晶化溫度對微晶玻璃析晶行為和性能的影響

摘 要:本文以鉻渣和銅尾礦為原料，采用熔融法制備微晶玻璃，借助XRD和SEM等分析手段，系統研究了晶化溫度對微晶玻璃析晶行為的影響;研究結果表明:隨著晶化溫度的升高，微晶玻璃的主晶相均為普通輝石，且晶體尺寸增大，晶核數量減少，同時微晶玻璃的表觀體積密度和顯微硬度呈先增大后減小的趨勢，當晶化溫度為860℃時，表觀體積密度和顯微硬度達到最大，其值分別為3.06g·cm-3和925Hv。

關鍵詞:微晶玻璃熔融法晶化溫度顯微硬度

中圖分類號:TD98文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2010)7(b)-0106-02

引言

鉻渣是指在鉻鹽生產中，鉻鐵礦與純堿、石灰輔料等混合高溫煅燒，水浸后的殘渣。鉻渣的處理被列為我國固體廢棄物治理的重中之重，同時也是世界性的難題[1-3]。而微晶玻璃不僅對礦渣中可溶性重金屬離子具有很好的轉化和固化的作用，且無放射性污染，且具有機械強度高、耐風化、耐磨、抗腐蝕、抗凍、抗滲透和耐污染等特性，是現代建筑行業理想的高檔綠色環保裝飾材料[4-9]。近年來，國內外礦渣微晶玻璃方面的研究較多，但完全利用尾礦廢渣制備微晶玻璃的研究相對較少。本課題以鉻渣和銅尾礦為原料采用熔融法制備礦渣微晶玻璃，為鉻渣和銅尾礦的資源化提供理論依據。

1 實驗

1.1 實驗原料

鉻渣和銅尾礦的主要化學成分如表1所示。

1.2 實驗方法

將鉻渣和銅尾礦按一定配比進行研磨混合后得到基礎物料的主要成分為SiO2: 42.1%，CaO:16.07%，MgO:10.83%，TFe:8.07%，Al2O3:9.39%，Cr2O3:1.32。將配置的物料放入氧化鋁坩堝中，置于密閉的二硅化鉬爐中熔融，溫度為1400℃左右，時間為120min，將熔融的玻璃倒在預熱的不銹鋼板上，放入馬弗爐中進行晶化，核化溫度為:700℃，核化時間為60min，晶化溫度分別為:820、840、860和880℃，晶化時間為60 120min，并在650℃條件下退火，時間為60min，隨爐冷卻到室溫，最終得到微晶玻璃。

將部分微晶玻璃試樣研磨至0.074mm，使用采用D/max-rb型X-衍射儀，對微晶玻璃晶相作定性分析;將微晶玻璃試樣磨平、拋光在顯微鏡下觀察其宏觀組織形態，并在1％濃度的氫氟酸下腐蝕20秒，采用日本島津公司SSX-550掃描電子顯微鏡對試樣進行SEM分析，觀察試樣的顯微結構和顯微組織。

2 熱處理制度的制定

圖1為實驗測定的差熱分析曲線。從圖1中可以看出，實驗測定的玻璃轉變溫度為720℃左右，析晶峰值溫度為820~880℃。根據實驗測定的數據，選擇的微晶玻璃核化溫度為700℃，晶化溫度820~880℃進行實驗。

3 結果與討論

圖2為不同晶化溫度條件下試樣的XRD曲線。由圖可知，隨著晶化溫度的升高，試樣的組成均為為普通輝石。

圖3為不同晶化溫度下礦渣微晶玻璃掃描電鏡照片。從圖3中可以看出，當晶化溫度為820℃時，試樣析出的晶體尺寸較小，晶核數量較多;隨著晶化溫度升高，晶體析出量增加，晶體尺寸增大;晶化溫度為840℃時，晶體平均尺寸在0.4μm左右;晶化溫度為860℃時，晶體尺寸在0.8μm以上，晶粒呈球形，分布均勻;晶化溫度為880℃時，由于晶體生長前沿移動過快，阻礙附近有生長能力的晶體生長，使晶體顯微結構變粗，晶體和玻璃相之間界面積減少，不利于微晶結構的形成，晶粒數量明顯下降，晶體尺寸在2μm左右。

圖4為晶化溫度對礦渣微晶玻璃表觀體積密度的影響。從圖4中可以看出，隨著晶化溫度的增加，微晶玻璃表觀體積密度呈先增大后減小的趨勢;在820℃下晶化時，因為晶化溫度較低，晶體生長速度緩慢，試樣的致密性相對較低，僅為2.78g·cm-3;晶化溫度的升高使得晶體生長速度加快，晶體的生長試樣的致密性相對增大，使得表觀體積密度增加;在860℃下晶化時，表觀體積密度達到最大值3.06g·cm-3;在880℃下晶化時，晶粒生長速度過快，晶體尺寸較大，造成缺陷的產生，影響試樣的致密度，使微晶玻璃的表觀體積密度降低。

圖5為晶化溫度對微晶玻璃顯微硬度的影響。從圖5中可以看出，隨著晶化溫度的增加，微晶玻璃顯微硬度呈先升高后降低的趨勢，當晶化溫度為860℃時，微晶玻璃顯微硬度達到最大，其值925Hv。

3 結論

(1)完全以鉻渣和銅尾礦為原料可以制備出性能較好的微晶玻璃。

(2)隨著晶化晶化溫度的升高，主晶相均為普通輝石，晶體尺寸和析出量逐漸增大。

(3)隨著晶化晶化溫度的升高，微晶玻璃的表觀體積密度和顯微硬度呈先增大后減小的趨勢，當晶化溫度為860℃時，表觀體積密度和顯微硬度達到最大，其值分別為3.06g·cm-3和925Hv。

參考文獻

[1]蘭嗣國，殷惠民，狄一安等.淺談鉻渣解毒技術[J]，環境科學研究.1998，11(3):53～56.

[2]孟慶英，渠榮遴.鉻渣低氧焙燒水淬急冷無毒化治理反應機理[J]，環境工程，1989，7(4):9～18.

[3]丁翼.我國鉻鹽生產狀況及發展建議[J]，無機鹽工業，2000，32(4):28～44.