铁价态及气氛对黄磷炉渣微晶玻璃析晶的影响及应用

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人类社会的发展,促使了现代工业的崛起,在为人类提供各种物质需求的同时,也产生了大量的工业固废。黄磷炉渣与铜渣分别是黄磷生产与铜冶炼过程中所产生的工业固废,怎样实现其无害化、资源化是一项亟待研究的课题。本研究以自然冷却黄磷炉渣为原料,通过加入一定量的SiO2与Al2O3作为辅料,熔融法制备了黄磷炉渣微晶玻璃,探究了铁价态对黄磷炉渣微晶玻璃析晶的影响,设计了黄磷炉渣与铜冶炼水淬渣原料组成;根据原料组成,制备了黄磷炉渣-铜渣微晶玻璃,确定了黄磷炉渣与铜渣的最佳原料配比;基于最佳原料配比,选取氧化性、惰性和还原性三种气氛,考察三种气氛对黄磷炉渣-铜渣微晶玻璃制备的影响。本文旨在确定黄磷炉渣与铜渣最佳配比,通过考察不同气氛对制备微晶玻璃的影响,探究铁的价态对黄磷炉渣微晶玻璃的析晶影响,得到最佳性能的微晶玻璃的同时并减少能耗,为黄磷炉渣与铜渣制备微晶玻璃、实现对含铁工业废渣的资源化利用提供参考。结果发现:当FeO添加量在7 wt%时,基础玻璃的析晶能力最强,Fe2O3添加量在1wt%时,基础玻璃的析晶能力最强。加入晶核剂FeO的微晶玻璃其析晶能力要强于加入Fe2O3的微晶玻璃,Fe2+比Fe3+更加有利于微晶玻璃的析晶。在相同的冷却方式下,熔融时间为1 h的基础玻璃的析晶活化能最小;在相同的熔融时间下,水淬条件下的基础玻璃的析晶活化能明显高于自然冷却条件下的基础玻璃。熔融时间和冷却方式对微晶玻璃的晶相类型并未产生影响,主晶相皆为含铁透辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6),次晶相为硅灰石(CaSiO3)。通过探究发现,熔融时间为2 h、冷却方式为自然冷却条件下,制备的微晶玻璃综合性能最佳。当黄磷炉渣:铜渣=2:1时,黄磷炉渣-铜渣微晶玻璃的析晶活化能最小,为436.57kJ/mol,其主晶相为含铁透辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6),次晶相为硅灰石(CaSiO3),微晶玻璃的性能最佳。在最佳原料配比下,并分别通入氮气、空气和一氧化碳三种气氛,制得的基础玻璃的析晶活化能分别为431.52 kJ/mol、530.19 kJ/mol和351.57 kJ/mol,与前期研究相比,三组基础玻璃的析晶活化能分别没有明显差异、明显增大和明显减小。三种气氛下制备的微晶玻璃的主晶相皆为含铁透辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6);但是空气气氛下制得的微晶玻璃的次晶相为铁钙辉石(CaFe+2Si2O6);一氧化碳气氛下制得的微晶玻璃的次晶相为辉石(Ca(Fe,Mg)Si2O6。三组微晶玻璃中,一氧化碳气氛下制得的微晶玻璃其密度最大、吸水率最小、耐腐蚀性最好,其综合性能最佳。
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