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微波热处理制备含铬渣的矿渣微晶玻璃及其对结构的影响

李鑫  
【摘要】:本文以矿渣为主要原料制备了成本低、耐酸碱、理化性能优良的辉石相微晶玻璃。该种矿渣微晶玻璃成分主要由晶相与非晶相组成。利用矿渣制备微晶玻璃可以有效地将固体废弃物资源化,使固废成为一种工业原料被加以利用。在微波热处理制备微晶玻璃的前期研究中,人们一直致力于研究晶体的快速生长和结构性能的提高。然而,对非晶态的研究还很少。拉曼光谱是研究玻璃网络的最佳工具之一。拉曼光谱能准确地显示微晶玻璃制备过程中硅氧网络和碱金属离子的变化。通过这些变化,可以得到微晶玻璃的成核机理以及碱金属离子在制备过程中的作用。非晶态研究主要集中在玻璃网络上。本文以拉曼光谱为主要工具,研究了微波非热效应对玻璃网络和金属离子的影响,并探讨了其促进晶体生长的关系。采用微波热处理方法可以有效节约热处理时间,节省热处理过程中的能量消耗,降低生产成本。利用差示热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FEGSEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)及维氏硬度测试仪等检测设备,研究了微波非热效应对含铬渣的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)系矿渣微晶玻璃的晶相组成、显微结构及硬度性能的影响。利用拉曼光谱为主要工具,研究了微波非热效应在微波热处理制备微晶玻璃过程对金属离子扩散的影响从而对玻璃网络产生的解聚作用,为微波热处理微晶玻璃研究中的微波非热效应在晶体的形成和生长过程发挥的作用提供了理论依据。结果表明:采用微波热处理在短时间内成功制备含铬渣的矿渣微晶玻璃,主晶相与传统热处理的微晶玻璃样品相同,均为透辉石相。微波热处理的微晶玻璃样品与完全析晶的传统热处理样品拥有相似的微观结构,但微波热处理的微晶玻璃样品的晶体更大更致密。微波热处理制备的微晶玻璃样品在800~1200cm-1范围内Q1-Q4的峰位相对传统热处理样品发生蓝移,半高宽相对变窄,Q4的含量相对更少。微波非热效应增强微晶玻璃热处理过程中玻璃网络内铬、铁等金属离子的扩散作用,使其产生聚集沉淀析出作用,促使桥氧键的断裂程度更严重。在微晶玻璃的核化阶段,对传统样品和微波样品进行拉曼光谱检测,也发现了同样的趋势。核化微晶玻璃样品在800~1200cm-范围内Q1-Q4的峰位相对传统热处理样品发生蓝移,半高宽相对变窄。微波非热效应在微晶玻璃的核化阶段就通过增强铬、铁等金属离子的扩散,破坏玻璃网络结构中的桥氧键,从而对玻璃网络产生解聚作用,促使金属离子聚集沉淀析出大量晶核。


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