熔融法制備CaO-Al2O3-SiO2系高爐礦渣微晶玻璃.pdf

1、隨著我國鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，冶煉鋼鐵的同時產(chǎn)生了大量的高爐礦渣。高爐礦渣的主要成分為硅酸鹽和鋁硅酸鹽，這些成分與制備微晶玻璃的原料相近。以高爐礦渣為主要原料制備微晶玻璃對于提高高爐礦渣利用的附加值，以及對廢棄資源的綜合利用具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文探索利用寶鋼高爐礦渣制備微晶玻璃的可行性。以寶鋼高爐礦渣為主要原料，通過添加石英砂、硼酸、方解石以及Al2O3、CaF2、ZrO2、P2O5等化學(xué)試劑，采用熔融法制備出系列CaO-A

2、l2O3-SiO2系統(tǒng)高爐礦渣微晶玻璃。研究了高爐渣引入量、晶核劑的種類及數(shù)量、熱處理工藝制度對礦渣微晶玻璃性能的影響。通過體積密度、抗彎強度、熱膨脹系數(shù)測試微晶玻璃的物理及熱力學(xué)性能，利用耐酸耐堿性測試材料的化學(xué)穩(wěn)定性，利用傅里葉紅外光譜（FT-IR）分析材料的分子結(jié)構(gòu)變化，利用差熱分析（DTA）確定微晶玻璃的核化、晶化溫度，利用X射線衍射圖譜（XRD）、能譜（EDS）分析微晶玻璃晶相組成，利用掃描電鏡（SEM）觀察材料顯微結(jié)構(gòu)，由此

3、確定制備高爐礦渣微晶玻璃的最佳條件。
　　研究結(jié)果表明，當高爐渣引入量低于40wt％時，熔制的玻璃熔體流動性良好，不產(chǎn)生浮渣，容易成型；高爐渣引入量高于40wt%后，玻璃在熔制過程中產(chǎn)生浮渣并逐漸增多，玻璃粘度增大，流動性差，難以成型。高爐渣引入量超過50wt%后，核化、晶化溫度逐漸升高，晶化困難，高爐渣含量對析晶起阻礙作用；在730℃核化保溫2h，930℃晶化保溫2h所制備的微晶玻璃中均析出了機械性能良好的硅灰石與透輝石晶相，晶

4、相含量隨高爐渣引入量的增加而降低。抗彎強度與體積密度隨礦渣引入量的增加均呈先增大后減小的趨勢，分別在50wt%、55wt%時達到最大值95.66MPa、2.63g/cm3。高爐渣引入量為50wt%時微晶玻璃綜合性能最優(yōu)。
　　以CaF2和ZrO2為晶核劑的礦渣微晶玻璃，在730℃核化保溫2h、930℃晶化保溫2h后均析出了晶相為硅灰石、次晶相為透輝石的晶相。CaF2最佳引入量為4wt%，抗彎強度最大值為111.56MPa，體積密度

5、最大值為2.62g/cm3，最大結(jié)晶度為80.13%。ZrO2最佳引入量為3wt%，最大熱膨脹系數(shù)為5.94×10-6/℃，抗彎強度最大值為127.45MPa，體積密度最大值為2.73g/cm3，顯微硬度最大值為6.9GPa，最大結(jié)晶度為83.59%。以P2O5為晶核劑的礦渣微晶玻璃析出的主晶相為羥基磷灰石，此晶相抗彎強度較低，晶相微觀形貌不理想，并非目標晶相，因此 P2O5不是本研究中高爐礦渣微晶玻璃的有效晶核劑。綜合不同含量的 Ca

6、F2、ZrO2、P2O5的礦渣微晶玻璃的測試結(jié)果，ZrO2作為晶核劑更能促進CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)高爐礦渣微晶玻璃的晶化，晶核劑最佳組合為3wt%的ZrO2。
　　利用四水平四因素L16（44）正交實驗進行熱處理制度的優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合其它性能表征方法得出影響因素的主次順序為:核化溫度>核化時間>晶化時間>晶化溫度，適合寶鋼高爐礦渣微晶玻璃的最佳熱處理工藝為核化溫度770℃，核化時間3h，晶化溫度950℃，晶化溫度2h，此時