利用鎳鐵渣及粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的相關探討

張訊（綿陽師范學院，化學與化學工程學院，四川綿陽621000）

利用鎳鐵渣及粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的相關探討

張訊（綿陽師范學院，化學與化學工程學院，四川綿陽621000）

本文主要闡述了微晶玻璃的作用，設計了鎳鐵渣和粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的實驗，并且對實驗進行探討，分析實驗成品結果。通過分析以上實驗結果，能夠為相關技術人員提供一些參考。

鎳鐵渣及粉煤灰；CMSA系微晶玻璃；鐵合金渣

隨著鐵合金生產的快速發展，產量的不斷增加，也產生非常多的鎳鐵渣。將這些鎳鐵渣和粉煤灰進行混合利用，制備微晶玻璃，可以降低企業的耗能，提高金屬回收率。這種方法已經成為鐵合金產業實施可持續發展的必要途徑。

1 CMSA系微晶玻璃的作用

CMSA系微晶玻璃的全稱是CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，是特定的基礎玻璃在加熱過程中，通過控制玻璃晶化速度，從而得出一種含有微晶的多晶固體材料。由于微晶玻璃是介于陶瓷和玻璃之間的材質，因此，具有非常好的性能。CMSA系微晶玻璃因為在制作過程中，使用大量的礦渣和固體廢棄物，從而引起研發人員的興趣，因為CMSA系玻璃具有極強的抗彎折、抗壓、抗腐蝕、耐磨性強等特點，所以，被廣泛的應用在建筑領域，發揮替代花崗巖和大理石等高檔裝修建材的作用，同時，由于具有耐磨、耐腐蝕性的特點，也可以應用到冶金化工、機械制造等多種行業。

2 利用鎳鐵渣和粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的實驗過程

2.1 實驗原料

實驗主要原料是鎳鐵渣、粉煤灰以及磨碎的原料玻璃。因為鎳鐵渣的價格更低，所以在實驗過程中，要提高鎳鐵渣的使用量。因此，實驗設定的原料配比如下：1號樣品鎳鐵渣含量為55%，粉煤灰含量為45%，2號樣品鎳鐵渣含量為45%，粉煤灰含量為55%，三號樣品鎳鐵渣含量為60%，粉煤灰含量為40%。

2.2 原料合成

首先，研究人員要用行星式球磨機對玻璃碎渣進行細磨，然后將鎳鐵渣和粉煤灰按照計量標準進行配料，并放入實驗杯中攪勻，再將混合原料放置在硅鉬爐中。研究人員要設定硅鉬爐以10°C/min的加熱速度升溫至1500°C，并進行1個小時的保溫措施。接著，研究人員要將保溫的爐渣放置在冷水中，待混合液體溫度冷卻到室溫的時候，放入烘干機中烘干。最后，將混合晶體磨碎，獲得基礎玻璃。

2.3 實驗方法

研究人員要將生成的樣品通過X光射線光譜進行測定，確定玻璃在轉變時，產生的析晶溫度變化在范圍值，以Al2O3為參考，當以10°C/min的升溫速度時，最大的加熱溫度為1100°C。研究人員要將取得的基礎玻璃樣品進行打磨，然后用5%HF溶液進行腐蝕性實驗，并對腐蝕后的樣品進行超聲波清洗。在清洗過后進行電鏡掃描分析，測定樣品的重量和密度，采用抗彎強度測試儀進行測試，測試儀的跨距為3.5cm，加載速度為0.5mm/min[1]。

3 實驗結果及探討

3.1 實驗結果

通過以上實驗方式能夠得出基本玻璃的熱差數據，三個基礎玻璃的起始析晶溫度分別為：1號樣品860°C，2號樣品880°C，3號樣品840°C。由于在進行基礎玻璃燒制的過程中，峰值曲線會發生變化，導致微晶玻璃低位區和高溫區的溫度差較大。因此，溫度越高，燒結好，玻璃的各方面性能就會好。在保持在20°C左右。按照燒制結果，將基礎玻璃制作成圓柱形的樣本塊，在高溫熔爐中進行升溫燃燒實驗，升溫速度以8°C/min升至1500°C。然后，按照8°C/min降溫速度進行降溫處理，隨后關閉燃燒爐。研究人員將不同燒結狀態的基礎玻璃樣品進行溫度曲線測試，得出了三個樣品的晶化溫度分別為980°C、990°C、950°C。因此，能夠得出，CMSA系微晶玻璃的性能好壞取決于所析出的晶相性質、種類、玻璃的比例以及晶粒的分布條件，同理，微晶玻璃的屬性也就是析出晶體的固有屬性，決定了微晶組織結構。通過實驗證明，CMSA系微晶玻璃的抗壓強度、收縮率大小都與晶相有關。

3.2 實驗成品結果分析

為了能夠確定基礎玻璃在燒結過程后所呈現出的晶相性質，研究人員要將燒結過后的微晶玻璃，進行XRD測試分析。XRD測試能夠分析出所測驗的基礎玻璃晶體中的組成元素和元素含量，通過測試能夠得出1號樣品的主要晶體為石英和氧化鈣，同時還有一定程度的尖晶石，這是因為1號樣品中的Al2O2含量較多，燒結過程中，更加容易和MgO化合成尖晶石。2號、3號樣品所析出的主要晶體是氧化鈣和頑輝石，并伴有一定量的尖晶石。

研究人員還要分析燒結斷面的氣孔，3號斷面的氣孔少，2號次之，1號最多。這三種燒結斷面都在存在著一定的氣孔，原因在于基礎玻璃樣品在燒結的過程中澄清放置的時間過短，當熔渣進行水淬時，玻璃晶體產生氣孔。因此，成核燒結和晶化過程能夠影響氣泡生成的概率。從燒結動力學的觀點來看，燒結溫度要不斷提高，才能夠加強基礎玻璃物質遷移，在最大程度上消除氣孔。當基礎玻璃的經過充分燒結后，晶化階段產生的氣孔就會變為細小的針孔，這是因為樣品中的MgO和Al2O3的含量適中，使得玻璃中的鋁硅酸鹽產合適的聚合度，從而擴散離子，燒結密度就會降低。綜合以上實驗結果表明，以鎳鐵渣和粉煤灰為主要原料，可以制造出性能良好的CMSA系微晶玻璃[2]。

4 結語

綜上所述，利用鎳鐵渣及粉煤灰能夠燒結出質量優良的CMSA系微晶玻璃。在此基礎上，通過控制基礎玻璃燃燒的析晶溫度、將基礎能夠控制燒結晶相，增加CMSA系微晶玻璃的抗壓強度，同時，通過將基礎玻璃進行XRD測試分析、不斷提高燒結溫度，能夠分析出晶體中的組成元素、最大程度上消除氣孔。因此，在遇到CMSA系微晶玻璃的問題時，可以通過以上方法解決。

[1]張亞洲.鐵合金渣綜合利用的研究現狀及發展趨勢[J].冶金能源.2013.05.

[2]張文軍,李宇,李宏,蒼大強.利用鎳鐵渣及粉煤灰制備CMSA系微晶玻璃的研究[J].硅酸鹽通報,2014,33(12):3359-3365.

張訊(1993-)，男，四川雅安人，漢族，現職稱：化驗員，學歷：本科，研究方向：從事化驗工作。