钢渣协同其他冶金固废制备微晶玻璃及强化机理研究

It is a high value-added and ecological way to prepare glass-ceramics by using the metallurgical solid secondary resources. The group is going to focus on the research of preparing high-performance glass-ceramics with the starting materials of main steel slag and other metallurgical solid wastes based on previous study. The contents of this project contain: (1) The components and structure characteristics of metallurgical solid wastes will be studied by DSC, XRD, XRF, polarizing microscope image-analyzer, and other research techniques. The feasible of preparing of glass-ceramics with different kinds and proportions of metallurgical materials will also be analyzed. (2) On one side of external strengthening, the steel slag basing glass-ceramics system will be studied with the assistance of FactSage software and atlas. The important parameter of special sintering will also be discussed in detail in present program. (3) On the other side of internal strengthening, the rules of secondary extracting ferrum and coefficient of the three agents will be founded through the analysis of microscopic behaviors of nucleant, modifier and reinforcer. The parameters of thermal treatment, glass matrix, crystal component, microstructure effects on the crystallization and mechanical properties will be studied by TEM, EDX, FTIR, Raman, etc. This results will also provide more information for the study of kinetics. In conclusion, this program will provide fundament theories and research methods on preparing of high-performance glass-ceramics by using the metallurgical solid wasters and also provide a direction and support on the preparing of ceramic materials with the same staring materials.

利用冶金固体二次资源制备微晶玻璃等陶瓷材料是冶金固废的一种生态和高附加值利用方式。课题组在前期研究的基础上，拟对钢渣协同其他冶金固废制备高性能微晶玻璃过程中若干关键基础问题开展研究：（1）采用DSC、XRD、XRF、偏光显微镜图像分析仪等手段研究冶金固废矿相组成特征和微晶玻璃的制备可行性分析；（2）外在强化方面，借助FactSage软件和相图集对钢渣微晶玻璃体系研究。对微波熔融特种烧结工艺中重要影响因素及其烧结机理进行研究；（3）内在强化方面，通过分析晶核剂、改质剂、强化剂在制备微晶玻璃过程中的微观行为，摸清基础玻璃二次提铁行为和三剂对微晶玻璃协同效应。采用TEM、EDX、FTIR、Raman等分析方法对热处理制度、玻璃基体、晶相组成结构对玻璃析晶和机械性能的影响研究，充实冶金固废制备微晶玻璃的动力学研究。

冶金固废主要包括高炉渣、转炉渣、电炉渣、粉煤灰等，随着我国环境保护意识和国家可持续发展战略的要求，冶金渣的资源化利用已经成为钢铁工业的重要研究课题。.（1）利用电炉还原渣为主要原料，配加滑石、石英砂等原料，采用烧结法成功制备了具有良好力学性能的电炉渣微晶玻璃，采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）等测试手段，对微晶玻璃的物相组成和显微结构进行分析，研究了不同MgO/Al2O3质量比对微晶玻璃的影响情况。.（2）利用Kissinger和Ozawa两种方法分别对微晶玻璃的析晶动力学进行了研究，得到微晶玻璃的析晶活化能E的范围在415.97–575.98kJ·mol-1之间，随着MgO/Al2O3质量比的降低，微晶玻璃的析晶活化能呈现出降低的趋势。.（3）利用高炉渣、转炉渣、河砂为原料，制备不同碱度的微晶玻璃材料，研究了利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的可行性。.（4）利用钢渣与赤泥的不同配比，可以制备出力学性能和吸水率都比较好的陶瓷材料，当钢渣渣掺量介于20%～50%，成品抗折强度均＞70 MPa。Si 含量的升高可以明显降低样品的液相生成温度，加剧高铁陶瓷体系气泡的生成，但有利于钢渣中Mn进入液相显色；Al含量的提高可以提高样品烧结温度，改善收缩率，但不利于陶瓷的液相生成和显色，对陶瓷的力学性能有不利影响。Mn和Fe对陶瓷坯体材料的表观形貌、致密化程度和抗折强度的影响表现出相反的趋势。.（5）以钢渣为主要原料，配加黏土、石英和滑石等原料，制备物理机械性能良好的钢渣陶瓷，采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）等测试手段，研究了不同MgO/Al2O3比对钢渣陶瓷显微结构和晶相组成等方面的影响情况，利用FactSage软件对不同MgO/Al2O3比条件下钢渣陶瓷的坯体黏度进行了预测。.（6）利用粉煤灰替代钢渣陶瓷基础配方中的石英和长石，粉煤灰的最大替代量应该在15 wt%，抗折强度和吸水率分别为43.37MPa和0.03%，烧结温度范围由1130-1135℃拓宽至1135-1150℃，固废添加量可以达到50 wt%。