随着当今环境问题日益突出,如何实现冶金固废的资源化利用,是钢铁冶金行业产业升级所面临的重要课题。作为炼钢过程产生的一种冶金固废,转炉污泥含有大量的铁、钙等有价元素,具有很高资源禀赋和潜在利用价值。深入研究开发这类二次资源高附加值利用的相关理论和新技术,对节约自然资源、减轻环境压力意义重大,是目前冶金企业技术更新的迫切需求。本课题采用酸解的工艺方法,将转炉污泥中的有价元素（Fe、Ca、Mg、Al、Mn）转移至酸解液中,经水热和焙烧工艺得到掺杂型CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合光催化材料,通过对制备方法、产物的组织结构和光催化性能的探索研究,为转炉污泥材料化利用探索新方法。首先以化学试剂为原料制备CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料,优化制备工艺参数,在此基础上,进行转炉污泥制备CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料的实验探索,并对产物的组织结构和光催化性能进行实验研究。具体内容和方法:以FeCl₃、CaCl₂的混合溶液为反应物,利用水热法制备Fe、Ca基氧化物前驱体（CaC₂O₄/α-Fe₂O₃）,以前驱体的组织结构和粉体特性为判据,对水热反应的工艺参数进行优化,确定制备前驱体的水热反应温度和反应液pH值。通过调配起始溶液中的Fe:Ca比,在优化的水热反应条件下获得对应的前驱物,烧结后制得不同组分比（CaFe₂O₄:α-Fe₂O₃）的CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合体,实验考察不同组分比对产物光催化降解亚甲基蓝（MB）溶液的影响,借此对产物的组分比进行优化。最后,根据转炉污泥的特性,对其进行酸解处理,利用酸解液制备掺杂型CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合光催化剂,并与化学试剂制得的产物进行对比研究。以光催化降解MB溶液的能力为判据,对产物的光催化活性进行评价,着重考察催化剂添加量、MB溶液初始浓度、MB溶液初始pH等对光催化过程的影响。对水热法制备前驱体的工艺参数优化结果表明,较佳的水热工艺参数为:反应温度150℃、反应时间6 h、反应溶液pH=5。对不同配比的复合材料进行XRD和SEM分析,结果表明,产物由α-Fe₂O₃（PDF#79-1741）和CaFe₂O₄（PDF#72-1199）复合而成,微观组织呈弥散分布的短棒状,且随着Ca含量的减少,棒状颗粒的长径比逐渐减小,趋于粒状组织,而相同制备工艺条件下制得的纯相α-Fe₂O₃为球粒状。无偏压下的瞬态光电流响应结果显示,组分比1:2的CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃具有最大的光电流密度（700 nA/cm²）。不同组分比的CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料的光催化降解实验结果表明,CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃在组分比为1:2时的光催化降解性能最好,180 min内MB溶液降解率达95.62%,降解速率常数K=1.797×10^-22 min^-1。以转炉污泥为原料,经盐酸酸解、水热和焙烧过程,成功制备了CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合光催化材料。成分分析结果表明,转炉污泥中的Fe、Ca的含量分别为55.61 wt%和9.2 wt%。较佳的酸解工艺参数为:固液比1:10,盐酸浓度3 mol/L,酸解温度T=90℃,酸解时间T=3 h。在此工艺条件下,转炉污泥中铁的浸出率约为η_Fe=89%。酸解液经水热反应获得前驱物,900℃焙烧30 min制得掺杂型CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料,其瞬态光电流密度≈700 nA/cm²,180 min内对MB溶液的降解率为92.87%。对光催化降解过程影响因素的分析结果表明,降解过程与合适的催化剂添加量、目标降解物的初始浓度、目标降解物的初始pH密切相关。研究结果表明,以转炉污泥为原料制备掺杂型CaFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合光催化材料的工艺路线是可行的,且过程可控。该方法可实现转炉污泥中的Fe、Ca以及多种微量金属元素的同时材料化,对节约自然资源、保护环境具有积极意义。同时,实验结果也为其它冶金二次资源的高附加值、精细化利用提供一种新的思路。