高碳铬铁合金渣(以下简称为碳铬渣)是在1700℃高温下以碳为还原剂通过埋弧炉冶炼铬铁矿过程中产生的一种矿物熔体。由于碳铬渣黏度大,熔点高,渣铁无法完全分离,每生产1t铬铁合金就产生1~1.2t左右的废渣,据统计,其排放量以每年40万吨的速度在增长,且大量以废渣的形式堆放,不仅占用土地,浪费资源,而且污染环境。通过利用碳铬渣制备轻骨料,为碳铬渣的处理找到新的有效途径,具有节能、节土、利废、环保的优点,对推动我国新型墙材的发展及废渣的综合利用均具有积极意义。在本课题中,以高碳铬铁合金渣和粘土为主要原料,研究了碳铬渣掺量,烧成制度及冷却方式对轻骨料性能的影响,并探讨了骨料的膨胀机理,从而制定出碳铬渣利用率较高、膨胀性能最佳的骨料配合比及烧成制度。结果表明:随碳铬渣掺量增加,骨料烧胀温度提高,烧结范围变窄,膨胀性能变差,而粘土的加入可以适量地改善骨料的烧结性能,由于其在1000℃左右开始熔融产生液相,可有效降低原料的烧胀温度,且碳铬渣掺量在50%~70%,粘土掺量在30~50%之间时骨料具有较好的膨胀性能。焙烧过程采用两段式,先经低温预热后送入高温焙烧,烧成制度的影响具体如下:随预热温度升高,骨料内部所形成的气孔逐渐细化,但表观密度和颗粒强度也随之增加;焙烧温度及保温时间决定骨料烧胀性,随焙烧温度升高、保温时间增加,表观密度呈降低趋势,颗粒强度先升高后降低;冷却制度严重影响骨料颗粒强度,这是由于冷却方式对骨料内部结构影响较大,在空气中急冷骨料由于微裂纹的存在质地较脆,内部晶体发育不完整,晶粒较小,而随炉慢冷骨料内部气孔与基体形成连续架状结构,晶体发育更完整,晶粒更大,该结构使骨料颗粒强度为空气中急冷骨料的5.173倍。综上所述,配比为:碳铬渣掺量60%,粘土27%,发气物质3%,助熔成分5%,水玻璃5%,烧成制度为:在600℃预热20min,1210℃焙烧10min后随炉慢冷时可制备出性能优异的骨料,其表观密度为691Kg/m3,颗粒强度为6.82MPa,吸水率为3.33%,其各项指标均满足GB/T 174312-2010中对密度等级为700级轻骨料强度>5MPa,吸水率<10%的要求。制备出的骨料表面形成一层光滑致密的外壳,有明显的釉质光泽,使骨料具有隔水保气的作用,同时内部为多孔的蜂窝状结构,使骨料具有质轻隔热的效果。通过XRD、SEM和EDS分析可知,骨料内部结构主要由硅酸盐玻璃相、晶相和气孔三大部分构成,主要晶体矿物为镁橄榄石、镁铝尖晶石、铁铝尖晶石、顽辉石和α-石英等晶体。