CN104478220A - 利用lf炉高碱度钢渣制备cmas系微晶玻璃的方法 - Google Patents

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0063—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing waste materials, e.g. slags

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Abstract

本发明公开了一种利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，它是用重量份数占60%～75%的钢渣、重量份数占20%～35%的粉煤灰、重量份数占2%～3%的澄清剂和重量份数占2%～3%的助溶剂混合并通过烧结法制备CMAS系微晶玻璃。本发明采用LF炉高碱度钢渣和粉煤灰来烧制微晶玻璃，通过两种废弃物的不同配比，利用其在化学成分上的互补性，适当加入一些其它化学试剂调节其成分范围。通过控制烧结过程中的晶化、核化温度和其时间得到性能最佳的CAMS系微晶玻璃。因为钢渣和粉煤灰成分的特点，在烧制过程中无需再加入晶核剂，降低生产成本，产品性能更加均匀。

Description

利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法
技术领域
本发明涉及LF炉高碱度钢渣的回收利用，具体涉及一种利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法。
背景技术
钢渣是一种工业固体废物，钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。钢渣在温度 1500～1700℃下形成，高温下呈液态，缓慢冷却后呈块状，一般为深灰、深褐色。有时因所含游离钙、镁氧化物与水或湿气反应转化为氢氧化物，致使渣块体积膨胀而碎裂；有时因所含大量硅酸二钙在冷却过程中(约为675℃时)由β型转变为 γ型而碎裂。如以适量水处理液体钢渣，能淬冷成粒。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂、城市集中供热锅炉及各类燃煤加热炉排出的主要固体废物。粉煤灰也是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
目前，公知的钢渣和粉煤灰作为废弃物只能用作铺路和水泥材料等，利用率不是很高，钢渣和粉煤灰排放量的急剧增加导致了环境受到严重污染，并且占用了大量的土地面积。为了使这两种废弃物质得到高效利用的目的，根据成分上互补的特点，利用钢渣和粉煤灰生产微晶玻璃是一种可行的方法。然而现有技术中利用高炉渣、铬渣等矿渣来生产微晶玻璃的研究较多，但是利用钢渣和粉煤灰生产微晶玻璃的研究成果较少，还处在初研阶段。
    LF炉（ladle furnace）精炼主要是在低氧的气氛中（氧含量为5%），向桶内吹氩气进行搅拌并由石墨电极加热而对钢水进行精炼的一种炉外精炼技术，最终使钢中的氧、硫等元素含量降低。因为不同厂家冶炼技术的不同，所以不同LF炉钢渣的成分也存在较大的差异。LF炉钢渣中主要含有CaO、Al2O3、SiO2、MgO等氧化物，少量MnO和金属铁。其中CaO23.5%～43.0%、SiO217.2%～27.0%、Al2O323.1%～38.2%、MgO6.6%～10.3%。正是烧制微晶玻璃的必需成分。由于钢渣成分中含有少量TiO2，是烧制钢渣微晶玻璃最好的晶核剂，不需加入其它晶核剂即可得到良好的晶化效果，所以用LF炉钢渣和粉煤灰可以烧制出性能优越的微晶玻璃。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用LF炉高碱度钢渣结合粉煤灰制备CMAS系（CaO-MgO- Al2O3-SiO2）微晶玻璃的方法，以解决现有技术中钢渣和粉煤灰等工业废弃物的再利用问题。
本发明采用烧结法，烧制出一种性能优越的CMAS系（CaO-MgO- Al2O3-SiO2）微晶玻璃，烧结出的微晶玻璃形状是根据磨具形状而定，它是用重量份数占60%～75%的钢渣、重量份数占20%～35%的粉煤灰、重量份数占2%～3%的澄清剂和重量份数占2%～3%的助溶剂混合并通过烧结法制备CMAS系微晶玻璃。其中优选澄清剂为Ba(NO3)2，助溶剂为Na2CO3。因为在钢渣和粉煤灰熔融烧制基础玻璃时会产生少量白色杂质，加入Ba(NO3)2可以有效的解决这个问题，而助熔剂Na2CO3的主要作用则是更加充分的完成整个熔融过程。
该方法包括如下步骤：
（1）将钢渣和粉煤灰分别研磨至150～200目成粉末混合并按比例加入澄清剂和助溶剂混匀，进行烧结保温；烧结熔融温度在1400℃～1500℃之间，保温时间为2小时；
（2）将烧结保温后取出的溶液进行水淬；
（3）将水淬得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至150～200目成玻璃粉末；
（4）将玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度；其中DTA检测分析出的核化温度在830℃～870℃范围内，晶化温度在1100℃～1150℃的范围内；
（5）将玻璃粉末加入5%～10%的粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验后得到最终产品。核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
本发明采用LF炉高碱度钢渣和粉煤灰来烧制微晶玻璃，通过两种废弃物的不同配比，利用其在化学成分上的互补性，适当加入一些其它化学试剂调节其成分范围。通过控制烧结过程中的晶化、核化温度和其时间得到性能最佳的CAMS系微晶玻璃。因为钢渣和粉煤灰成分的特点，在烧制过程中无需再加入晶核剂，降低生产成本，产品性能更加均匀。
附图说明
图1是钢渣微晶玻璃的SEM检测分析图；
图2是钢渣微晶玻璃的DTA检测分析图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
将LF炉高碱度钢渣和粉煤灰均研磨至200目，配比成分中钢渣60%，粉煤灰占35%，澄清剂Ba(NO3)2占3%，助熔剂Na2CO3占2%。将钢渣和粉煤灰和需要补充成分的化学试剂按配比混匀，然后将其倒入刚玉坩埚中后，放入高温箱式炉中进行烧结，刚玉坩埚容量选择500ml。熔融温度在1400℃～1500℃之间，保温两个小时，随即取出坩埚将溶液倒入事先装满清水的桶中进行水淬，将得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至200目。将制得的玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度。然后将制得的玻璃粉末加入5%的粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验，最终的核化温度控制在830℃～870℃范围内，晶化温度控制在1100℃～1150℃的范围内，核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
实施例2：
将LF炉高碱度钢渣和粉煤灰均研磨至150目，配比成分中钢渣70%，粉煤灰占25%，澄清剂Ba(NO3)2占2%，助熔剂Na2CO3占3%。将钢渣和粉煤灰和需要补充成分的化学试剂按配比混匀，然后将其倒入刚玉坩埚中后，放入高温箱式炉中进行烧结，刚玉坩埚容量选择350ml。熔融温度在1400℃～1500℃之间，保温两个小时，随即取出坩埚将溶液倒入事先装满清水的桶中进行水淬，将得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至150目。将制得的玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度。然后将制得的玻璃粉末加入8%的粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验，最终的核化温度控制在830℃～870℃范围内，晶化温度控制在1100℃～1150℃的范围内，核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
实施例3：
将LF炉高碱度钢渣和粉煤灰均研磨至180目，配比成分中钢渣75%，粉煤灰占20%，澄清剂Ba(NO3)2占3%，助熔剂Na2CO3占2%。将钢渣和粉煤灰和需要补充成分的化学试剂按配比混匀，然后将其倒入刚玉坩埚中后，放入高温箱式炉中进行烧结，刚玉坩埚容量选择400ml。熔融温度在1400℃～1500℃之间，保温两个小时，随即取出坩埚将溶液倒入事先装满清水的桶中进行水淬，将得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至180目。将制得的玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度。然后将制得的玻璃粉末加入8%的粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验，最终的核化温度控制在830℃～870℃范围内，晶化温度控制在1100℃～1150℃的范围内，核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
玻璃粉末进行DTA检测的DTA检测分析图如图2所示，最终产品进行SEM分析的SEM检测分析图如图1所示。
获得的微晶玻璃产品目标成分见表1：
                                                 
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于：它是用重量份数占60%～75%的钢渣、重量份数占20%～35%的粉煤灰、重量份数占2%～3%的澄清剂和重量份数占2%～3%的助溶剂混合并通过烧结法制备CMAS系微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于：所述澄清剂为Ba(NO3)2，所述助溶剂为Na2CO3。
3.根据权利要求2所述的利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
（1）将钢渣和粉煤灰分别研磨成粉末混合并按比例加入澄清剂和助溶剂混匀，进行烧结保温；
（2）将烧结保温后取出的溶液进行水淬；
（3）将水淬得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨成玻璃粉末；
（4）将玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度；
（5）将玻璃粉末加入粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验后得到最终产品。
4.根据权利要求3所述的利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于：步骤（3）中DTA检测分析出的核化温度在830℃～870℃范围内，晶化温度在1100℃～1150℃的范围内。
5.根据权利要求3所述的利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于：步骤（1）烧结熔融温度在1400℃～1500℃之间，保温时间为2小时。
6.根据权利要求3所述的利用LF炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于：步骤（1）中的钢渣和粉煤灰以及步骤（3）中的玻璃颗粒均研磨至150～200目。
7.根据权利要求3所述的利用RH炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征在于：步骤（5）中粘结剂的加入量为玻璃粉末重量的5%～10%。
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