玻璃配比对尾矿—粉煤灰微晶玻璃的影响 毕业论文 - 图文(3)

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1.3.4微晶玻璃的研究现状

自从微晶玻璃出现以后，由于其组成、结构决定其具有所需的不同性能，因此在短短的两三年里，广泛应用于电子、化工、生物医学、机械工程、军事和建筑等领域，其中建筑装饰用微晶玻璃的使用量最大，经济效益最显著。

在欧美国家，微晶玻璃的研究起步较早。目前，主要是用矿渣及其它玻璃原料混合熔化后浇注成平板晶化玻璃、再经磨抛而成为具有漂亮花纹的微晶玻璃板用于建筑装饰。

我国在微晶玻璃装饰材料产品的开发研制方面起步较晚，始于80年代中后期，但发展迅速。起初，国内的开发研制者们多采用整体晶化法来制作微晶玻璃装饰板，由于在晶化过程中易出现变形与开裂，产品的质量得不到保证，成品率很低，成本高。

近年来，采用粉末烧结法研制开发的微晶玻璃装饰板已取得突破性进展，经过科研人员的刻苦攻关，现已解决了玻璃的成分设计、玻璃的熔化制度、玻璃颗粒析晶能力的控制等多项关键技术难题。例如，武汉工业大学玻璃科学技术研究所对采用烧结法生产微晶玻璃装饰板技术进行了深入研究。广东茂名市中辰集团有限公司采用武汉工大的技术，投资8000多万元，现已投产，年产微晶装饰平面板和弧面板20万平方米，有30多个花色品种，产品成品率较高，基本上没有气泡、色差、翘板等缺陷，生产稳定[]。

清华大学研制的微晶玻璃装饰板已在内蒙古华孚玻璃厂投入生产，产品质量已达到国际先进水平。河北晶牛集团攻克了压延微晶玻璃技术难关，其产品主要技术性能经国家建材局技术检测中心鉴定，远远高于花岗石、大理石。

目前国内从事微晶玻璃装饰板的生产研究已达20多家。同时，武汉工业大学、清华大学、中科院上海硅酸盐研究所等单位的科研人员，经过艰苦的努力，已成功地掌握了用粉煤灰、煤矸石、金属尾矿、黄河泥沙以及工业废弃物作为基本原料生产微晶玻璃装饰板先进技术。这一方面可以大大降低生产成本，另一方面可以变废为宝，化害为利，节能降耗，保护环境，造福子孙后代。因此，微晶玻璃装饰材料也是一种迎合时代潮流的绿色建材[7]。

1.4研究内容

1.以白云鄂博尾矿、粉煤灰为主要原料，添加少量的石英砂、硼砂、氧化钙、氧化

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铝、氧化镁等化工原料，利用实验设计基础玻璃组分，采用熔融法制备基础微晶玻璃。研究基础成分含量变化对所制备的矿渣微晶玻璃熔制高温粘度、核化机理、晶化过程中的相组成、演变规律；基础成分含量变化对所制备的矿渣微晶玻璃力学性能及抗腐蚀性的影响规律及作用机理；探索矿渣微晶玻璃的相组成和晶微组织与基础成分含量之间的关系。

2.通过对微晶玻璃试样的抗折强度、差热分析、耐腐蚀性、显微形貌、物相、密度等研究，最终确定合理的玻璃配方及制备工艺。

1.5选题的目的意义

揭示白云鄂博尾矿和粉煤灰基础成分在矿渣微晶玻璃中的存在形式、分布规律；研究CaO/MgO质量比、CaO/Al2O3质量比和Si/Ca质量比对微晶玻璃结构性能的影响。为获得性能优异的板材提供理论指导，对于进一步改善国内微晶玻璃性能不佳，工艺不科学的缺点，进行材料制备工艺方面的攻关也是有着重大的理论和现实意义。

作为高强、高档、高附加值的微晶玻璃,在建筑、装饰和工业上作耐磨、耐腐、耐高温、电绝缘等材料方面具有极为广阔的市场及前景。它是通过基础玻璃或其他材料在加热过程中进行控制晶化而得到的一种含有大量微晶体和玻璃体的复合固体材料。经过国内外科学家长期、大量的研究实践,发现以粉煤灰尾矿为主要原料,添加适当的辅助原料（如氧化锆、氧化铬）,可以生产性能优良的矿渣微晶玻璃,且生产过程无再次污染,产品无放射性污染,产品市场供不应求,尾矿微晶玻璃也被称为21世纪的绿色建材。因此,利用尾矿制备性能优良的矿渣微晶玻璃对于提高尾矿的利用率和附加值、增加企业经济效益、减轻环境污染具有重要的意义[8]。

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第二章 实验设计

2.1实验方案设计

对于微晶玻璃材料来说，它的结构既取决于玻璃的组成，又依赖于热处理工艺。化学组成是影响微晶玻璃的析晶性能和主晶相的主要因素，不同的组成决定不同的内在结构，从而得到不同的性能。因此，组成通过微观结构影响到材料的宏观性能。在微晶玻璃的组成设计中应该考虑到以下几个问题：

(1)玻璃必须具有较低的熔炼温度，并且熔化和澄清时间短，能够在工业条件下实现生产。

(2)玻璃在成型过程中保持稳定不析晶，在析晶的过程中尽可能得到主晶相，没有或有很少的其它副晶相。

(3)在消除内应力退火处理的过程中，避免微晶玻璃有晶体析出。 (4)玻璃在晶化过程中要求具有尽可能小的变形。

影响微晶玻璃性能最主要的温度的因素是主晶相的种类及晶粒粒度。前者主要取决于基础玻璃的组成，玻璃成分通过对材料结构的影响而决定材料性能：后者则取决于玻璃的晶化工艺制度，即成核和晶体长大区段及保温时间。

本实验以尾矿和粉煤灰为主要原料，添加石英砂、CaO等化工原料，制备出以辉石为主晶相的微晶玻璃，并研究当Si、Ca、Mg、Al以不同比例，不同用量添加时，对制备的微晶玻璃物相、形貌组织及性能的影响，最终找出比较合适的利用率及引入的比例。

确定比较合适的实验配方，设计微晶玻璃主晶相为辉石相，实验设计中形核剂从尾矿和粉煤灰中引入。因此配方中的尾矿和粉煤灰的量不变，改变其他原料比，从而制出样品分析不同基础成分比对微晶玻璃的影响。

2.2实验原料

在设计基础玻璃配方时，必须考虑到两个因素：第一，基础玻璃结构的稳定性；第二，玻璃析晶后的晶相组成，考虑各种元素及其含量对主晶相的影响。微晶玻璃的主晶相在一定程度上决定了材料的性能。从结晶化学角度分析，不同的硅氧比可以得到不同的晶相。按照矿物形成条件，当SiO2、Al2O3含量低时，一般易形成硅氧比小的硅酸盐

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(如硅灰石)；当SiO2、Al2O3含量较高时，易生成架状硅酸盐(如长石)。

从玻璃形成条件看，其组分中必须含有可以形成玻璃的氧化物，如SiO2、B2O3和P2O5，同时还必须含有一定量的中间氧化物，如CaO和MgO等。从尾矿、粉煤灰的成份含量分析知,尾矿中钙的含量高，而粉煤灰中硅和铝的含量较高，尾矿和粉煤灰的这种成分特点对于制备建筑微晶玻璃正好可以相互补充，确定基础玻璃属于

Al2O3-CaO-SiO2系统。为使制备的微晶玻璃具有良好的机械性能和化学稳定性，选择透辉石作为主晶相。为此参照含有少量Al2O3的 CaO—MgO—SiO2四元系统相图(如图2.1)，在辉石相区内拟定合理的配料组成，经实验研究，最后确定基础玻璃的成分(wt%)范围如表2.1所示。

图2.1 CaO -MgO-SiO2系相图

表2.1基础玻璃成分（wt%）

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CaO 18—24

Al2O3 5—9

SiO2 45—50

MgO 3—9

B2O3 3

R2O 6

2.2.1白云鄂博尾矿和粉煤灰

本课题中，尾矿和粉煤灰的主要作用是引入形核剂并承担微晶玻璃中基础成分的部分构成。其主要成分详见表1.1、表1.2。 2.2.2化学试剂

按照玻璃配方，尾矿废渣中不足的 …… 此处隐藏：1703字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……