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高爐渣微晶玻璃研究進展與展望

2016-05-06 來源:《中國陶瓷》

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  (2)微晶玻璃致密,氣孔少甚至沒有氣孔,從而提高了微晶玻璃的機械強度和耐酸堿腐蝕性能。熔融法的缺點是在成型過程中要迅速較冷,不能在玻璃中形成晶核;再者就是熔制溫度高,有時高達1600℃且熔制時間長,能量消耗大。鑒于熔融法制備微晶玻璃的優(yōu)缺點,該方法適合制作異形件致密件等。燒結法是制作微晶的過程是:先依據(jù)基礎玻璃成分配料,然后在加熱爐中熔制,水淬成細小顆粒后成型燒結。燒結法和熔融法優(yōu)缺點互補:用燒結法制備微晶玻璃時熔制溫度低且時間短;在核化晶化時由于顆粒細小,比表面積大,本征表面能驅動力大,在較低的溫度下不添加晶核劑即可完成核化晶化過程制得微晶玻璃;但缺點是氣孔率高。在使用燒結法制備微晶玻璃時,要先使玻璃致密化后再升高溫度使玻璃核化晶化制備微晶玻璃。
  
  目前對于燒結法制備微晶玻璃的研究十分活躍,其產品主要集中在建筑裝飾行業(yè)。高爐渣微晶玻璃的熱處理制度在基礎玻璃成型后,其成分主要是非晶態(tài),在XRD圖形中,呈現(xiàn)典型的非晶態(tài)饅頭峰?,F(xiàn)在熱處理有一步法和兩步法,具體要根據(jù)DSC曲線確定。
  
  當吸熱峰和放熱峰比較遠時,一般采用兩步法,而吸熱峰和放熱峰比較近時,一般采用一步法。兩步法是先將玻璃加熱到形核溫度,形核溫度一般為玻璃轉化溫度(DSC曲線的吸熱峰)以上50~100℃,保溫一段時間(1~2h)后會生成大量均勻細小的晶核,然后再升溫到結晶溫度(DSC曲線的放熱峰),晶化溫度取放熱峰溫度,在其溫度下,晶核能夠快速增長。保溫一段時間(1~2h)后成為晶粒細小且均勻的微晶玻璃。形核結晶溫度過低,則晶體在玻璃中不能有效形成或只能表面結晶。形核結晶溫度過高又會造成晶粒粗大,晶體重熔等,造成微晶玻璃性能下降。一般采用兩步法進行熱處理。但程金樹等研究表明,在網(wǎng)絡外體CaO和MgO含量高時,采用一步法燒結成型比較合理,否則成品微晶玻璃氣孔率高,影響微晶玻璃性能。
  
  高爐渣微晶玻璃的主晶相微晶玻璃的性質主要由晶相及晶相粒度、晶相含量及玻璃體決定。高爐渣微晶玻璃按照主晶相分類可以分為輝石微晶玻璃、長石微晶玻璃等。在高爐渣中添加少量或不添加酸性氧化物(如SiO2和Al2O3)時,生成的主晶相以長石類為主,一般為鈣長石、黃長石和鈣鎂黃長石等。長石微晶玻璃具有較高的抗壓強度,具有較好的耐酸堿腐蝕性能,但質脆。楊淑敏等以高爐渣為主要原料添加少量鉀長石,制備了鈣鎂黃長石微晶玻璃,抗彎強度為87.76MPa,顯微硬度為5.6GPa。以高爐渣和粉煤灰為主要原料,得到了鈣長石和鎂黃長石微晶玻璃,晶粒細小,無裂縫。透輝石具有良好的機械強度,耐酸堿腐蝕等性能,其理論組成為:CaO25.9%,MgO18.5%和SiO255.6%,次要成分、鉀、鈉、鋅和鈦等。由于透輝石是一維鏈狀結構,高爐渣成分復雜,不容易得到單一晶體透輝石。但鋁、鉀、鈉、鋅和鈦等可代替鈣、鎂和硅,不僅存在著同價類質同像代替現(xiàn)象,還存在異價類質同像代替現(xiàn)象,這樣得到透輝石的類質同象體,性能與透輝石相似。以高爐渣為主要原料,輔以SiO2、TiO2等化學試劑制備了晶體含量高,顆粒大小均勻的輝石類晶體。以高爐渣(68~80%)、高嶺石、Al2O3和TiO2為原料得到了黃長石、輝石及少量的鈣長石的微晶玻璃,晶體致密。
  
  高爐渣微晶玻璃除了長石類和輝石類微晶玻璃外,還會生成其它的次晶相,如硅灰石、堇青石等。高爐渣微晶玻璃的展望使用高爐渣為主要原料,通過添加化學試劑或其他礦渣制備微晶玻璃,不僅可以消耗高爐渣,減少高爐渣的堆放量,降低固體廢棄物對環(huán)境的污染,還可以制得性能優(yōu)良的微晶玻璃。但利用高爐渣制備微晶玻璃還存在幾個突出的問題:能耗高。制備高爐渣微晶玻璃能耗高,導致成本升高,影響了市場的占有率。液態(tài)高爐渣出爐溫度約在1500℃,熱量在沒有利用的情況下直接排入了大氣中。應該充分利用高爐渣一次顯熱,在高溫熔融態(tài)的高爐渣中直接加入晶核劑和其它原料,然后成型,經過合適的熱處理制度制備微晶玻璃。這樣不僅可以降低能耗,并且可以省去破碎研磨融化高爐渣的過程,節(jié)能節(jié)時,與鋼鐵廠形成新一代鋼鐵-微晶玻璃綜合企業(yè)。
  
  表面析晶或析晶不均勻,導致產品質量不穩(wěn)定。晶核劑主要起到分相、降低熔融和熱處理溫度,減小形核析晶時的能壘的作用。所以有必要研究晶核劑在液態(tài)玻璃中的擴散行為、分散特征和在形核結晶時的行為,以制得晶體細小且分布均勻的微晶玻璃,同時為尋找廉價優(yōu)異晶核劑做理論基礎。高爐渣微晶玻璃顏色為黑色灰色,色調單一,不能滿足市場的需求。探究《微晶玻璃顏色與基礎玻璃成分、晶相,晶粒大小及熱處理的關系,設計各色微晶玻璃。配合其他礦渣,減少甚至不使用化學試劑。
  
  各種礦渣化學成分差異非常大,例如高爐渣的SiO2=32~42%,CaO=35~44%,制備微晶玻璃時需添加大量的SiO2,但粉煤灰SiO2平均為50%,CaO平均3.7%,混合使用可減少化學試劑使用量。

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