粉煤灰—赤泥微晶玻璃析晶机理研究

【摘要】：随着国家工业化进程不断加深,我国的粉煤灰、赤泥等固体废弃物对计量也逐年升高,但是总体来说国内对于粉煤灰和赤泥回收再利用的途径较少,利用率较低,固体废弃物的大量堆积对环境造成了严重污染并对人民生活造成了严重影响。利用固体废弃物来制备微晶玻璃,固体废弃物用量大,产品应用市场广泛,能有效缓解堆积问题,形成良性循环。本文研究不同的固体废弃物在制备微晶玻璃过程中对微晶玻璃析晶过程的影响,选择了最典型的两种大宗固体废弃物,粉煤灰和赤泥作为主要原料制备Ca O-Al2O3-Si O2体系微晶玻璃。计算分析了不同样品的基础玻璃热稳定性、析晶活化能和晶体生长指数,同时对热处理后的微晶玻璃样品进行了XRD和SEM检测。研究结果表明:赤泥的引入显著地降低了基础玻璃的热稳定性,当赤泥含量从0%到80%时,在10oC/min升温速率下,△T从357.65降到了211,△T'从0.610降到了0.346。随赤泥含量增加,粉煤灰-赤泥微晶玻璃的析晶活化能先升高后降低。当赤泥含量从0%增加到80%时,析晶活化能从367.643 KJ/mol增加到452.064 KJ/mol,然后降到287.893 KJ/mol。当Al_2O_3的含量在15.364%-26.887%之间时,阻碍微晶玻璃析晶的效果最明显。当升温速率为10oC/min时微晶玻璃样品的析晶机制均为整体析晶,随着升温速率的增加,部分样品从整体析晶过渡为表面析晶。当赤泥含量在20%-40%和50%-70%之间时,析出的晶相较为稳定。通过对粉煤灰-赤泥微晶玻璃析晶过程的研究发现,赤泥含量为30%的微晶玻璃样品综合性能优良,析晶程度高,但是其放热峰温度在960oC以上,析晶活化能也大于460 KJ/mol,为了降低能耗,本文引入了钛渣作为形核剂,来进一步降低微晶玻璃的析晶活化能,制备不同钛渣含量的粉煤灰-赤泥微晶玻璃,并计算分析了不同钛渣含量的微晶玻璃样品的基础玻璃热稳定性、析晶活化能和晶体生长指数,同时对热处理后的微晶玻璃样品进行了XRD和SEM检测。实验结果表明:随着钛渣含量的增加,基础玻璃的热稳定性降低。当钛渣含量增加到20%时,在5oC/min的升温速率下,△T从320.21降到了273.15,△T'从0.531降到了0.452。随钛渣含量的增加,粉煤灰-赤泥微晶玻璃的析晶活化能匀速降低。当钛渣含量从0%增加到20%时,析晶活化能从452.064 KJ/mol降低到300.990KJ/mol。当升温速率在15oC/min以下时,所有微晶玻璃样品的析晶机制均为整体析晶,钛渣对粉煤灰-赤泥微晶玻璃析晶过程的促进作用明显,使微晶玻璃析出的晶粒数量变多,大小均匀一致。