鎳渣微晶玻璃的制備及性能研究.pdf

1、鎳渣是FeO-SiO2系熔渣，因目前沒有合理的處理手段，鎳渣的堆存量已經(jīng)達(dá)到了1000萬(wàn)噸，這不僅占用了大量的土地資源，且對(duì)環(huán)境造成了一定的污染，如何實(shí)現(xiàn)鎳渣高附加值的回收利用已成為亟待解決的問題。微晶玻璃是一種含有大量微晶相與玻璃相的多晶固體材料，其主要性能受到晶相的種類、晶粒的尺寸和數(shù)量、殘余玻璃相的性質(zhì)和數(shù)量的影響，使得微晶玻璃的性能有很強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性。利用鎳渣制備高性能的微晶玻璃一方面實(shí)現(xiàn)了鎳渣的高附加值回收利用，另一方面也對(duì)環(huán)境

2、起到了保護(hù)作用。本文以金川公司的鎳渣為主要原料，借助CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系相圖進(jìn)行配方優(yōu)化設(shè)計(jì)、調(diào)整，并采用熔融法制備主晶相為輝石類的微晶玻璃。通過力學(xué)性能測(cè)試、熱膨脹系數(shù)測(cè)試、XRD、DSC、SEM等分析測(cè)試手段重點(diǎn)研究了熱處理制度及晶核劑對(duì)微晶玻璃性能的影響，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析探討了此微晶玻璃體系的析晶機(jī)理。最后，為配合本研究在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，以熱膨脹系數(shù)為關(guān)鍵參數(shù)利用ANSYS對(duì)微晶玻璃復(fù)合管材進(jìn)行熱應(yīng)力模擬

3、及分析，探討其應(yīng)用的可行性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用熔融法可制備出CMAS系統(tǒng)的以輝石及透輝石為主晶相的鎳渣微晶玻璃，其廢渣綜合利用率為65%?；A(chǔ)玻璃配合比為鎳渣32.5%、粉煤灰32.5%、硅砂9%、CaO9%、CaF29%、Li2CO35%。同時(shí)以3%石墨為還原劑，還原回收了鎳渣中的鐵（鐵的還原率為76.23%）。⑵鎳渣微晶玻璃最優(yōu)熱處理制度為768℃保溫1.5h，在熱處理工藝中保溫時(shí)間對(duì)顯微硬度影響較顯著，熱處理溫

4、度對(duì)抗折強(qiáng)度影響較顯著。⑶鎳渣微晶玻璃中最優(yōu)晶核劑為Cr2O3，最佳摻量為1.5%，該微晶玻璃的顯微硬度為782.1HV、抗折強(qiáng)度97.5MPa，較未添加晶核劑微晶玻璃分別提升29%及93%，晶核劑對(duì)微晶玻璃的顯微硬度影響較抗折強(qiáng)度大。該微晶玻璃析晶活化能E=244.5KJmol-1，平均阿弗拉米指數(shù)n=2.74，其析晶活化能較低，析晶能力較強(qiáng)，以面析晶的方式析晶，其主晶相為輝石及透輝石，晶粒細(xì)小均勻，結(jié)構(gòu)致密。⑷經(jīng)ANSYS模擬分析可