渣滲透能力最差。從侵蝕性來看，渣的侵蝕取決于渣作用在渣-試樣界面上的時間。高CaO渣自身黏度低，但反應(yīng)后渣液黏度增大，滲透速率降低，導(dǎo)致高CaO渣停留在渣與試樣界面上的時間最長，進(jìn)而導(dǎo)致高CaO渣對試樣的侵蝕最強(qiáng)。高Fe2O3渣作用在材料界面的時間少于高CaO渣，因此其侵蝕要弱于后者。高SiO2渣自身黏度高，反應(yīng)后渣液黏度降低，滲透加快，因此其在試樣界面處作用的時間最短，侵蝕最弱。

圖6 1 600 ℃下不同耐火材料與渣占比下反應(yīng)后的液相黏度

圖7 澆注料與渣相互作用的熱力學(xué)1 600 ℃計算結(jié)果

相比未燒成試樣，渣對燒成試樣的侵蝕指數(shù)幾乎一樣，但滲透指數(shù)均發(fā)生變化，表明試樣燒成與否影響渣的滲透。事實上，高SiO2渣和高Fe2O3渣在1 200 ℃就開始熔化并向試樣中滲透，因此檢測未燒試樣在此溫度下處理后基質(zhì)物相組成，結(jié)果如圖8所示，物相為剛玉相，鋁鉻固溶體和Hauyne相(Ca4Al6CrO16)，而1 600 ℃燒成試樣的基質(zhì)物相為鋁鉻固溶體和六鋁酸鈣。經(jīng)1 200 ℃熱處理和1 600 ℃熱處理試樣的孔徑分布以及孔容累加如圖9所示。從圖中可以看出1 200 ℃熱處理和1 600 ℃熱處理試樣的顯氣孔率分別是12.1%和13.3%，平均孔徑(Pvae)分別是0.474 μm和0.759 μm。對試樣的孔容進(jìn)行累加，燒成試樣的大孔比例(>10 μm)顯著減少，<1 μm的孔比例顯著提高，能夠更好地抵抗渣的滲透[36]。對于高SiO2渣，由于燒成試樣的物相更不容易和渣反應(yīng)，因此渣與試樣反應(yīng)所產(chǎn)生的液相中Al和Ca含量會下降，此外渣液中存在著未反應(yīng)的鋁鉻固溶體，二者會導(dǎo)致黏度上升。高黏度的渣液以及燒成試樣的微孔減緩了高SiO2渣對試樣的滲透，最終導(dǎo)致高SiO2渣對燒成試樣的滲透相比未燒成試樣大幅減弱。由于高CaO渣均完全滲透進(jìn)燒成與未燒成試樣內(nèi)，且主要是試樣中的Al2O3與渣反應(yīng)，而試樣本身的Al2O3含量高，因此渣與試樣反應(yīng)所生成的液相質(zhì)量和黏度應(yīng)與未燒成試樣相近，但燒成試樣的微孔更多，能夠減緩渣對試樣的滲透，因此高CaO渣對燒成試樣的滲透相比未燒成試樣要弱。高Fe2O3渣對燒成試樣的滲透指數(shù)與未燒成試樣相當(dāng)，但是燒成試樣的坩堝剖面上含有殘渣，而未燒成試樣沒有，表明燒成造成的微孔化提高燒成試樣的抗高Fe2O3渣滲透能力。

3 結(jié) 論

(1)材料抵抗渣滲透的影響因素與渣液的黏度與反應(yīng)后物相有關(guān)，試樣與高SiO2渣和高Fe2O3渣反應(yīng)后生成了低熔點的霞石，降低了渣液的黏度，加劇渣液滲透。而試樣與高CaO渣反應(yīng)生成的物相熔點偏高，增大了渣液的黏度，減緩了渣液滲透，最終導(dǎo)致材料抵抗高CaO渣滲透的能力最強(qiáng)，抵抗高Fe2O3渣滲透能力次之，抵抗高SiO2渣滲透的能力最弱。材料抵抗渣侵蝕的能力則與渣液的滲透行為有關(guān)，渣滲透越快，作用在材料界面上的時間越短，高CaO渣與試樣反應(yīng)后渣液黏度上升，且生成高熔點的六鋁酸鈣減了緩渣液滲透，導(dǎo)致高CaO渣的侵蝕指數(shù)略高。

(2)燒成處理明顯改善了材料的抗渣滲透性，主要是經(jīng)燒成處理后試樣內(nèi)部的游離氧化鈣與基質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致其活性降低，不易與渣反應(yīng)；另外燒成處理后六鋁酸鈣的形成以及燒結(jié)作用促進(jìn)大孔部分比例顯著減小，實現(xiàn)微孔化(<1 μm孔占比增加)，進(jìn)一步抑制了渣液向試樣內(nèi)部滲透。

(3)對于危廢渣中氧化硅和氧化鐵含量高的渣，因氧化硅和氧化鐵屬于酸性氧化物，可以抑制渣侵蝕過程中六價鉻的形成；對于氧化鈣含量高的危廢渣，其與未燒成試樣作用時，在高溫下與試樣中氧化鉻可形成六價鉻化合物，而與1 600 ℃燒成試樣作用時，由于游離氧化鉻已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殇X鉻固溶體，難以形成六價鉻。總體而言，目前的測試條件下，形成六價鉻含量均在國標(biāo)控制限以下。

(4)綜合試驗結(jié)果來看，鋁酸鈣水泥結(jié)合澆注料抵抗高CaO渣的侵蝕/滲透能力最好，適合作為產(chǎn)生高CaO渣危廢爐爐襯材料使用。燒成的澆注料抵抗三種渣的侵蝕/滲透能力均比未燒成的澆注料要強(qiáng)，在危廢爐爐襯的應(yīng)用上能夠擁有更長的壽命，因此在危廢爐爐襯材料生產(chǎn)方面可以采用預(yù)燒成處理來提高材料的使用壽命。