礦渣微晶玻璃的制備工藝與性能控制

1 緒論

1．1 引言

1．2 尾礦廢渣資源利用現(xiàn)狀

1．2．1 鐵尾礦資源利用現(xiàn)狀

1．2．2 粉煤灰資源利用狀況

1．2．3 硼泥資源利用狀況

1．2．4 鋼渣的綜合利用現(xiàn)狀

1．3 礦渣微晶玻璃

1．3．1 微晶玻璃

1．3．2 國外礦渣微晶玻璃的發(fā)展

1．3．3 國內(nèi)礦渣微晶玻璃的發(fā)展

1．3．4 礦渣微晶玻璃的主要類型

1．3．5 礦渣微晶玻璃的制備方法

1．3．6 礦渣微晶玻璃的結(jié)構(gòu)理論

1．3．7 礦渣微晶玻璃的析晶行為

1．3．8 燒結(jié)行為與析晶行為的相互作用

2 Ca0-A1203-Si02-Na20系燒結(jié)法微晶玻璃的析晶行為和性能

2．1 實(shí)驗(yàn)方法

2．1．1 燒結(jié)法微晶玻璃的制備方法

2．1．2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2．1．3 分析與測試

2．2 CaO-Al2O3-SiO2-Na，O系微晶玻璃組成設(shè)計(jì)

2．2．1 微晶玻璃組成設(shè)計(jì)依據(jù)

2．2．2 微晶玻璃組成設(shè)計(jì)方案

2．3 CaO一Al2O3-SiO2-Na2O系微晶玻璃的析晶行為研究

2．3．1 初始析晶溫度

2．3．2 析晶活化能

2．3．3 晶體生長方式

2．3．4 析晶相組成

2．3．5 紅外光譜分析

2．3．6 晶體結(jié)構(gòu)

2．4 CaO-Al2O3-SiO2-Na20系微晶玻璃的性能研究

2．4．1 表觀體積密度

2．4．2 顯微硬度

2．4．3 抗折強(qiáng)度

2．5 本章小結(jié)

3 Mg0、B2O3和Fe2O3對(duì)燒結(jié)法微晶玻璃析晶行為和性能的影響

3．1 微晶玻璃組成設(shè)計(jì)

3．2 MgO、B2O3和Fe2O3對(duì)微晶玻璃析晶行為的影響

3．2．1 MgO、B203和Fe203對(duì)初始析晶溫度的影響

3．2．2 MgO、B2O3和Fe2O3對(duì)析晶相組成的影響

3．2．3 紅外光譜分析

3．2．4 掃描電鏡分析

3．3 MgO、B2O3和Fe203對(duì)微晶玻璃性能的影響

3．3．1 表觀體積密度

3．3．2 顯微硬度

3．3．3 抗折強(qiáng)度

3．4 本章小結(jié)

4 利用鐵尾礦、硼泥和粉煤灰燒結(jié)法制備微晶玻璃的析晶行為和性能

4．1 礦渣微晶玻璃組成設(shè)計(jì)

4．2 不同原料配比條件下礦渣微晶玻璃的析晶行為

4．2．1 硼泥配入量對(duì)初始析晶溫度的影響

4．2．2 硼泥配入量對(duì)析晶相組成的影響

4．2．3 掃描電鏡分析

4．2．4 紅外光譜分析

4．2．5 穆斯堡爾譜分析

4．3 不同原料配比條件下礦渣微晶玻璃的性能

4．3．1 表觀體積密度

4．3．2 顯微硬度

4．3．3 抗折強(qiáng)度

4．4 不同晶化工藝條件下礦渣微晶玻璃的析晶行為

4．4．1 析晶溫度對(duì)礦渣微晶玻璃析晶行為的影響

4．4．2 析晶時(shí)間對(duì)礦渣微晶玻璃析晶行為的影響

4．5 不同晶化工藝條件下礦渣微晶玻璃的性能

4．5．1 析晶溫度對(duì)礦渣微晶玻璃性能的影響

4．5．2 析晶時(shí)間對(duì)礦渣微晶玻璃性能的影響

4．6 本章小結(jié)

5 堿土金屬氧化物對(duì)熔融法微晶玻璃析晶行為和性能的影響

5．1 熔融法制備微晶玻璃的方法

5．2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

5．2．1 組成設(shè)計(jì)依據(jù)

5．2．2 組成設(shè)計(jì)方案

5．2．3 實(shí)驗(yàn)制備過程

5．3 堿土金屬氧化物對(duì)微晶玻璃析晶行為的影響

5．3．1 堿土金屬氧化物對(duì)初始析晶溫度的影響

5．3．2 堿土金屬氧化物對(duì)微晶玻璃析晶相組成的影響

5．3．3 紅外光譜分析

5．3．4 晶體結(jié)構(gòu)

5．4 堿土金屬氧化物對(duì)微晶玻璃性能的影響

5．4 本章小結(jié)

6 熔融法工藝對(duì)微晶玻璃析晶行為和性能的影響

6．1 晶核劑對(duì)微晶玻璃析晶行為和性能的影響

6．1．1 晶核劑的設(shè)計(jì)

6．1．2 Cr2O3對(duì)微晶玻璃析晶行為的影響

6．1．3 Cr2O3對(duì)微晶玻璃性能的影響

6．2 組成對(duì)微晶玻璃析晶行為的影響

6．2．1 微晶玻璃組成設(shè)計(jì)

6．2．2 組成對(duì)微晶玻璃析晶溫度的影響

6．2．3 組成對(duì)微晶玻璃析晶相的影響

6．2．4 組成對(duì)微晶玻璃顯微結(jié)構(gòu)的影響

6．3 組成對(duì)微晶玻璃性能的影響

6．4 熱處理制度對(duì)微晶玻璃析晶行為的影響

6．4．1 熱處理制度的設(shè)計(jì)原則

6．4．2 熱處理制度的制定

6．5 熱處理制度對(duì)微晶玻璃析晶行為的影響

6．5．1 x線衍射分析

6．5．2 掃描電鏡分析

6．6 熱處理制度對(duì)微晶玻璃性能的影響

6．7 本章小結(jié)

7 堿土金屬氧化物對(duì)熔融法制備轉(zhuǎn)爐渣微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

7．1 研究方案

7．1．1 實(shí)驗(yàn)原料

7．1．2 制備工藝

7．1．3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

7．2 "para" label-module="para">

7．2．1 差熱分析

7．2．2 結(jié)構(gòu)分析

7．2．3 性能分析

7．3 "para" label-module="para">

7．3．1 差熱分析

7．3．2 結(jié)構(gòu)分析

7．3．3 性能分析

7．4 CaO和MgO對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響作用比較

7．4．1 差熱分析

7．4．2 結(jié)構(gòu)分析

7．4．3 性能分析

7．5 本章小結(jié)

8 鐵氧化物在轉(zhuǎn)爐渣微晶玻璃中的作用機(jī)制

8．1 研究方案

8．2 差熱分析

8．3 結(jié)構(gòu)分析

8．4 性能分析

8．5 本章小結(jié)

9 晶核劑對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

9．1 研究方案

9．2 CaF2對(duì)微晶玻璃的結(jié)構(gòu)和性能的影響

9．2．1 差熱分析

9．2．2 結(jié)構(gòu)分析

9．2．3 性能分析

9．3 Cr2O3對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

9．3．1 差熱分析

9．3．2 結(jié)構(gòu)分析

9．3．3 性能分析

9．4 本章小結(jié)

10 配料制度對(duì)轉(zhuǎn)爐渣微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

10．1 研究方案

10．1．1 原料條件

10．1．2 制備方法

10．2 差熱分析

10．3 結(jié)構(gòu)分析

10．4 性能分析

10．5 本章小結(jié)

11 熱處理制度對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

11．1 研究方案

11．2 熱處理制度對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

11．2．1 核化制度

11．2．2 晶化制度

11．3 冷卻制度對(duì)轉(zhuǎn)爐渣微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

11．3．1 結(jié)構(gòu)分析

11．3．2 性能分析

11．4 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)2100433B

《礦渣微晶玻璃的制備工藝與性能控制》總體來說，集中展現(xiàn)了東北大學(xué)鋼冶金與資源循環(huán)研究所在礦渣制備微晶玻璃方面的學(xué)術(shù)研究成果，詳細(xì)介紹了xRD、SEM—EDX、紅外光譜和穆斯堡爾譜等先進(jìn)測試手段在微晶玻璃結(jié)構(gòu)分析方面的作用，全面闡述了堿土金屬氧化物對(duì)微晶玻璃析晶行為和性能的作用機(jī)制，詳細(xì)論述了熔融法和燒結(jié)法微晶玻璃的制備工藝，以及成分配比和工藝制度對(duì)微晶玻璃析晶行為和性能的影響規(guī)律?！兜V渣微晶玻璃的制備工藝與性能控制》對(duì)實(shí)現(xiàn)尾礦廢渣的無害化綜合利用具有一定指導(dǎo)意義。

王藝慈副教授長期以來一直從事冶金領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作，致力于煉鐵原料及冶金資源綜合利用方面的研究。這本《包鋼高爐渣制備微晶玻璃的析晶行為》全書行文流暢、條理清楚，在本書中，王藝慈副教授針對(duì)包鋼高爐渣制備微晶玻璃的析晶行為，提出了一些新的觀點(diǎn)和方法，豐富和完善了高爐渣微晶玻璃制備理論，可為最終實(shí)現(xiàn)包鋼高爐渣微晶玻璃制備的工業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)信息和理論依據(jù)，同時(shí)也為利用冶金爐渣制備高附加值材料領(lǐng)域做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1礦渣微晶玻璃研究概況

1.1概述

1.2礦渣微晶玻璃的組成和類型

1.2.1礦渣微晶玻璃的組成

1.2.2礦渣微晶玻璃的類型

1.3礦渣微晶玻璃的發(fā)展概況

1.3.1國外發(fā)展概況

1.3.2國內(nèi)發(fā)展概況

1.4礦渣微晶玻璃主要生產(chǎn)工藝

1.4.1熔化和熱處理傳統(tǒng)二步法

1.4.2熔化和熱處理改良一步法

1.4.3直接冷卻一步法

1.4.4粉末技術(shù)與燒結(jié)法

1.4.5礦渣微晶玻璃基復(fù)合材料

1.5添加劑對(duì)微晶玻璃結(jié)晶性能的影響

1.5.1CaF2對(duì)微晶玻璃析晶的影響

1.5.2復(fù)合晶核劑對(duì)微晶玻璃析晶的影響

1.5.3堿金屬氧化物Na20、K20對(duì)微晶玻璃析晶的影響

1.5.4稀土氧化物對(duì)微晶玻璃析晶的影響

1.6礦渣微晶玻璃發(fā)展面臨的問題及應(yīng)用前景

參考文獻(xiàn)

2包鋼高爐渣礦物組成及特殊組分賦存狀態(tài)

2.1包鋼高爐渣的化學(xué)成分

2.2包鋼凝固高爐渣礦物組成及特殊組分賦存狀態(tài)

2.2.1巖相顯微鏡分析

2.2.2X射線衍射分析

2.2.3掃描電鏡及能譜分析

2.3小結(jié)

參考文獻(xiàn)

3基礎(chǔ)玻璃配方設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)玻璃組成的確定

3.2實(shí)驗(yàn)原料

3.3基礎(chǔ)玻璃的熔制

3.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)

4高爐渣中特殊組分對(duì)玻璃析晶行為的綜合影響

4.1特殊組分對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

4.2特殊組分對(duì)玻璃熱處理后結(jié)晶情況的影響

4.3特殊組分對(duì)玻璃熱處理后結(jié)晶礦物組成的影響

4.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)

5添加晶核劑Cr：O。時(shí)基礎(chǔ)玻璃的析晶行為

5，1添加Cr20，后基礎(chǔ)玻璃的核化、晶化溫度

5.2添加Cr203微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)

5.3添加Cr2O3微晶玻璃的晶相組成

5.4小結(jié)

6單一晶核劑對(duì)基礎(chǔ)玻璃析晶行為的影響

6.1礦渣微晶玻璃常用的晶核劑及其作用機(jī)理

6.2試驗(yàn)方案及微晶玻璃制備工藝

6.2.1試驗(yàn)方案

6.2.2熔融法制備微晶玻璃工藝

6.3晶核劑對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

6.3.1CaF2對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

6.3.2P2O5對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

6.3.3Fe2O3對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

6.3.4TiO2對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

6.3.5Cr2O3對(duì)基礎(chǔ)玻璃核化、晶化溫度的影響

6.4晶核劑對(duì)熱處理后試樣宏觀形貌的影響

6.5晶核劑對(duì)熱處理后試樣晶相組成及顯微結(jié)構(gòu)的影響

6.6微晶玻璃試樣抗折強(qiáng)度分析

6.7小結(jié)

參考文獻(xiàn)

7基礎(chǔ)玻璃的析晶動(dòng)力學(xué)分析

7.1基礎(chǔ)玻璃的DTA分析

7.2基礎(chǔ)玻璃的熱穩(wěn)定性分析

7.3晶體生長指數(shù)的計(jì)算分析

7.3.1添加2%Cr2O3基礎(chǔ)玻璃的晶體生長指數(shù)

7.3.2添加8%P2O5基礎(chǔ)玻璃的晶體生長指數(shù)

7.3.3添加8?F2基礎(chǔ)玻璃的晶體生長指數(shù)

7.3.4添加6?2O3基礎(chǔ)玻璃的晶體生長指數(shù)

7.3.5添加8%TiO2基礎(chǔ)玻璃的晶體生長指數(shù)

7.3.6添加4%P2O5基礎(chǔ)玻璃的晶體生長指數(shù)

7.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)

8復(fù)合晶核劑對(duì)玻璃析晶行為的影響

8.1復(fù)合晶核劑的選擇及優(yōu)化

8.2復(fù)合晶核劑對(duì)微晶玻璃抗折強(qiáng)度的影響

8.3復(fù)合晶核劑配比對(duì)微晶玻璃晶相組成的影響

8.4復(fù)合晶核劑配比對(duì)微晶玻璃顯微結(jié)構(gòu)的影響

8.5小結(jié)

9包鋼高爐渣制備微晶玻璃熱處理制度的優(yōu)化

9.1熱處理制度的確定依據(jù)

9.1.1試驗(yàn)原料

9.1.2基礎(chǔ)玻璃制備及DTA檢測

9.2熱處理后試樣性能的檢測方法

9.3一步法熱處理制度的優(yōu)化

9.3.1一步法熱處理制度的優(yōu)化方案

9.3.2不同升溫速率下熱處理試樣的SEM分析

9.3.3晶化時(shí)間對(duì)微晶玻璃顯微結(jié)構(gòu)及物理性能的影響

9.4二步法熱處理制度的優(yōu)化

9.4.1正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

9.4.2正交實(shí)驗(yàn)的極差分析

9.4.3正交實(shí)驗(yàn)的方差分析

9.4.4微晶玻璃的SEM分析

9.4.5微晶玻璃物理性能的檢測與分析

9.5一步法與二步法熱處理制度的比較

9.6小結(jié)

參考文獻(xiàn)

礦渣棉是以礦渣為主要原料，在熔化爐中熔化后獲得熔融物，經(jīng)進(jìn)一步加工得到的一種白色棉狀礦物纖維，具有保溫、隔聲等性能。生產(chǎn)礦渣棉主要有噴吹法和離心法兩種方法。原料在熔爐熔化流出，用蒸汽或壓縮空氣噴吹成礦渣棉的方法叫做噴吹法；原料在熔爐熔化后落在旋轉(zhuǎn)的圓盤上，用離心力甩成礦渣棉的方法叫做離心法。生產(chǎn)礦渣棉的主要原料是高爐渣，占80%～90%，燃料是焦炭。生產(chǎn)礦渣棉的工藝流程如圖所示。

采用高爐渣、錳鐵和鎳鐵等爐渣作礦渣棉原料可顯著降低生產(chǎn)能耗和成本，改善環(huán)境，同時(shí)有較好的經(jīng)濟(jì)效益。統(tǒng)計(jì)表明，建筑中每使用1t礦物棉絕熱制品，一年可節(jié)約1t石油。單位面積節(jié)煤率每年為11.91kg-標(biāo)煤/m²。隨著我國節(jié)能減排工作的不斷深入，礦棉制品及其應(yīng)用面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇。近20年來，能源供應(yīng)日趨緊張，建筑節(jié)能、防火、隔音降噪已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，礦棉制品作為新型建筑材料在建筑領(lǐng)域廣泛使用。

礦渣棉通常是用高速旋轉(zhuǎn)的四輥離心機(jī)將礦渣流體分離，并利用高速空氣或蒸汽流噴吹制成。礦渣棉含有較高的堿性氧化物，CaO會(huì)降低爐渣熔化溫度，噴吹時(shí)容易生成纖維。

含CaO高的無機(jī)纖維耐熱能差，硅酸鹽中的CaO還會(huì)與堿或水作用，發(fā)生溶解。當(dāng)纖維用于農(nóng)業(yè)上非溶液培養(yǎng)和溶液培養(yǎng)時(shí)，由于與纖維接觸的水會(huì)使pH值升高，這將影響植物的生長。另一方面，當(dāng)無機(jī)纖維生產(chǎn)所用原料不含CaO時(shí)，其熔點(diǎn)相當(dāng)高，這使纖維生產(chǎn)更困難，并增加生產(chǎn)成本。但使用含CaO較低的鐵合金爐渣生產(chǎn)礦渣棉纖維時(shí)，礦渣棉的制取比較容易而且成本很低。