鋼渣—金尾礦復合微晶玻璃的制備及性能研究

胡文廣 崔凱旋 王健健 郝建林 孫明杰

摘要：本文利用鋼渣和金尾礦兩種固體廢棄物為主要原料，不加入形核劑和助熔劑，采用高溫熔融法制備微晶玻璃，并對制備的微晶玻璃進行了DTA和XRD 測試分析。結果表明：在鋼渣和金尾礦總量達到90%時仍能得到析晶良好的微晶玻璃，其主晶相為普通輝石，次晶相為透輝石，晶粒形狀為顆粒狀和塊狀。當鋼渣含量為70%，金尾礦摻量為20%獲得的微晶玻璃性能最佳，其抗折強度達到171.7 MPa，密度達到2.8g/cm3，并有較好的化學穩定性。

關鍵詞：鋼渣；金尾礦；微晶玻璃；性能分析

我國是世界上鋼鐵產量最大的國家。每年的鋼渣排放量約為粗鋼產量的15～20%[1]。金尾礦是金礦石經粉碎選礦或提金工藝后排出的一種固體廢渣，鋼渣和金尾礦的堆棄給企業以及環境造成了巨大影響。

微晶玻璃（glassceramic）機械強度高、熱穩定性好、耐磨、耐腐蝕并且無放射性。國內外專家學者對怎樣利用鋼渣制備微晶玻璃 [2][3]和怎樣利用金尾礦制備微晶玻璃[4][5]進行了研究，但沒有發現同時利用鋼渣和金尾礦制備微晶玻璃的相關研究。本文創新性的利用鋼渣和金尾礦為主料制備全固廢微晶玻璃，并且得到的樣品機械性能良好，化學性能穩定，可適用于建筑裝飾等領域。

1 實驗配方設計

鋼渣是高鈣硅廢渣，金尾礦是高硅鋁廢渣，通過加入其它固體廢棄物添加劑調整各含量的平衡，金尾礦中含有部分氧化鐵，氧化鐵能作為一種晶核劑從而有利于微晶玻璃析晶。從而可以減少外添加劑的用量，提高鋼渣和金尾礦的整體用量。本實驗優選出6組配方如表1。

2 實驗結果與分析

2.1 核化溫度和晶化溫度的確定

圖1為六組實驗得到的基礎玻璃DTA曲線，從中我們可以看出六組樣品在650℃～700℃之間有微弱的吸熱谷，在800℃～900℃之間有明顯的放熱峰，前者表示此溫度區間可能有晶核形成，后者表示晶粒在此區間長大。所以根據六組基礎玻璃的DTA曲線可以初步確定試樣的核化溫度為680℃，晶化溫度為860℃。

2.2 微晶玻璃的物相分析

從圖2中可以看出，六組配方制備的微晶玻璃的主晶相都為普通輝石Ca（MgFe）Si2O6，次晶相為透輝石Ca（MgAl）（SiAl）2O6，其中1#和2#樣品中還含有鎂硅鈣石相Ca3Mg（SiO4）[6]2。隨著金尾礦摻量的增加，主晶相和次晶相的析出量都逐漸增加，體系中的部分鈣離子會被鋁離子和鐵離子取代，從而鎂硅鈣石相Ca3Mg（SiO4）2會逐漸減少，到3#樣品時已幾乎沒有析出。

2.3 性能分析

由表2可以看出，抗折強度和密度大小都隨著配方的變化先增加后降低，其中4#樣品的抗折強度和密度最高，分別達到171.7MPa和2.8g/cm3。1#6#樣品在酸溶液中的質量損失率逐漸較小，而在堿溶液中則規律相反，這是由于隨著金尾礦摻加量增加使SiO2含量越來越高，SiO2是一種酸性氧化物，酸性氧化物的含量增加會逐漸降低微晶玻璃的耐堿性和提高微晶玻璃的耐酸性。

3 結論

1）復合利用鋼渣和金尾礦兩種工業廢渣在不添加任何形核劑和助熔劑的情況下，用熔融法制備微晶玻璃可行；

2）鋼渣和金尾礦總用量達到90%，樣品主晶相為普通輝石，次晶相為透輝石；

3）當鋼渣摻量為70%，金尾礦摻量為20%時獲得的微晶玻璃各項性能最優，抗折強度可達171.7 MPa，密度達到28g/cm3。

參考文獻：

[1]劉文麗，杜曉瑋.淺談鋼渣的綜合利用途徑[J].能源與節能，2011（4）：5557.

[2]封鑒秋，譚偉，李素平.鋼渣粉煤灰微晶玻璃的研制[J].河南建材，2010（6）：4042.

[3]張樂軍，陸雷，趙瑩.鋼渣微晶玻璃的研制[J].新型建筑材料，2007（1）：79.

[4]郭仁春，胡金凌.金礦尾砂微晶玻璃的研制[J].沈陽化工學院 學報，1999，13（1）：3033.

[5]高淑雅，陳維鉛，董亞瓊，劉杰. 熔融法制備金礦尾砂微晶玻璃及性能測試[J]. 陜西科技大學學報（自然科學版），2013，05：5861.

[6]孟祥振，趙梅芳.鎂硅鈣石在我國的發現及研究[J].巖石學報，1985，01（3）：8286.