论文摘要
黄磷炉渣是电炉法生产黄磷时产生的固体废物,根据不同的冷却方式,分为水淬黄磷炉渣和块状黄磷炉渣。我国一般采用水淬法处理熔融态黄磷炉渣。炉渣主要用于水泥工业、硅钙肥、路基材料等领域,产品附加值低。块状黄磷炉渣和熔融态黄磷炉渣有很好的相似性。本文进行了块状黄磷炉渣制备CaO-Al2O3-SiO2三元体系微晶玻璃的研究,采用熔融法制备工艺,通过理化性能和微观结构分析,进行原料配比的优化、核化、晶化及升温速率等热处理制度的调控研究,为进一步开展熔融态黄磷炉渣的高效利用研究提供理论依据。根据CaO-Al2O3-SiO2相图,以硅灰石为主晶相,基础玻璃原料配比中,炉渣占55～78wt%,辅料SiO2占19-38wt%,辅料A1203占2.4-11wt%,设定6组配方实验。1#原料配比,炉渣：SiO2:Al2O3=63.4:33.8:2.8;2#原料配比,炉渣：SiO2:Al2O3=51.7：37.5：10.8;3#原料配比,炉渣：SiO2:Al2O3=77.7:19.4:2.9;4#原料配比,炉渣：Si02：A1203=56.6：35.5：7.9；5#原料配比,炉渣：SiO2:Al2O3= 61.2:32.7:6.1;6#原料配比,炉渣：SiO2:Al2O3=62.4:30.3:7.3。1#-6#的基础玻璃原料分别充分混合后,在1300℃-1400℃下熔化,制备基础玻璃。对基础玻璃进行DSC-TG热分析,由DSC曲线分析可知,1#配方容易微晶化,属于两步法热处理制度,玻璃析晶效果好。1#基础玻璃进行热处理,获得主晶相为硅灰石的微晶玻璃,为白色,无裂纹。确定1#作为本实验的基础玻璃配方。7#配方在1#的配方基础上加入3.37%的Cr203作为晶核剂,7#基础玻璃DSC曲线没有显著的放热峰,析晶比较困难。本实验不需外加晶核剂,炉渣中次要成分可以作为复合晶核剂。金属成型模具预热温度在100℃以下,在炉膛口迅速浇注成型,进行退火保温处理。制备的基础玻璃残余应力小,避免了破裂分层现象,提高了成型效率。根据1。试样DSC曲线,转变温度Tg为717℃,设定核化温度为720℃～870℃,核化时间为1-3h；晶化放热峰温度为980℃,设定晶化温度为980℃～100℃,晶化时间为1-3h。进行核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间单因素实验。同时从核化升温速率为1.5～15℃/min和晶化升温速率2.5-11℃/min,进行快速、慢速、适宜升温速率对比研究。通过XRD物相分析、结晶度计算、莫氏硬度测试、金相显微镜和SEM分析,确定本研究适宜的热处理制度为核化温度740℃,核化升温速率3.5℃/min,核化时间2h,晶化温度1050℃,晶化升温速率3.6℃/min,晶化时间2h。在适宜热处理制度下,微晶玻璃的主晶相为硅灰石（CaSiO3）。获得微晶玻璃试样的晶粒数量多和颗粒细小,基本均匀分布,为椭圆形。试样的结晶度高,晶体发育完整,莫氏硬度性能优良。