鋼渣—金尾礦復(fù)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(duì)制備的微晶玻璃進(jìn)行了DTA和XRD 測(cè)試分析。結(jié)果表明：在鋼渣和金尾礦總量達(dá)到90%時(shí)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(dāng)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(qiáng)度達(dá)到171.7 MPa，密度達(dá)到2.8g/cm3，并有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：鋼渣；金尾礦；微晶玻璃；性能分析

我國(guó)是世界上鋼鐵產(chǎn)量最大的國(guó)家。每年的鋼渣排放量約為粗鋼產(chǎn)量的15～20%[1]。金尾礦是金礦石經(jīng)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(yè)以及環(huán)境造成了巨大影響。

微晶玻璃（glassceramic）機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、耐磨、耐腐蝕并且無(wú)放射性。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)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(jìn)行了研究，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同時(shí)利用鋼渣和金尾礦制備微晶玻璃的相關(guān)研究。本文創(chuàng)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(jī)械性能良好，化學(xué)性能穩(wěn)定，可適用于建筑裝飾等領(lǐng)域。

1 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)

鋼渣是高鈣硅廢渣，金尾礦是高硅鋁廢渣，通過(guò)加入其它固體廢棄物添加劑調(diào)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(shí)驗(yàn)優(yōu)選出6組配方如表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 核化溫度和晶化溫度的確定

圖1為六組實(shí)驗(yàn)得到的基礎(chǔ)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(qū)間可能有晶核形成，后者表示晶粒在此區(qū)間長(zhǎng)大。所以根據(jù)六組基礎(chǔ)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(huì)被鋁離子和鐵離子取代，從而鎂硅鈣石相Ca3Mg（SiO4）2會(huì)逐漸減少，到3#樣品時(shí)已幾乎沒(méi)有析出。

2.3 性能分析

由表2可以看出，抗折強(qiáng)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(qiáng)度和密度最高，分別達(dá)到171.7MPa和2.8g/cm3。1#6#樣品在酸溶液中的質(zhì)量損失率逐漸較小，而在堿溶液中則規(guī)律相反，這是由于隨著金尾礦摻加量增加使SiO2含量越來(lái)越高，SiO2是一種酸性氧化物，酸性氧化物的含量增加會(huì)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(jié)論

1）復(fù)合利用鋼渣和金尾礦兩種工業(yè)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(dá)到90%，樣品主晶相為普通輝石，次晶相為透輝石；

3）當(dāng)鋼渣摻量為70%，金尾礦摻量為20%時(shí)獲得的微晶玻璃各項(xiàng)性能最優(yōu)，抗折強(qiáng)度可達(dá)171.7 MPa，密度達(dá)到28g/cm3。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文麗，杜曉瑋.淺談鋼渣的綜合利用途徑[J].能源與節(jié)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(lè)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(yáng)化工學(xué)院 學(xué)報(bào)，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(cè)試[J]. 陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，05：5861.

[6]孟祥振，趙梅芳.鎂硅鈣石在我國(guó)的發(fā)現(xiàn)及研究[J].巖石學(xué)報(bào)，1985，01（3）：8286.