矿渣微晶玻璃的制备工艺与性能控制

1 绪论

1．1 引言

1．2 尾矿废渣资源利用现状

1．2．1 铁尾矿资源利用现状

1．2．2 粉煤灰资源利用状况

1．2．3 硼泥资源利用状况

1．2．4 钢渣的综合利用现状

1．3 矿渣微晶玻璃

1．3．1 微晶玻璃

1．3．2 国外矿渣微晶玻璃的发展

1．3．3 国内矿渣微晶玻璃的发展

1．3．4 矿渣微晶玻璃的主要类型

1．3．5 矿渣微晶玻璃的制备方法

1．3．6 矿渣微晶玻璃的结构理论

1．3．7 矿渣微晶玻璃的析晶行为

1．3．8 烧结行为与析晶行为的相互作用

2 Ca0-A1203-Si02-Na20系烧结法微晶玻璃的析晶行为和性能

2．1 实验方法

2．1．1 烧结法微晶玻璃的制备方法

2．1．2 实验设备

2．1．3 分析与测试

2．2 CaO-Al2O3-SiO2-Na，O系微晶玻璃组成设计

2．2．1 微晶玻璃组成设计依据

2．2．2 微晶玻璃组成设计方案

2．3 CaO一Al2O3-SiO2-Na2O系微晶玻璃的析晶行为研究

2．3．1 初始析晶温度

2．3．2 析晶活化能

2．3．3 晶体生长方式

2．3．4 析晶相组成

2．3．5 红外光谱分析

2．3．6 晶体结构

2．4 CaO-Al2O3-SiO2-Na20系微晶玻璃的性能研究

2．4．1 表观体积密度

2．4．2 显微硬度

2．4．3 抗折强度

2．5 本章小结

3 Mg0、B2O3和Fe2O3对烧结法微晶玻璃析晶行为和性能的影响

3．1 微晶玻璃组成设计

3．2 MgO、B2O3和Fe2O3对微晶玻璃析晶行为的影响

3．2．1 MgO、B203和Fe203对初始析晶温度的影响

3．2．2 MgO、B2O3和Fe2O3对析晶相组成的影响

3．2．3 红外光谱分析

3．2．4 扫描电镜分析

3．3 MgO、B2O3和Fe203对微晶玻璃性能的影响

3．3．1 表观体积密度

3．3．2 显微硬度

3．3．3 抗折强度

3．4 本章小结

4 利用铁尾矿、硼泥和粉煤灰烧结法制备微晶玻璃的析晶行为和性能

4．1 矿渣微晶玻璃组成设计

4．2 不同原料配比条件下矿渣微晶玻璃的析晶行为

4．2．1 硼泥配入量对初始析晶温度的影响

4．2．2 硼泥配入量对析晶相组成的影响

4．2．3 扫描电镜分析

4．2．4 红外光谱分析

4．2．5 穆斯堡尔谱分析

4．3 不同原料配比条件下矿渣微晶玻璃的性能

4．3．1 表观体积密度

4．3．2 显微硬度

4．3．3 抗折强度

4．4 不同晶化工艺条件下矿渣微晶玻璃的析晶行为

4．4．1 析晶温度对矿渣微晶玻璃析晶行为的影响

4．4．2 析晶时间对矿渣微晶玻璃析晶行为的影响

4．5 不同晶化工艺条件下矿渣微晶玻璃的性能

4．5．1 析晶温度对矿渣微晶玻璃性能的影响

4．5．2 析晶时间对矿渣微晶玻璃性能的影响

4．6 本章小结

5 碱土金属氧化物对熔融法微晶玻璃析晶行为和性能的影响

5．1 熔融法制备微晶玻璃的方法

5．2 实验设计

5．2．1 组成设计依据

5．2．2 组成设计方案

5．2．3 实验制备过程

5．3 碱土金属氧化物对微晶玻璃析晶行为的影响

5．3．1 碱土金属氧化物对初始析晶温度的影响

5．3．2 碱土金属氧化物对微晶玻璃析晶相组成的影响

5．3．3 红外光谱分析

5．3．4 晶体结构

5．4 碱土金属氧化物对微晶玻璃性能的影响

5．4 本章小结

6 熔融法工艺对微晶玻璃析晶行为和性能的影响

6．1 晶核剂对微晶玻璃析晶行为和性能的影响

6．1．1 晶核剂的设计

6．1．2 Cr2O3对微晶玻璃析晶行为的影响

6．1．3 Cr2O3对微晶玻璃性能的影响

6．2 组成对微晶玻璃析晶行为的影响

6．2．1 微晶玻璃组成设计

6．2．2 组成对微晶玻璃析晶温度的影响

6．2．3 组成对微晶玻璃析晶相的影响

6．2．4 组成对微晶玻璃显微结构的影响

6．3 组成对微晶玻璃性能的影响

6．4 热处理制度对微晶玻璃析晶行为的影响

6．4．1 热处理制度的设计原则

6．4．2 热处理制度的制定

6．5 热处理制度对微晶玻璃析晶行为的影响

6．5．1 x线衍射分析

6．5．2 扫描电镜分析

6．6 热处理制度对微晶玻璃性能的影响

6．7 本章小结

7 碱土金属氧化物对熔融法制备转炉渣微晶玻璃结构和性能的影响

7．1 研究方案

7．1．1 实验原料

7．1．2 制备工艺

7．1．3 实验设计

7．2 "para" label-module="para">

7．2．1 差热分析

7．2．2 结构分析

7．2．3 性能分析

7．3 "para" label-module="para">

7．3．1 差热分析

7．3．2 结构分析

7．3．3 性能分析

7．4 CaO和MgO对微晶玻璃结构和性能的影响作用比较

7．4．1 差热分析

7．4．2 结构分析

7．4．3 性能分析

7．5 本章小结

8 铁氧化物在转炉渣微晶玻璃中的作用机制

8．1 研究方案

8．2 差热分析

8．3 结构分析

8．4 性能分析

8．5 本章小结

9 晶核剂对微晶玻璃结构和性能的影响

9．1 研究方案

9．2 CaF2对微晶玻璃的结构和性能的影响

9．2．1 差热分析

9．2．2 结构分析

9．2．3 性能分析

9．3 Cr2O3对微晶玻璃结构和性能的影响

9．3．1 差热分析

9．3．2 结构分析

9．3．3 性能分析

9．4 本章小结

10 配料制度对转炉渣微晶玻璃结构和性能的影响

10．1 研究方案

10．1．1 原料条件

10．1．2 制备方法

10．2 差热分析

10．3 结构分析

10．4 性能分析

10．5 本章小结

11 热处理制度对微晶玻璃结构和性能的影响

11．1 研究方案

11．2 热处理制度对微晶玻璃结构和性能的影响

11．2．1 核化制度

11．2．2 晶化制度

11．3 冷却制度对转炉渣微晶玻璃结构和性能的影响

11．3．1 结构分析

11．3．2 性能分析

11．4 本章小结

参考文献2100433B

《矿渣微晶玻璃的制备工艺与性能控制》总体来说，集中展现了东北大学钢冶金与资源循环研究所在矿渣制备微晶玻璃方面的学术研究成果，详细介绍了xRD、SEM—EDX、红外光谱和穆斯堡尔谱等先进测试手段在微晶玻璃结构分析方面的作用，全面阐述了碱土金属氧化物对微晶玻璃析晶行为和性能的作用机制，详细论述了熔融法和烧结法微晶玻璃的制备工艺，以及成分配比和工艺制度对微晶玻璃析晶行为和性能的影响规律。《矿渣微晶玻璃的制备工艺与性能控制》对实现尾矿废渣的无害化综合利用具有一定指导意义。

王艺慈副教授长期以来一直从事冶金领域的教学与科研工作，致力于炼铁原料及冶金资源综合利用方面的研究。这本《包钢高炉渣制备微晶玻璃的析晶行为》全书行文流畅、条理清楚，在本书中，王艺慈副教授针对包钢高炉渣制备微晶玻璃的析晶行为，提出了一些新的观点和方法，丰富和完善了高炉渣微晶玻璃制备理论，可为最终实现包钢高炉渣微晶玻璃制备的工业化生产提供基础信息和理论依据，同时也为利用冶金炉渣制备高附加值材料领域做出了应有的贡献。

1矿渣微晶玻璃研究概况

1.1概述

1.2矿渣微晶玻璃的组成和类型

1.2.1矿渣微晶玻璃的组成

1.2.2矿渣微晶玻璃的类型

1.3矿渣微晶玻璃的发展概况

1.3.1国外发展概况

1.3.2国内发展概况

1.4矿渣微晶玻璃主要生产工艺

1.4.1熔化和热处理传统二步法

1.4.2熔化和热处理改良一步法

1.4.3直接冷却一步法

1.4.4粉末技术与烧结法

1.4.5矿渣微晶玻璃基复合材料

1.5添加剂对微晶玻璃结晶性能的影响

1.5.1CaF2对微晶玻璃析晶的影响

1.5.2复合晶核剂对微晶玻璃析晶的影响

1.5.3碱金属氧化物Na20、K20对微晶玻璃析晶的影响

1.5.4稀土氧化物对微晶玻璃析晶的影响

1.6矿渣微晶玻璃发展面临的问题及应用前景

参考文献

2包钢高炉渣矿物组成及特殊组分赋存状态

2.1包钢高炉渣的化学成分

2.2包钢凝固高炉渣矿物组成及特殊组分赋存状态

2.2.1岩相显微镜分析

2.2.2X射线衍射分析

2.2.3扫描电镜及能谱分析

2.3小结

参考文献

3基础玻璃配方设计

3.1基础玻璃组成的确定

3.2实验原料

3.3基础玻璃的熔制

3.4小结

参考文献

4高炉渣中特殊组分对玻璃析晶行为的综合影响

4.1特殊组分对基础玻璃核化、晶化温度的影响

4.2特殊组分对玻璃热处理后结晶情况的影响

4.3特殊组分对玻璃热处理后结晶矿物组成的影响

4.4小结

参考文献

5添加晶核剂Cr：O。时基础玻璃的析晶行为

5，1添加Cr20，后基础玻璃的核化、晶化温度

5.2添加Cr203微晶玻璃的显微结构

5.3添加Cr2O3微晶玻璃的晶相组成

5.4小结

6单一晶核剂对基础玻璃析晶行为的影响

6.1矿渣微晶玻璃常用的晶核剂及其作用机理

6.2试验方案及微晶玻璃制备工艺

6.2.1试验方案

6.2.2熔融法制备微晶玻璃工艺

6.3晶核剂对基础玻璃核化、晶化温度的影响

6.3.1CaF2对基础玻璃核化、晶化温度的影响

6.3.2P2O5对基础玻璃核化、晶化温度的影响

6.3.3Fe2O3对基础玻璃核化、晶化温度的影响

6.3.4TiO2对基础玻璃核化、晶化温度的影响

6.3.5Cr2O3对基础玻璃核化、晶化温度的影响

6.4晶核剂对热处理后试样宏观形貌的影响

6.5晶核剂对热处理后试样晶相组成及显微结构的影响

6.6微晶玻璃试样抗折强度分析

6.7小结

参考文献

7基础玻璃的析晶动力学分析

7.1基础玻璃的DTA分析

7.2基础玻璃的热稳定性分析

7.3晶体生长指数的计算分析

7.3.1添加2%Cr2O3基础玻璃的晶体生长指数

7.3.2添加8%P2O5基础玻璃的晶体生长指数

7.3.3添加8�F2基础玻璃的晶体生长指数

7.3.4添加6�2O3基础玻璃的晶体生长指数

7.3.5添加8%TiO2基础玻璃的晶体生长指数

7.3.6添加4%P2O5基础玻璃的晶体生长指数

7.4小结

参考文献

8复合晶核剂对玻璃析晶行为的影响

8.1复合晶核剂的选择及优化

8.2复合晶核剂对微晶玻璃抗折强度的影响

8.3复合晶核剂配比对微晶玻璃晶相组成的影响

8.4复合晶核剂配比对微晶玻璃显微结构的影响

8.5小结

9包钢高炉渣制备微晶玻璃热处理制度的优化

9.1热处理制度的确定依据

9.1.1试验原料

9.1.2基础玻璃制备及DTA检测

9.2热处理后试样性能的检测方法

9.3一步法热处理制度的优化

9.3.1一步法热处理制度的优化方案

9.3.2不同升温速率下热处理试样的SEM分析

9.3.3晶化时间对微晶玻璃显微结构及物理性能的影响

9.4二步法热处理制度的优化

9.4.1正交实验设计

9.4.2正交实验的极差分析

9.4.3正交实验的方差分析

9.4.4微晶玻璃的SEM分析

9.4.5微晶玻璃物理性能的检测与分析

9.5一步法与二步法热处理制度的比较

9.6小结

参考文献

矿渣棉是以矿渣为主要原料，在熔化炉中熔化后获得熔融物，经进一步加工得到的一种白色棉状矿物纤维，具有保温、隔声等性能。生产矿渣棉主要有喷吹法和离心法两种方法。原料在熔炉熔化流出，用蒸汽或压缩空气喷吹成矿渣棉的方法叫做喷吹法；原料在熔炉熔化后落在旋转的圆盘上，用离心力甩成矿渣棉的方法叫做离心法。生产矿渣棉的主要原料是高炉渣，占80%～90%，燃料是焦炭。生产矿渣棉的工艺流程如图所示。

采用高炉渣、锰铁和镍铁等炉渣作矿渣棉原料可显著降低生产能耗和成本，改善环境，同时有较好的经济效益。统计表明，建筑中每使用1t矿物棉绝热制品，一年可节约1t石油。单位面积节煤率每年为11.91kg-标煤/m²。随着我国节能减排工作的不断深入，矿棉制品及其应用面临巨大的发展机遇。近20年来，能源供应日趋紧张，建筑节能、防火、隔音降噪已成为人们关注的焦点，矿棉制品作为新型建筑材料在建筑领域广泛使用。

矿渣棉通常是用高速旋转的四辊离心机将矿渣流体分离，并利用高速空气或蒸汽流喷吹制成。矿渣棉含有较高的碱性氧化物，CaO会降低炉渣熔化温度，喷吹时容易生成纤维。

含CaO高的无机纤维耐热能差，硅酸盐中的CaO还会与碱或水作用，发生溶解。当纤维用于农业上非溶液培养和溶液培养时，由于与纤维接触的水会使pH值升高，这将影响植物的生长。另一方面，当无机纤维生产所用原料不含CaO时，其熔点相当高，这使纤维生产更困难，并增加生产成本。但使用含CaO较低的铁合金炉渣生产矿渣棉纤维时，矿渣棉的制取比较容易而且成本很低。