不同高炉渣和粉煤灰配比的微晶玻璃制备工艺及性能研究

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高炉渣是一种废渣,冶金工业中排放量很大。目前,高炉炉渣水淬后主要用于生产水泥和矿渣微粉。这种利用路径有很多缺点,如投资大,低产品附加值,和低效利用炉渣热。而粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排除的一种工业废渣。如果随意排放,会污染环境和资源造成浪费。高炉渣和粉煤灰在化学组成上互补,是制备建筑装饰微晶玻璃的最佳原料选择。因此,开展高炉渣和粉煤灰协同制备微晶玻璃的基础研究,具有重大意义。首先,本文设计辉石为主晶相的基础玻璃配方,利用热力学软件计算基础玻璃组份点。在添加2.0wt%Cr2O3和4wt%Fe2O3晶核剂的条件下,制备基础玻璃。采用DSC分析法确定热处理制度,通过X射线衍射、扫描电镜等对热处理后的样品进行析晶矿物组成和显微结构分析。同时,研究了以熔融态高炉渣为原料制备基础玻璃液的补热问题,目的是充分利用高炉渣的热能及降低熔融法制备微晶玻璃的能耗。通过研究发现,配加65%高炉渣+15%粉煤灰+20%石英砂和70%高炉渣+5%粉煤灰+25%石英砂的两组试样,分别在777℃、941℃核化温度和934℃、941℃晶化温度下,制得的微晶玻璃晶粒细小,晶相分布均匀,晶体形貌发育好;抗折强度最高,分别是178.20MPa和178.17MPa;维氏硬度达到了最高,分别是818HV和812HV;吸水率较低,分别为0.12%和0.13%;耐酸性较高,分别为99.6%和99.9%;耐碱性较高,分别为99.6%和99.8%:制备的微晶玻璃与当前国内研究相比处于中上水平。通过对微晶玻璃补热问题的热力学计算,得到熔制1kg1500℃的玻璃液除了热态1400℃的高炉渣带入的物理热和冷态粉煤灰中残余碳燃烧放出的化学热外,还需要从外界分别补充479.30kJ、337.50kJ、261.90kJ、628.70kJ、425.83kJ的热量。补充热量分别占玻璃液总热量的32.50%、22.98%、18.21%、40.54%、29.10%。可见,以热态高炉渣和粉煤灰主要原料制备微晶玻璃,将大大降低熔融法制备微晶玻璃工艺过程的能耗。本文研究结果为高炉渣和粉煤灰两种固废资源的循环再利用提供了一种可行的方案,并且提升了高炉渣微晶玻璃的性能和高炉渣的利用率,为其工业化生产提供了重要的参考价值和指导意义。
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