利用钢渣研制微晶玻璃

一、引言 利用各种冶金工业废渣制造的微晶玻璃,统称矿渣微晶玻璃,在苏联称为“西塔尔”(Cuma),在英国称为炉渣玻璃陶瓷(Slagceram)。它是近二十年来发展迅速的一种良好的结构材料。世界各国研制的矿渣微晶玻璃,多以高炉渣为主要原料。高炉渣的化学成份比较稳定,且适应CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃组成的要求。利用金属和金属氧化物的含量比高炉渣高得多的钢渣制造微晶玻璃,则很少见到报导。钢渣因其硬度大,无法利用而成为公害。     

利用黄磷炉渣制造微晶玻璃的实验研究

进行了以黄磷炉渣为主要原料，烧结法生产微晶玻璃的实验研究。结果表明，利用黄磷炉渣能够制造出性能较好的微晶玻璃，磷渣加量可达到55wt%，基础玻璃熔融温度1400℃左右，晶化温度900℃左右。     

由熔融高炉渣制备微晶玻璃

采用熔融法,由熔融高炉渣制备性能稳定的基础玻璃.通过对基础玻璃的差热分析确定微晶玻璃的热处理工艺制度.结合X射线衍射分析、扫描式电子显微镜观察等现代研究方法,确定了微晶玻璃热处理制度的最佳工艺参数,并研究了微晶玻璃的晶体生长方式.微晶玻璃的热处理最佳工艺参数为：核化温度850℃,保温1.5 h;晶化温度935℃,保温1 h.玻璃首先从表面开始析晶,然后逐步向内部生长.实验所得微晶玻璃的力学性能,如抗折强度、耐酸碱性和硬度,均优于天然大理石.     

颗粒粒度及钾长石含量对矿渣微晶玻璃析晶能力的影响

利用k值法计算了不同颗粒粒度下不同钾长石添加量高炉渣微晶玻璃的晶化能和析晶动力学参数,采用DSC、XRD及SEM等测试手段研究了粉体粒度和钾长石含量对微晶玻璃析晶能力的影响。结果表明,颗粒粒度对微晶玻璃析晶能力影响显著,微晶玻璃析晶能力随颗粒粒度减小而增大;钾长石对微晶玻璃析晶能力有一定促进作用,但随着粉体粒度的减小而逐渐减弱,钾长石含量过高时,不利于微晶玻璃析晶,钾长石添加量应以5 wt%左右为宜。在5℃/min升温速度下,球磨60 h,添加5 wt%钾长石的样品具有较好的微观形貌,其主晶相为镁黄长石,晶体成颗粒状,晶粒均匀且结合紧密。     

w(MgO)/w(SiO_2)对转炉渣系微晶玻璃结构和性能的影响

为了减少转炉渣对环境的危害,提出利用熔融法制备了SiO2-CaO-MgO-Fe2O3系微晶玻璃.借助DTA,SEM和XRD等分析方法,系统探讨了w(MgO)/w(SiO2)比值对微晶玻璃的结构和弯曲强度的影响.结果表明:随着w(MgO)/w(SiO2)比值的增加,玻璃的转变温度和析晶峰温度变化较小,但微晶玻璃的物相组成发生较大变化,由普通辉石转变为透辉石,微晶玻璃内部的晶体尺寸逐渐减小,晶体分布相对均匀;微晶玻璃的弯曲强度逐渐增加.     

高强度生物活性微晶玻璃的研制

以ＭｇＯ－ＣａＯ－ＳｉＯ＿２－Ｐ＿２Ｏ＿５系统基础玻璃，经过微晶化处理，制备了一种高机械强度的生物活性微晶玻璃，用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）研究了微晶玻璃的晶相；借助扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了微晶玻璃的显微结构。结果表明，这种微晶玻璃的主晶相为磷灰石；该材料具有良好的生物活性和力学性能．     

高炉渣含量与热处理制度对矿渣微晶玻璃性能的影响

运用DTA、XRD和SEM等现代分析技术对CaO(MgO)-Al2O3—SiO2系矿渣微晶玻璃的核化晶化温度、物相组成和显微结构进行了分析，探讨了高炉渣引入量和热处理制度的影响。试验结果表明，当高炉渣引入量为45％时，主晶相为硅灰石(CaSiO3)和透辉石(CaMg(SiO3)2)，材料结构均匀致密，性能良好。本适宜的热处理工艺参数为：退火温度670℃；核化温度850℃，晶化温度970℃，各保温1h。     

高强度生物活性微晶波玻璃的研制

以ＭｇＯ－ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５系统基础玻璃，经过微晶化处理，制备一种高机械强度的生物活性微晶玻璃。用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）研究了微晶玻璃的晶相；借助扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了微晶玻璃的显微结构。结果表明，这种微晶玻璃的主晶相为磷灰石；该材料具有良好的生物活性和力学性能。     

污泥和高炉渣协同制备微晶玻璃

利用污泥焚烧灰渣含有大量的氧化硅以及一定量重金属和磷的组成特点,将其作为成分调整剂、晶核剂及助熔剂,在未添加任何化学制剂的条件下与冶金高炉渣协同制备了具有良好的力学性能和化学稳定性的污泥–高炉渣微晶玻璃.利用差热分析、X射线衍射、扫描电镜等分析手段,并结合力学性能和化学稳定性能测试,研究了不同热处理制度对微晶玻璃性能的影响规律以及微晶玻璃的析晶过程.污泥–高炉渣微晶玻璃最佳热处理条件是850℃下形核保温1 h,980℃下析晶保温2 h.在此条件下制备的微晶玻璃具有45 MPa的抗折强度、200 MPa的抗压强度和质量损失率小于0.2%的耐酸和耐碱性能.微晶玻璃初始结晶温度为880℃,析出晶相以钙长石为主,同时包括少量的钙铝黄长石.随着析晶温度提高,析晶时间增加,钙铝黄长石相析晶量增加;大量增加的钙铝黄长石针状晶体呈放射状分布并有利于产品抗弯强度的提高;但析晶时间过长时,晶粒将长大粗化,这不利于微晶玻璃性能的改善.     

工艺条件对钢铁废渣玻璃陶瓷显微结构的影响

通过对材料组成和结构的设计,获得了高炉渣和钢渣用量为55％－60％,抗弯强度大于300MPa,显微硬度达12GPa,耐磨性比GCr15钢高26倍的玻璃陶瓷。探讨了微晶化工艺条件对钢铁废渣玻璃陶瓷的显微结构和性能的影响,在一定工艺条件下所制备的玻璃陶瓷的晶相含量可达90％以上,晶粒大小仅0．1－0．3μm,多为等轴柱状晶,以辉石类为主晶相。     

铌钽尾矿微晶玻璃的研制

以铌钽尾矿为主要原料,采用烧结法研制硅灰石为主晶相的微晶玻璃.应用CaO-Al2O3-SiO2系统相图设计基础玻璃配方.借助XRD和DTA等方法优选配方.利用正交实验方法确定最佳热处理工艺,采用XRD和SEM等方法研究微晶玻璃结构,研制的微晶玻璃理化性能优于陶瓷砖、天然花岗石和大理石.     

利用油页岩渣制备微晶玻璃

以油页岩渣为主要原料制备了微晶玻璃,探讨了微晶玻璃组成、主晶相确定和晶核剂选择等问题.采用DTA,XRD和SEM等测试手段,分析了晶核剂和热处理制度对微晶玻璃的影响.结果表明:复合晶核剂(TiO2+P2O5)能有效促进油页岩渣玻璃晶化;最佳热处理制度为:850℃核化100 min,980℃晶化80 min.微晶玻璃的主晶相为钙铁透辉石,次晶相为钙长石;晶体呈纤维状结构并且交错分布;性能明显优于同类的瓷质砖、大理石和花岗岩等建筑装饰材料.     

钢渣基高碱度微晶玻璃的一步法制备及工艺参数研究

为了提高微晶玻璃原料中高钙冶金渣的掺量,需要制备出碱度更高的微晶玻璃. 本文采用一步法,以钢渣为主要原料,制备碱度( CaO与SiO2的质量比)为0. 9的钢渣基高碱度微晶玻璃. 通过X射线衍射分析、扫描电镜和性能测试等手段,研究热处理条件对微晶玻璃微观形貌及线收缩率、体积密度和抗折强度等性能的影响规律. 研究表明,高碱度微晶玻璃适合采用一步法制备工艺,当在1100℃保温120 min时,微晶玻璃烧结过程基本完成,此时获得最大体积密度2. 4 g·cm-3 ,最高抗折强度56. 4 MPa. 微晶玻璃的主晶相为钙铝黄长石,副晶相为辉石. 基础玻璃颗粒在升温过程中完成了成核和析晶过程,而在保温过程中主要进行的是基础玻璃颗粒的烧结致密化和晶体的进一步发育. 升温至1100℃保温30 min,微晶玻璃的抗折强度超过45 MPa,微晶玻璃内部晶体呈方柱状交织排列并构成晶体骨架分布在残余的玻璃基体中;随着保温时间的增加,微晶玻璃的线性烧结收缩率、体积密度和抗折强度均逐渐增大,而晶相的含量基本保持不变,晶体逐渐由球形颗粒状和短柱状发育为长柱状. 晶体的形状以及与残余玻璃相构成的整体致密结构是导致高碱度微晶玻璃力学性能提高的主要因素.     

可加工生物活性云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的制备及生物活性

采用高温熔铸法制备可加工生物活性云母／氟磷灰石玻璃陶瓷；用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM／EDS）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析等手段对材料的相组成和微观形貌进行研究，测定材料的抗弯强度、硬度和断裂韧性等力学性能;采用体外模拟体液（SBF）浸泡法测试材料的生物活性。研究结果表明：氟磷灰石相呈针状，与人体骨和牙齿的磷灰石形貌相似，有利于提高材料的生物活性和生物相容性；氟磷灰石的形成是材料被迅速加热至高温进行熬处理，使磷灰石以螺旋位错生长机制沿c轴晶化长大所致；经热处理获得的材料具有优良的力学性能，基本满足骨科和齿科用生物材料的性能要求；材料在体外模拟体液中浸泡3d后，样品表面已有磷灰石层生成，表明谊材料具有较高的生物活性。     

一种新型钨尾矿微晶玻璃

介绍了以钨尾矿为主要原料制备微晶玻璃的方法。用X射线衍射和偏光显微镜分析了微晶玻璃的析晶相及显微结构,探讨了微晶化制度,并对其主要性能进行了测试。结果表明,钨尾矿微晶玻璃的各项性能优良,是一种新型的建筑装饰及耐磨、耐腐蚀材料。     

Influence of aluminium nitride as a foaming agent on the preparation of foam glass-ceramics from high-titanium blast furnace slag

To effectively reuse high-titanium blast furnace slag (TS), foam glass-ceramics were successfully prepared by powder sintering at 1000℃. TS and waste glass were used as the main raw materials, aluminium nitride (AlN) as the foaming agent, and borax as the fluxing agent. The influence of the amount of AlN added (1wt%–5wt%) on the crystalline phases, microstructure, and properties of the produced foam glass-ceramics was studied. The results showed that the main crystal phases were perovskite, diopside, and augite. With increasing AlN content, a transformation from diopside to augite occurred and the crystallinity of the pyroxene phases slightly decreased. Initially, the average pore size and porosity of the foam glass-ceramics increased and subsequently decreased; similarly, their bulk density and compressive strength decreased and subsequently increased. The optimal properties were obtained when the foam glass-ceramics were prepared by adding 4wt% AlN.     

CaO-ZrO2-TiO2-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃陶瓷的制备及化学稳定性研究

玻璃陶瓷是固化处理中、高放废物和α废物较为理想的候选材料之一。研究了特定条件下制备的CaO-ZrO2-TiO2-Al2O3-B2O3-SiO2体系玻璃陶瓷在水淬和空气中自然冷却的两种冷却制度对其结晶行为和显微结构的影响,用粉末浸泡实验方法测试了其化学稳定性。结果表明:自然冷却形成的玻璃陶瓷晶相主要是ZrSiO4和ZrTiO4;在25～70℃范围内,温度对玻璃陶瓷浸出率无明显影响,90℃下浸出率比25℃,40℃,70℃的浸出率高一个数量级;7 d元素总的归一化浸出为1.87 g/m2。     

Effect of sintering temperature on the microstructure and properties of foamed glass-ceramics prepared from high-titanium blast furnace slag and waste glass

Foamed glass-ceramics were prepared via a single-step sintering method using high-titanium blast furnace slag and waste glass as the main raw materials The influence of sintering temperature (900-1060℃) on the microstructure and properties of foamed glass-ceramics was studied. The results show that the crystal shape changed from grainy to rod-shaped and finally turned to multiple shapes as the sintering temperature was increased from 900 to 1060℃. With increasing sintering temperature, the average pore size of the foamed glass-ceramics increased and subsequently decreased. By contrast, the compressive strength and the bulk density decreased and subsequently increased. An excessively high temperature, however, induced the coalescence of pores and decreased the compressive strength. The optimal properties, including the highest compressive strength (16.64 MPa) among the investigated samples and a relatively low bulk density (0.83 g/cm3), were attained in the case of the foamed glass-ceramics sintered at 1000℃.     

硼铝硅系透明玻璃陶瓷晶相生长的分形动力学

通过熔融法结合两步热处理制度制备了硼铝硅系透明玻璃陶瓷.基于R.Kopelman等人对分形结构中扩散控制反应速率的研究结果,探讨了硼铝硅系透明玻璃陶瓷中晶相生长的分形动力学.结果表明,用分形结构扩散控制反应动力学理论来分析硼铝硅系透明玻璃陶瓷的晶化过程是行之有效的,通过实验数据拟合得出分形子谱维数dS=1.269.