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工业矿渣制备微晶玻璃

张升晓  
【摘要】: 随着工业的迅速发展,大量的废渣被排放到环境中。为了有效的处理这些废渣并探讨其资源化利用的途径,本文中尝试以高炉渣和铬渣为主要原料,辅以二氧化硅、氧化铝和二氧化钛等化学试剂制备微晶玻璃。将不同组成的配料在高温下熔融后骤冷得到基础玻璃,将基础玻璃在一定的热处理制度下处理即可制得微晶玻璃。在高炉渣制备微晶玻璃的研究中,根据基础玻璃差热分析曲线确定基础玻璃的核化和晶化温度范围,将不同配料组成的基础玻璃采用交叉热处理的方法处理,得到的微晶玻璃样品用扫描电镜和X射线衍射仪进行分析,得出高炉渣微晶玻璃的最佳配料组成和最佳热处理制度;固定高炉渣微晶玻璃的一组配料组合,改变晶核剂TiO_2的加入量,考察不同晶核剂含量玻璃的析晶活化能,对不同TiO_2含量微晶玻璃进行红外分析,考察其分相和结晶的情况;在铬渣制备微晶玻璃的研究中,提出了利用分段法确定热处理制度的方法,利用热流曲线确定配料组成、核化温度和核化时间,利用X射线衍射分析确定晶化温度和晶化时间;对铬渣、基础玻璃和微晶玻璃进行浸出实验,测定浸出液中铬的浓度,考察微晶玻璃对铬的固定;利用扫描电镜、热分析仪和X射线衍射分析等先进的仪器设备表征制得的高炉渣微晶玻璃和铬渣微晶玻璃;通过晶体中键的情况和分相原理对微晶玻璃的成核和结晶机理进行了探讨。 实验结果表明:在高炉渣制备微晶玻璃中,根据样品的SEM,DTA,XRD分析可以看出,S_3组配料是高炉渣制备微晶玻璃的比较好的配料组合,其配比为高炉渣25.0g,SiO_28.0g,Al_2O_35.0g,MgO1.5g,Na_2CO_31.6g,TiO_20.8g;样品S_1、S_2只有少量的晶体析出,S_1析出的晶体颗粒比较均匀,S_2析出了雪花状晶体;S_3样品在760℃核化,990℃晶化处理后得到的微晶玻璃样品晶体含量高,晶体的颗粒大小均匀,晶体的主晶相为辉石类晶体;高炉渣微晶玻璃配料中随着晶核剂TiO_2含量的增加,析晶活化能呈现出先减小后增大的趋势,在TiO_2的加入量为3.1%时,微晶玻璃的析晶活化能最低,此时拟合出的3种析晶活化能最小值分别为135.7、143.9、151.7 kJ/mol,不同晶核剂含量微晶玻璃样品的红外谱图表明TiO_2的含量为3%、4%时样品在1100~900 cm~(-1)波数范围有明显的分相峰,Ti-O键多以六配位状态存在,吸收谱带有明显的分裂趋向,样品中析出了大量的晶体,X射线衍射图谱表明,样品中主晶相为透辉石,次晶相为金红石;铬渣制备微晶玻璃的研究中,2#样品为最佳的配料组成,其配料的组成为铬渣25g,SiO_230g,Al_2O_33g,TiO_22g,Na_2SO_42g,2#样品的最佳热处理制度为在750℃下核化1h,920℃下晶化2h;XRD分析结果表明样品中析出的主晶相为透辉石,次晶相为铬铁矿;对铬渣、基础玻璃和微晶玻璃的浸出实验表明,微晶玻璃能够较好的固定铬渣中的Cr,使之不渗漏到环境中造成污染。


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