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低硅铁尾矿微晶玻璃的研制

陈盛建  
【摘要】:尾矿是固体废物的一种,但由于尾矿具有数量大、类型多、性质复杂的特点,在我国其利用率非常之低,仅达7%。尾矿的废弃对环境造成较大的污染并带来一系列的社会问题。铁尾矿是尾矿中的一种类型,目前的利用水平较低,且多用于技术含量不高,附加值较低的领域。而其中低硅铁尾矿因其无主要可利用的元素和矿物,基本上处于未利用的状况。 微晶玻璃又称玻璃陶瓷或结晶化玻璃,是一种新型无机非金属材料,是21世纪的环境协调材料,具有许多优异性能。用铁尾矿成功制备的微晶玻璃,目前基本上停留在高硅区(SiO_2>70%),对于低硅区的铁尾矿制备微晶玻璃基本上仍属空白。利用低硅铁尾矿制备微晶玻璃,既使废弃资源获得再生,又提高了材料的技术含量和附加值,同时使铁尾矿的利用提高到一个更高的层次,为低硅铁尾矿的综合利用开辟了一个新的途径,具有明显的环境效益、经济效益和社会效益。 本课题以武钢程潮铁矿的低硅铁尾矿为主要原料,采用烧结法成功研制出低硅铁尾矿利用率为60%的微晶玻璃。在分析低硅铁尾矿成分的基础上,设计了基础玻璃的基本组成,选择了合适的晶核剂,确定了低硅铁尾矿微晶玻璃的工艺制度,同时在试验过程中采用先进的检测手段,对试样的微晶结构和理化性能进行分析研究,以获取制备工艺的先进性和合理性,为低硅铁尾矿的更有效利用提供技术支持和理论依据。经过广泛探索和大量的试验,确定了低硅铁尾矿制备微晶玻璃的最佳晶核剂和工艺参数。 实验表明,以低硅铁尾矿中的Fe_2O_3作为晶核剂不能有效使玻璃整体晶化。TiO_2和Cr_2O_3是该低硅铁尾矿的有效晶核剂,但用量偏大;当采用TiO_2+Cr_2O_3复合晶核剂时效果较为显著,且TiO_2与Cr_2O_3的添加量分别为2%和1%。基础玻璃熔制工艺最佳参数为:1100℃温度下一次加料,1450℃下熔制2小时。利用正交试验方法确定了低硅铁尾矿微晶玻璃最佳的工艺参数为:核化温度800℃、核化时间2h、晶化温度1140℃、晶化时间3h。 另外,本文还探讨和分析了影响低硅铁尾矿微晶玻璃颜色的因素和气泡产生的原因。并通过扫描电镜和偏光显微镜对试样的测试分析,对低硅铁尾矿微晶玻璃析晶机理也进行了初步探讨。


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