利用含钛高炉渣制备微晶泡沫玻璃的研究

论文摘要

近年来,随着科学发展观理念的不断深入,发展循环经济,提高资源利用率成为了众多科研领域的研究热点。本课题以含钛高炉渣为主要原料制备了泡沫玻璃和微晶泡沫玻璃等材料,并采用XRD、SEM和FT-IR等现代测试手段对材料进行了分析和表征。本研究不但具有资源、环境和生态效应,而且为一直难于利用的含钛高炉渣找到了新的利用途径,提高了材料的技术含量和附加值。本研究所制备的微晶泡沫玻璃是分两个部分进行的。即：制备泡沫玻璃和泡沫玻璃的微晶化处理。第一部分：以含钛高炉渣为原料制备泡沫玻璃绝热材料。研究了添加剂掺量和热处理工艺制度对泡沫玻璃性能的影响。首先利用单因素试验,初步确定添加剂的掺量和热处理工艺参数,再利用正交手段进行优化,获得添加剂的最优掺量和热处理工艺的最优工艺参数。研究结果表明,添加剂最优掺量分别为：发泡剂碳酸钙1.5%,稳泡剂磷酸钠6%,助熔剂硼砂6%；泡沫玻璃烧成的最佳热处理制度为：发泡温度900℃,发泡时间15min,升温速度12℃／min。经过预热、烧结、发泡以及稳泡和退火等热处理工艺,制得了具备孔径均匀,导热系数小,体积密度低等优异性能的泡沫玻璃。其中发泡剂掺量、发泡时间和发泡温度对泡沫玻璃的孔径大小,孔的均一性影响较大；稳泡剂的掺量在一定程度上对大泡的生成起到了限制作用；采用两大固体废物做为基础原料制备的泡沫玻璃,大大的降低了生产成本。另外,由于微硅粉粒径较小,省去了部分原料的粉磨工艺过程,也从一定程度上降低了生产成本。第二部分：对第一部分已优化的泡沫玻璃进行二次热处理,制备了微晶泡沫玻璃墙体材料。通过控制热处理制度的方法控制微晶化行为。首先以单因素方法初步确定热处理工艺,再以正交手段优化处理,获得最优热处理工艺参数。研究结果表明,微晶化过程工艺参数中核化温度对微晶化行为影响最大,其次是晶化温度,再次为核化时间和晶化时间。核化时间过长易引起晶化不均,过短会造成核化不充分。晶化时间长短主要影响晶粒的尺寸。核化时间和晶化时间也不宜过长,否则会对微晶化行为产生不良影响。微晶泡沫玻璃的最优热处理工艺参数为：核化温度740℃,核化时间为80min,晶化温度为890℃,晶化时间为100min。经热处理后的泡沫玻璃内部产生了大量纳米级的晶粒,通过XRD分析和SEM分析可知,微晶泡沫玻璃的主晶相为磷石英,次晶相为普通辉石,另外还有残余的球状钛酸镁等。经微晶化处理之后,泡沫玻璃的抗压强度明显增加,其导热系数略微增大,但仍满足用于建筑墙体保温材料的标准。综上所述,采用含钛高炉渣制备的泡沫玻璃,绝热性能好,工艺简单。含钛高炉渣利用率超过30%,不必添加晶核剂,便可得到性能优异的制品。烧成温度不高,成本较低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 含钛高炉渣概述
• 1.1.1 含钛高炉渣
• 1.1.2 含钛高炉渣应用概况
• 1.2 泡沫玻璃概述
• 1.2.1 泡沫玻璃
• 1.2.2 泡沫玻璃的应用
• 1.3 微晶泡沫玻璃概述
• 1.3.1 微晶泡沫玻璃
• 1.3.2 微晶泡沫玻璃的应用
• 1.4 本课题研究的主要内容和意义
• 1.4.1 本课题的主要研究内容
• 1.4.2 本课题提出的意义
• 第2章 理论基础
• 2.1 泡沫玻璃的发泡机理
• 2.1.1 气体来源
• 2.1.2 界面张力及表面张力对发泡的影响
• 2.1.3 粘度对发泡的影响
• 2.1.4 温度对发泡的影响
• 2.2 熔体和玻璃体的诱导析晶理论
• 2.2.1 晶核的形成
• 2.2.2 晶体的长大
• 2.2.3 晶核剂对成核的影响
• 2.2.4 玻璃的分相
• 2.3 热处理工艺理论
• 2.3.1 泡沫玻璃热处理工艺理论
• 2.3.2 微晶泡沫玻璃热处理工艺理论
• 第3章 实验原料及实验方法
• 3.1 实验原料
• 3.1.1 基础原料
• 3.1.2 辅助原料
• 3.2 实验工艺流程及操作
• 3.2.1 泡沫玻璃工艺流程及操作
• 3.2.2 微晶泡沫玻璃工艺流程
• 3.3 测试及分析方法
• 3.3.1 物理性能检测
• 3.3.2 微观性能分析
• 第4章 泡沫玻璃的制备
• 4.1 基础玻璃的制备
• 4.1.1 基础玻璃配方设计
• 4.1.2 基础玻璃的熔制
• 4.2 添加剂对泡沫玻璃性能的影响及掺量确定
• 4.2.1 发泡剂
• 4.2.2 稳泡剂
• 4.2.3 助熔剂
• 4.2.4 添加剂掺量正交优化
• 4.2.5 正交实验直观分析
• 4.3 热处理制度对泡沫玻璃性能的影响及参数确定
• 4.3.1 发泡温度
• 4.3.2 发泡时间
• 4.3.3 升温速度
• 4.3.4 热处理工艺正交实验
• 4.3.5 正交实验直观分析
• 4.4 微观性能检测与分析
• 4.4.1 XRD分析
• 4.4.2 宏观照片分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 微晶泡沫玻璃的制备
• 5.1 泡沫玻璃的微晶化
• 5.2 工艺参数对微晶化行为的影响及工艺参数确定
• 5.2.1 核化温度
• 5.2.2 核化时间
• 5.2.3 晶化温度
• 5.2.4 晶化时间
• 5.3 微晶化工艺正交实验
• 5.4 微观性能检测与分析
• 5.4.1 XRD衍射分析
• 5.4.2 SEM分析
• 5.4.3 FT-IR分析
• 5.4.4 微晶泡沫玻璃的理化性能
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及发明专利