利用不锈钢渣制备微晶玻璃的研究进展

工业的快速发展导致固体废弃物逐年增加,由其带来的环境与资源问题不容忽视。利用工业固体废弃物制备微晶玻璃材料是固废资源化利用的重要途径之一,同时,该方法还可实现有害重金属元素的固化,减少环境危害。本文基于不锈钢渣的来源与特性,对比分析了不锈钢渣无害化处理的常见方法。针对不锈钢渣的无害化处理和资源化利用问题,重点综述了利用不锈钢渣制备微晶玻璃过程中主要成分对材料结构与性能的影响;另外,基于微晶玻璃对重金属元素的固化研究现状,重点讨论了微晶玻璃对不锈钢渣中Cr、Ni、Mn重金属元素的固化;最后对不锈钢渣无害化处理与资源化利用的未来研究方向进行了展望。

CaF_2对CAMS系矿渣微晶玻璃析晶特性及抗腐蚀性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿、高炉渣和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制得不同CaF_2含量的CaOAl_2O_3-MgO-SiO_2(CAMS)系微晶玻璃,利用DSC、XRD、SEM、EDS等测试手段,研究了CaF_2对微晶玻璃析晶行为、显微结构及抗盐酸腐蚀性能的影响。结果表明:氟化钙添加量由2%增加至8%(质量分数),基础玻璃的析晶温度降低,析晶活化能由416.28kJ/mol降为309.02kJ/mol,但微晶玻璃的主晶相仍为透辉石相。氟化钙的添加在一定程度上降低了微晶玻璃的抗盐酸腐蚀性能,当氟化钙添加量为2%时,微晶玻璃经盐酸溶液浸泡21d,腐蚀层厚度为240μm;随着CaF_2添加量继续增大,微晶玻璃抗盐酸腐蚀性能急剧下降,当氟化钙添加量为8%时,盐酸腐蚀21d后,腐蚀层厚度为743μm。

熔制坩埚对CaO-Al_2O_3-MgO-SiO_2系矿渣微晶玻璃结构与性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿、高炉渣和粉煤灰为主要原料,采用熔融法分别在氧化铝坩埚和石墨坩埚熔制制得Ca O-Al_2O_3-Mg O-Si O_2(CAMS)系微晶玻璃,利用DSC、XRD、SEM、EDS、ICAP、XPS等测试手段,研究了不同坩埚熔制对微晶玻璃成分、显微结构及性能的影响。研究表明:高温玻璃熔液对氧化铝坩埚的侵蚀作用及石墨坩埚的还原作用,使基础玻璃中Al_2O_3和Fe2O3含量发生较大变化,氧化铝坩埚熔制制备的基础玻璃有一个析晶峰,温度为905℃,对应的微晶玻璃主晶相为含铁透辉石Ca(Mg,Al)(Si,Al)_2O_6,而石墨坩埚熔制制备的基础玻璃出现两个析晶峰,温度分别为866℃和805℃,对应的微晶玻璃主晶相透辉石Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6和次晶相柯石英Si O_2,由于以上原因导致制备的微晶玻璃在显微结构及理化性能上也存在一定的差异。

非物理专业大学物理实验教学存在的问题及建议

大学物理实验作为理工科学生必修的一门基础实验课程,在加强学生素质教育、培养创新能力及提高学生的动手能力上有着其他学科不可替代的作用。针对目前非物理专业大学物理实验教学中存在的问题,结合学生"学"及教师"教"的角度进行分析,对非物理专业大学物理实验教学进行了积极思考与探索。

铁含量及价态对白云鄂博尾矿微晶玻璃析晶特性及性能的影响

以白云鄂博尾矿及粉煤灰等固体废弃物为主要原料,采用熔融法、经退火、核化及晶化热处理制备得到了以辉石为主晶相的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)系尾矿微晶玻璃。利用化学分析方法测定了不同氧化铁及碳含量对微晶玻璃中Fe3+/Fe2+的影响;利用XRD、DTA、SEM等研究了不同氧化铁及碳含量对微晶玻璃结构及析晶特性的影响。结果表明,不同氧化铁添加量对微晶玻璃中Fe3+/Fe2+影响很小,因此对微晶玻璃的析晶特性无本质影响。而随着还原碳粉的加入,Fe3+/Fe2+与未加碳粉相比减小明显,微晶玻璃中FeO质量分数的增加极大地提高了微晶玻璃的析晶特性。但过量的碳粉加入导致单质铁的析出,反而降低了微晶玻璃的析晶能力。上述析晶特性的变化直接影响到微晶玻璃的耐酸度及抗折强度。

SiO_2/CaO质量比对白云鄂博尾矿微晶玻璃的影响研究

以白云鄂博二次选后尾矿和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制备得到了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系尾矿微晶玻璃。利用XRD、DTA、SEM等测试手段研究了SiO2/CaO质量比对微晶玻璃结构及物化性能的影响。结果表明:随着SiO2/CaO质量比的增加,基础玻璃放热峰右移、放热峰面积减小;微晶玻璃主晶相由辉石相转变为磁铁矿相;析出晶粒尺寸逐渐减小、晶化程度逐渐降低;微晶玻璃相关物化特性降低。

以山西铜尾矿为主要原料制备泡沫玻璃的研究

以山西铜尾矿为主要原料,SiC为发泡剂,粉末烧结制备了泡沫玻璃材料。利用DTA、XRD、电子万能试验机等分析测试手段,研究了组成及处理工艺对泡沫玻璃结构与性能的影响。结果表明:山西铜尾矿含量减小、SiC含量增大,烧结温度提高,均导致泡沫玻璃体积密度减小,平均孔径增大;山西铜尾矿含量变化对泡沫玻璃晶相种类没有明显影响,石英为主晶相;以60%山西铜尾矿为主料,1%Si C为发泡剂,在1150℃下保温30 min最终制备体积密度为0.22 g/cm3、抗压强度为1.03 MPa、平均孔径为0.33 cm的综合性能最优的泡沫玻璃材料。

微晶泡沫玻璃与固体废弃物的循环利用

概述了微晶泡沫玻璃的制备工艺原理及流程,从结构方面讨论了微晶泡沫玻璃的性能及应用,介绍了废玻璃、粉煤灰、尾矿、冶炼渣、硼泥、煤矸石、陶瓷废料等固体废弃物在微晶泡沫玻璃中的应用。

CaF_2对复合矿渣微晶玻璃结构与力学性能的影响

以白云鄂博尾矿、高炉渣和粉煤灰为主要原料,采用熔融法,制备了复合矿渣微晶玻璃。利用DTA、XRD、SEM等现代分析方法研究了CaF2添加量对复合矿渣微晶玻璃结构和力学性能的影响。结果表明:CaF2有利于降低析晶温度,微晶玻璃的主晶相为含铁辉石相。当CaF2含量大于4.5%时,微晶玻璃出现CaF2相;当CaF2含量小于等于6.4%时,晶粒逐渐变大,晶相含量较高,力学性能主要由晶相决定;当CaF2含量大于6.4%时,晶相含量急剧减少,此时表现的力学性能主要由玻璃相决定。CaF2为4.5%时,本实验材料综合性能最优。

含稀土元素的矿渣纳米晶玻璃陶瓷的光谱学研究

利用白云鄂博矿资源废弃物中有价元素以共伴生形成存在的特点制备了高性能的矿渣纳米晶玻璃陶瓷。本文采用电感耦合等离子发射光谱（ICP）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）等测试方法对样品的成分和结构进行了深入分析。ICP和XRD、SEM实验结果表明,我们制备的玻璃陶瓷是主晶相为透辉石,晶粒尺寸在45～100nm范围含稀土元素的纳米晶玻璃陶瓷,SEM面扫所显示的元素与ICP成分分析结果较为一致。Raman分析表明,其非晶相主要由具有不同非桥氧键的硅氧四面体结构单元构成的三维网络结构,进一步分析发现稀土微量元素对网络结构有十分明显的影响。我们把矿渣纳米晶玻璃陶瓷与相似成分的玻璃陶瓷的拉曼光谱对比,发现矿渣纳米晶玻璃陶瓷的拉曼谱带普遍比玻璃陶瓷对应的拉曼谱带波数低。相似成分的玻璃陶瓷与矿渣纳米晶玻璃陶瓷的成分差别主要是稀土元素等微量元素。本文的研究方法为研究玻璃陶瓷的成分与结构、性能之间的关系提供了一种研究思路。

微波法热处理制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究

以二氧化硅,三氧化二铝,氧化钙和氧化镁为主要原料,分别采用微波辐射和传统电加热制备了一系列CaOMgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)系微晶玻璃材料,对比两种方法的热处理制度对微晶玻璃结构与性能的影响,并进一步讨论了微波非热效应的影响。利用DTA、XRD、SEM和综合力学性能仪等手段,研究了两种对该系微晶玻璃显微结构及性能的影响。实验结果表明,两种方法制备的微晶玻璃主晶相均为辉石相,力学性能也基本相当。与传统热处理方法相比,微波法可在更短时间内制备出性能较好的微晶玻璃材料,微波非热效应有助于降低其晶化温度。

一步法热处理对复合尾矿微晶玻璃晶化过程及性能的影响

以金尾矿和铁尾矿为主要原料,采用熔融法制备了CaO-Al2O3-Si O2(CAS)系微晶玻璃,利用差热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和综合力学性能仪等测试手段,研究了一步法热处理制度中不同温度对CAS系尾矿微晶玻璃显微结构及性能的影响。结果表明:采用一步法热处理制度可以成功制备出以透辉石(Mg0.6Fe0.2Al0.2)Ca(Si1.5Al0.5)O6为主晶相的微晶玻璃,且随着热处理温度的升高,所制备的微晶玻璃的综合性能有所提高。确定最佳的热处理制度为870℃保温2 h,所制备的微晶玻璃的密度为2.97 g/cm3,抗折强度为230.33 MPa,耐酸性99.38%,耐碱性99.25%,弹性模量、剪切模量分别为118.19 GPa和47.9 GPa。

晶核剂对锂硅铝系矿渣微晶玻璃结构和性能的影响

以内蒙古包头黄金尾矿为主要原料,采用熔融法制备了添加不同晶核剂(TiO2、ZrO2、TiO2和ZrO2复合、Fe2O3、CaF2、Cr2O3)的Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)系矿渣微晶玻璃,利用XRD、SEM、EDS和热膨胀系数测定仪等检测手段,研究了不同晶核剂对该体系微晶玻璃结构和性能的影响,并最终确定了适宜于该体系的晶核剂。实验结果表明,以CaF2作为晶核剂,样品析晶程度很低,且极其易碎;以Cr2O3作为晶核剂,样品中会析出大量的锌铬尖晶石,导致样品性能下降;而TiO2、ZrO2、TiO2和ZrO2复合、Fe2O3作为晶核剂,样品主晶相均为β-石英和锂辉石相,性能较好,适宜作为LAS系矿渣微晶玻璃的晶核剂,其中TiO2和ZrO2复合使用性能最佳。

CaO/SiO_2对复合尾矿制备玻璃陶瓷性能的影响

以陕南金尾矿为主要原料,以白云鄂博低品位尾矿代替外加晶核剂,采用熔融法制得复合尾矿玻璃陶瓷材料。利用DTA、XRD、SEM等测试手段,研究不同CaO/SiO2对玻璃陶瓷的晶化温度、显微结构和理化性能的影响。研究表明:当CaO/SiO2比值为0.43~0.26时,主晶相均为普通辉石相;随着CaO/SiO2比值减小,晶化温度呈上升趋势,晶化程度逐渐降低,且对力学性能和密度的影响不大。其中当CaO/SiO2比值为0.32时性能最佳,尾矿玻璃陶瓷的抗折强度169.2 MPa、密度2.92 g/cm3、耐酸性95%、耐碱性98%。

球磨CeMg_(12)+100wt%Ni+Ywt%TiF_3(Y=0、3、5)合金微观结构及电化学储氢性能

用球磨法制备具有非晶纳米晶结构的CeMg12+100wt%Ni+Ywt%TiF3(Y=0、3、5)电极合金,研究在球磨过程中加入不同含量的TiF3对合金的微观结构及电化学性能影响。主要从电化学放电容量、循环稳定性以及电化学动力学方面对制备的合金电化学性能进行探讨,并运用电化学PCT(压力–组成–温度)法从热力学角度进一步研究制备合金电化学性能变化的内在原因。结果表明:TiF3有助于增强球磨CeMg12+100wt%Ni+Ywt%TiF3(Y=0、3、5)储氢合金玻璃化形成能力,改善合金的电化学与动力学性能。另外,球磨过程中加入TiF3可以在一定程度上降低合金氢化物的热稳定性,有利于电化学释氢反应的进行。

热处理温度对稀选尾矿——粉煤灰微晶玻璃力学性能的影响

以稀选尾矿和粉煤灰为主要原料,添加适量的石英砂、纯碱等化工原料,经混料、熔制、成型、热处理等工艺过程制得以辉石为主晶相的微晶玻璃。利用DTA、XRD、SEM等测试手段分别研究了核化温度及晶化温度对微晶玻璃力学性能的影响。研究表明:不同的核化温度及晶化温度对稀选尾矿—粉煤灰微晶玻璃主晶相影响较小,但对性能影响较大。最佳的核化、晶化温度分别为720℃和850℃,在此温度下得到的微晶玻璃抗折强度为197MPa。微晶玻璃微观组织结构致密,晶粒细小而分布均匀,尺寸范围为100～300 nm,以球状晶居多。

产学研结合应用于研究生课程的改革与实践

为提高玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等研究生课程的实际授课效果,本研究从企业实际生产出发,调研相关产品的各种性能要求及应用领域以及企业生产中面临的问题,通过调整玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等课程教学内容,将理论内容与实际生产进行有效衔接。鼓励学生参与相关科学研究,加强实践动手能力及对理论知识的深入理解。

La2O3和CeO2对矿渣微晶陶瓷抗腐蚀性能的影响

以白云鄂博尾矿、粉煤灰和高炉渣为主要原料,采用熔融法制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)系微晶玻璃,利用DSC,XRD,SEM及理化性能等测试手段,研究La2O3和CeO2对微晶玻璃析晶温度、物相和微观结构的影响,重点研究了抗酸碱性的变化规律.结果表明:随着La2O3和CeO2外添量的增加,析晶温度先上升后降低,微晶玻璃的主晶相均为透辉石相,当两者添加质量分数为2%时,析出的球状微晶在一定程度上抑制了枝状晶的生长,此时对耐酸性影响规律比耐碱性更加明显,玻璃的耐碱性均在96%以上.

液态泡沫铝单条Plateau边界演化机理研究

针对液态泡沫铝单条Plateau边界的析液现象进行数值研究.在不考虑气泡合并的情况下,表面张力、溶液粘度、重力加速度是影响Plateau边界内部析液的主要因素.对单条Plateau边界内部流动进行了数值模拟,并和实验值相对比,其中内部流场采用非交错网格的SIMPLE差分格式求解.研究结果表明,单条Plateau内部速度场与前人模拟结果较吻合.此研究为制作铝合金泡沫材料提供了重要的指导意义.

基础成分配比对白云鄂博尾矿微晶玻璃结构及性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制备得到了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系尾矿微晶玻璃。制备流程包括熔融、退火、核化及晶化过程。其中玻璃熔融温度为1450℃,核化温度为720℃,晶化温度为850℃。利用XRD研究了基础玻璃成分配比对微晶玻璃结构的影响。结果表明基础玻璃成分配比直接决定微晶玻璃的主晶相形成。随着基础玻璃成分配比的变化,微晶玻璃可能形成辉石相、钙长石相、镁铁尖晶石相或磁铁矿相。当其他元素固定,CaO/MgO和CaO/Al2O3比值的减小会导致微晶玻璃由辉石相转变为镁铁尖晶石相和钙长石相。而当SiO2/CaO比值大于2时,主晶相则由辉石相转变为磁铁矿相。DTA测试结果表明CaO有利于析晶温度的降低,而MgO、Al2O3和SiO2相对提高了析晶温度。力学性能测试表明抗折强度、密度、耐酸碱度与微晶玻璃主晶相有直接关系。主晶相为辉石相的微晶玻璃具有更高的抗折强度、密度和耐酸性。