用高炉矿渣制备泡沫微晶玻璃

【摘要】高炉矿渣是目前我国得到冶金工业中排放量很大的一种废弃物,虽然其可以作为水泥的原材料,但还有很多没有得到充分利用,矿渣的大量堆积会占用成片土地、污染环境,因其中有大量的氧化钙、氧化硅等与玻璃原料相近的成分,具有潜在的利用价值,通过添加一些适量的助剂,按照一定的热处理制度,可以制备得到泡沫微晶玻璃等制品,集中了泡沫玻璃和微晶玻璃的优点,具有密度小、热膨胀系数小、机械强度高、化学稳定性优良等特点,既解决了资源浪费、污染环境的问题,也生产了可应用到人们生活中的优良产品,提高了高炉矿渣再利用的附加值。本文主要探索了宝钢钢铁集团的高炉冶炼废渣制备泡沫微晶玻璃的可行性,使用高炉矿渣和碎玻璃作为制备的原料,采用TiO2、ZrO2和CaF2作为复合晶核剂,主要研究高炉矿渣的含量、发泡剂的种类和含量、稳泡剂的含量、助熔剂的含量、核化的温度和时间以及晶化的温度和时间等几个方面的调整对泡沫微晶玻璃性能的影响。通过体积密度、吸水率、抗弯强度、化学稳定性、红外光谱分析、热膨胀系数、XRD衍射图谱等测试来表征泡沫微晶玻璃的性能变化,由此确定了制备泡沫微晶玻璃的最佳条件。发泡温度与试样中气泡结构的分布有较大影响,发泡温度高于980℃后,试样中发泡剂形成的气泡会容易流动,会形成连通孔,使发泡分布不均匀,影响性能；而在发泡温度低于980℃时,试样中虽有气泡形成,但其泡径较小,气泡壁较厚,同样不能达到良好的性能。发泡时间影响气泡的大小,在发泡时间大于30mmin时,试样中的小气泡不断上升汇聚成大气泡,形成连通孔；如果发泡时间不足30min,就不能够使发泡剂充分发挥作用,而成为杂质,影响试样性能。由此确定最佳的发泡温度为980℃,发泡时间为30min。试样中矿渣含量的增加,有利于提高其利用率,但矿渣含量的增加量有一定限制,否则会对试样的性能造成不良影响。在矿渣含量为50%时,泡沫微晶玻璃的综合性能是最好的,其体积密度为788kg/m3,吸水率为2.71%,抗弯强度为14.20MPa,在酸液中质量变化率最大为0.81%,在碱液中质量变化率最大为0.53%,其在50℃～300℃的平均热膨胀系数为8.6452×10-6/℃。不同的发泡剂对试样的发泡情况有不同的影响,要根据配合料选择不同的发泡剂,经过对比发现,在引入矿渣50%时,选用CaCO3作为发泡剂得到的试样性能相对较好,且不会造成发泡剂的浪费,其最佳掺入量为5%-6%,试样的体积密度为788～802kg/m3,吸水率为2.58～2.71%,抗弯强度为14.50～14.75MPa,在酸液中的质量变化率为1.08～1.12%,在碱液中的质量变化率为0.36～0.38%,其在50℃～300℃的平均热膨胀系数为8.6452×10-6/℃。除发泡剂外,稳泡剂和助熔剂的掺入量变化也会影响试样的性能。稳泡剂为磷酸三钠,最佳掺入量为5～7%,试样的体积密度为788～822kg/m3,吸水率为2.46～2.71%,抗弯强度为4.20～4.68MPa；助熔剂选用硼砂,最佳掺入量为7-8%,试样的体积密度为763～788kg/3,吸水率为2.71～2.88%,抗弯强度为13.74～14.20MPa。微晶化处理过程会影响试样中的晶粒数量和大小,通过此来影响试样的性能,分析试样的XRD衍射图谱,试样中析出的主晶相为透辉石Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6,还有少量的斜辉石Ca(Ti,Mg,Al)(Si,Al)2O6。根据单因素试验分析,确定最佳的核化温度为750℃,核化时间为3h,晶化温度为950℃,晶化时间为2h。
【作者】时冬霓；
【导师】宁伟；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】高炉矿渣；泡沫微晶玻璃；添加剂；微晶化；抗弯强度；

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