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玄武岩矿渣微晶玻璃的制备研究

孙帅  
【摘要】: 随着现代工业的飞速发展,矿物资源被大量开采,各种矿渣排放量日益剧增。但人们对矿渣的认识程度仍然不够,利用途径仍然停留在低技术含量及产品附加值低等阶段。利用矿渣为主要原料制备的微晶玻璃具有许多常规材料无法达到的优异性能。不仅解决了工业废渣对环境的污染问题,同时也降低了微晶玻璃的生产成本,提高其性价比,在保护环境的同时也带来巨大的经济效益。 本课题以四川某厂的玄武岩矿渣为主要原料,详细阐述了微晶玻璃的现状及发展趋势、矿渣微晶玻璃体系、制备方法及其应用。运用X射线荧光光谱仪(XFS)分析了玄武岩矿渣的主要化学成分,通过分析得知该矿渣有利于基础玻璃的形成。通过添加适量的化学试剂,以ZiO_2和Fe_2O_3为复合晶核剂,采用熔融法制备以CaO(MgO)—Al_2O_3—SiO_2为系统、主晶相为透辉石(Ca(Fe,Al)(Si,Al)_2O_6)的玄武岩矿渣微晶玻璃。用正交试验的方法,确定了基础玻璃的熔制温度范围,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)等现代测试手段,对制备的微晶玻璃试样物相组成、显微结构及晶体结构进行研究。探讨了热处理工艺制度以及几种添加剂的加入量对玻璃的熔制及微晶玻璃理化性能的影响。参考差热分析(DSC)数据,利用正交试验进行热处理制度确定试验方案,优化热处理工艺参数,对基础玻璃的融化和热处理过程中可能出现的现象进行了探讨。为实际生产提供了一定的技术支持和理论参考依据。 试验结果表明:玄武岩矿渣的利用率在60wt%以上。通过加入助熔剂K_2CO_3+Na_2CO_3能促进玻璃的熔化,玻璃表面无明显气泡。基础玻璃熔制工艺最佳参数为:1200℃开始分次加料,1450℃下熔制1小时,得到的黑色基础玻璃均匀,无条纹,熔制效果好。配料中引入2.88wt%的CaF_2,既解决熔制过程中出现的溢液现象,也不至于对坩埚造成太大的侵蚀,达到良好熔制的效果。玄武岩矿渣中铁含量高,难以达到制成浅色微晶玻璃的目的。通过研究发现,微晶玻璃的颜色变化随着晶化温度的提高而颜色变深,微晶玻璃的颜色主要受成分和晶化温度影响。将玄武岩矿渣微晶玻璃与其他石材进行比较,发现微晶玻璃结构致密,纹理清晰,有着玉质般的光泽效果。其抗弯强度是天然石材的10~20倍,耐化学侵蚀性是天然石材的几十倍甚至上百倍,其它性能也明显优于天然石材。 通过对玄武岩矿渣微晶玻璃热处理工艺参数进行优化,可以有效的提高微晶玻璃的综合性能并节约能源。本文通过正交试验优化的最佳热处理工艺参数为:基础玻璃退火温度600℃,以5~8℃/min的速率升温至核化温度840℃左右,保温2h,再以3~5℃/min的速率升温至晶化温度晶化温度980℃,保温2h。


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