大比例熔融包钢高炉渣制备透辉石类微晶玻璃晶核剂的研究

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高炉渣主要由氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅等化学组分组成,其中这4种组分约占高炉渣总质量的90%,其化学成分与原始玻璃组成相近,且有害杂质含量少,是制造透辉石类微晶玻璃的理想原料,同时高炉渣中的 Fe2O3(FeO)、CaF2、TiO2等还可以作为微晶玻璃的有效晶核剂。透辉石(CaMg(SiO3)2)微晶玻璃,在化学稳定性、耐磨性、机械强度以及耐化学侵蚀性等方面均优于陶瓷地砖和天然石材,在建筑装饰材料方面可以替代传统的陶瓷地砖和天然花岗岩。  本研究以包钢钢铁公司6#高炉排放的高炉渣为主要原料,以少量的石英砂和纯化学试剂调整基础玻璃化学组分,采用熔融法制备大比例高炉渣微晶玻璃,研究晶核剂的种类和引入量对微晶玻璃析晶方式及性能的影响规律。首先通过Factsage6.2软件对考虑晶核剂成分在内的玻璃系统进行熔化温度(包括初熔温度、液相线温度)、粘度等计算,探明主晶相为透辉石且流动性良好的玻璃熔制及浇注温度条件,设计基础玻璃配方,其次,采用 DTA分析方法确定基础玻璃的热处理制度,采用XRD、SEM等方法分析热处理后微晶玻璃样品的析晶矿物组成、显微结构以及微晶玻璃的性能。分别研究了单一晶核剂ZrO2、Cr2O3、TiO2、Fe2O3和两种复合晶核剂Fe2O3+Cr2O3和Cr2O3+TiO2对微晶玻璃析晶行为和性能的影响规律。  研究结果表明:晶核剂 ZrO2可以促使高炉渣微晶玻璃整体析晶,当高炉渣的添加量为75%,ZrO2加入量为1%时,制备的高炉渣微晶玻璃以黄长石为主晶相,玻璃残余相较多,析晶效果不佳;晶核剂Cr2O3可以促使高炉渣微晶玻璃析出大量透辉石(CaMg(SiO3)2),当其添加量为1.5%-2%时,高炉渣的添加量为75%,便可得到预期的透辉石为主晶相,其晶粒大小约为2-3μm,分布均匀、致密,抗折强度为84.6-101.7MPa的高炉渣微晶玻璃;引入75%的包钢高炉渣,以少量的石英砂和纯化学试剂调整基础玻璃化学组分,并添加3%-5%的晶核剂 TiO2,制备出以黄长石为主晶相,次晶相为透辉石的微晶玻璃,晶体尺寸大小在5-10μm之间;当添加3% Fe2O3作晶核剂时,热处理后样品发生了整体析晶,成功制备出以黄长石为主晶相的高炉渣微晶玻璃,弯曲强度可达80.4MPa,机械性能优良;添加复合晶核剂Fe2O3+Cr2O3与TiO2+Cr2O3成功制备出透辉石类(CaMg(SiO3)2)微晶玻璃,且微晶玻璃性能优良,当添加2%Fe2O3+1%Cr2O3作晶核剂时,样品中析出大量分布均匀、致密的细小晶粒,尺寸大小在0.5μm以下,弯曲强度达到126.3MPa;当添加3%TiO2+1%Cr2O3作晶核剂时,样品中析出大量均匀分布的柱状晶体,尺寸大小在1μm以下,弯曲强度达到114.7MPa。
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