利用鎳鐵渣及粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的相關(guān)探討

張訊（綿陽師范學(xué)院，化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽621000）

利用鎳鐵渣及粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的相關(guān)探討

張訊（綿陽師范學(xué)院，化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽621000）

本文主要闡述了微晶玻璃的作用，設(shè)計(jì)了鎳鐵渣和粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的實(shí)驗(yàn)，并且對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討，分析實(shí)驗(yàn)成品結(jié)果。通過分析以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員提供一些參考。

鎳鐵渣及粉煤灰；CMSA系微晶玻璃；鐵合金渣

隨著鐵合金生產(chǎn)的快速發(fā)展，產(chǎn)量的不斷增加，也產(chǎn)生非常多的鎳鐵渣。將這些鎳鐵渣和粉煤灰進(jìn)行混合利用，制備微晶玻璃，可以降低企業(yè)的耗能，提高金屬回收率。這種方法已經(jīng)成為鐵合金產(chǎn)業(yè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。

1 CMSA系微晶玻璃的作用

CMSA系微晶玻璃的全稱是CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，是特定的基礎(chǔ)玻璃在加熱過程中，通過控制玻璃晶化速度，從而得出一種含有微晶的多晶固體材料。由于微晶玻璃是介于陶瓷和玻璃之間的材質(zhì)，因此，具有非常好的性能。CMSA系微晶玻璃因?yàn)樵谥谱鬟^程中，使用大量的礦渣和固體廢棄物，從而引起研發(fā)人員的興趣，因?yàn)镃MSA系玻璃具有極強(qiáng)的抗彎折、抗壓、抗腐蝕、耐磨性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以，被廣泛的應(yīng)用在建筑領(lǐng)域，發(fā)揮替代花崗巖和大理石等高檔裝修建材的作用，同時，由于具有耐磨、耐腐蝕性的特點(diǎn)，也可以應(yīng)用到冶金化工、機(jī)械制造等多種行業(yè)。

2 利用鎳鐵渣和粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的實(shí)驗(yàn)過程

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)主要原料是鎳鐵渣、粉煤灰以及磨碎的原料玻璃。因?yàn)殒囪F渣的價(jià)格更低，所以在實(shí)驗(yàn)過程中，要提高鎳鐵渣的使用量。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)定的原料配比如下：1號樣品鎳鐵渣含量為55%，粉煤灰含量為45%，2號樣品鎳鐵渣含量為45%，粉煤灰含量為55%，三號樣品鎳鐵渣含量為60%，粉煤灰含量為40%。

2.2 原料合成

首先，研究人員要用行星式球磨機(jī)對玻璃碎渣進(jìn)行細(xì)磨，然后將鎳鐵渣和粉煤灰按照計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配料，并放入實(shí)驗(yàn)杯中攪勻，再將混合原料放置在硅鉬爐中。研究人員要設(shè)定硅鉬爐以10°C/min的加熱速度升溫至1500°C，并進(jìn)行1個小時的保溫措施。接著，研究人員要將保溫的爐渣放置在冷水中，待混合液體溫度冷卻到室溫的時候，放入烘干機(jī)中烘干。最后，將混合晶體磨碎，獲得基礎(chǔ)玻璃。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

研究人員要將生成的樣品通過X光射線光譜進(jìn)行測定，確定玻璃在轉(zhuǎn)變時，產(chǎn)生的析晶溫度變化在范圍值，以Al2O3為參考，當(dāng)以10°C/min的升溫速度時，最大的加熱溫度為1100°C。研究人員要將取得的基礎(chǔ)玻璃樣品進(jìn)行打磨，然后用5%HF溶液進(jìn)行腐蝕性實(shí)驗(yàn)，并對腐蝕后的樣品進(jìn)行超聲波清洗。在清洗過后進(jìn)行電鏡掃描分析，測定樣品的重量和密度，采用抗彎強(qiáng)度測試儀進(jìn)行測試，測試儀的跨距為3.5cm，加載速度為0.5mm/min[1]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及探討

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過以上實(shí)驗(yàn)方式能夠得出基本玻璃的熱差數(shù)據(jù)，三個基礎(chǔ)玻璃的起始析晶溫度分別為：1號樣品860°C，2號樣品880°C，3號樣品840°C。由于在進(jìn)行基礎(chǔ)玻璃燒制的過程中，峰值曲線會發(fā)生變化，導(dǎo)致微晶玻璃低位區(qū)和高溫區(qū)的溫度差較大。因此，溫度越高，燒結(jié)好，玻璃的各方面性能就會好。在保持在20°C左右。按照燒制結(jié)果，將基礎(chǔ)玻璃制作成圓柱形的樣本塊，在高溫熔爐中進(jìn)行升溫燃燒實(shí)驗(yàn)，升溫速度以8°C/min升至1500°C。然后，按照8°C/min降溫速度進(jìn)行降溫處理，隨后關(guān)閉燃燒爐。研究人員將不同燒結(jié)狀態(tài)的基礎(chǔ)玻璃樣品進(jìn)行溫度曲線測試，得出了三個樣品的晶化溫度分別為980°C、990°C、950°C。因此，能夠得出，CMSA系微晶玻璃的性能好壞取決于所析出的晶相性質(zhì)、種類、玻璃的比例以及晶粒的分布條件，同理，微晶玻璃的屬性也就是析出晶體的固有屬性，決定了微晶組織結(jié)構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)證明，CMSA系微晶玻璃的抗壓強(qiáng)度、收縮率大小都與晶相有關(guān)。

3.2 實(shí)驗(yàn)成品結(jié)果分析

為了能夠確定基礎(chǔ)玻璃在燒結(jié)過程后所呈現(xiàn)出的晶相性質(zhì)，研究人員要將燒結(jié)過后的微晶玻璃，進(jìn)行XRD測試分析。XRD測試能夠分析出所測驗(yàn)的基礎(chǔ)玻璃晶體中的組成元素和元素含量，通過測試能夠得出1號樣品的主要晶體為石英和氧化鈣，同時還有一定程度的尖晶石，這是因?yàn)?號樣品中的Al2O2含量較多，燒結(jié)過程中，更加容易和MgO化合成尖晶石。2號、3號樣品所析出的主要晶體是氧化鈣和頑輝石，并伴有一定量的尖晶石。

研究人員還要分析燒結(jié)斷面的氣孔，3號斷面的氣孔少，2號次之，1號最多。這三種燒結(jié)斷面都在存在著一定的氣孔，原因在于基礎(chǔ)玻璃樣品在燒結(jié)的過程中澄清放置的時間過短，當(dāng)熔渣進(jìn)行水淬時，玻璃晶體產(chǎn)生氣孔。因此，成核燒結(jié)和晶化過程能夠影響氣泡生成的概率。從燒結(jié)動力學(xué)的觀點(diǎn)來看，燒結(jié)溫度要不斷提高，才能夠加強(qiáng)基礎(chǔ)玻璃物質(zhì)遷移，在最大程度上消除氣孔。當(dāng)基礎(chǔ)玻璃的經(jīng)過充分燒結(jié)后，晶化階段產(chǎn)生的氣孔就會變?yōu)榧?xì)小的針孔，這是因?yàn)闃悠分械腗gO和Al2O3的含量適中，使得玻璃中的鋁硅酸鹽產(chǎn)合適的聚合度，從而擴(kuò)散離子，燒結(jié)密度就會降低。綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以鎳鐵渣和粉煤灰為主要原料，可以制造出性能良好的CMSA系微晶玻璃[2]。

4 結(jié)語

綜上所述，利用鎳鐵渣及粉煤灰能夠燒結(jié)出質(zhì)量優(yōu)良的CMSA系微晶玻璃。在此基礎(chǔ)上，通過控制基礎(chǔ)玻璃燃燒的析晶溫度、將基礎(chǔ)能夠控制燒結(jié)晶相，增加CMSA系微晶玻璃的抗壓強(qiáng)度，同時，通過將基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行XRD測試分析、不斷提高燒結(jié)溫度，能夠分析出晶體中的組成元素、最大程度上消除氣孔。因此，在遇到CMSA系微晶玻璃的問題時，可以通過以上方法解決。

[1]張亞洲.鐵合金渣綜合利用的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].冶金能源.2013.05.

[2]張文軍,李宇,李宏,蒼大強(qiáng).利用鎳鐵渣及粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014,33(12):3359-3365.

張訊(1993-)，男，四川雅安人，漢族，現(xiàn)職稱：化驗(yàn)員，學(xué)歷：本科，研究方向：從事化驗(yàn)工作。