电炉法制磷过程热力学及动力学分析

采用FactSage软件对电炉法制磷过程中的渣系相图进行计算,并对体系内相关组分的助熔效果进行了分析。考察了不同温度下P₂O₅的还原率差异,并对反应过程进行了热力学和动力学分析。结果表明,当酸度值M_k为0.75～0.85时,Al₂O₃含量对体系形成低共熔物及调节低共熔温度存在一定影响,且适当增大Al₂O₃含量对电炉法制磷过程更有利。单一添加MgO作助熔剂不能有效促进炉料熔融,且会使共熔温度升高,因此应考虑与其他助熔剂复配使用。磷矿熔融还原反应符合一级反应特征,体系的表观活化能为165.712 k J/mol。     

成纤性粉煤灰的低熔区组成及分布

粉煤灰的熔融温度分布图对粉煤灰成纤的降熔配比具有指导意义。利用X荧光光谱仪和灰熔点测试仪,分别测得5种不同来源粉煤灰样品的组成和熔融特性温度。运用实验所测值与117种粉煤灰组成及熔融温度的文献值,以Al₂O₃+SiO₂、CaO+MgO、Fe₂O₃+TiO₂为三相坐标制成三元相图,按照熔融温度高低划分不同区域,得到粉煤灰熔融温度分布图,找出低熔区（流动温度FT<1350℃）的组成及其组成与熔融温度的分布规律。同时将次要组分通过等电量换算后标在CaO-Al₂O₃-SiO₂三元相图中,发现所研究粉煤灰在低熔区的组成与CaO-Al₂O₃-SiO₂三元相图中1350℃低温共熔区的组成具有良好的一致性,由此找出高熔融温度粉煤灰成纤的降熔调配方法。     

SiO2含量对钛矿渣微晶玻璃晶化行为的影响

以钛矿渣为主要原料,采用熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃,通过综合热分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了SiO₂含量对钛矿渣微晶玻璃的基础玻璃稳定性及晶化行为的影响。结果显示:以原渣制备微晶玻璃时,其基础玻璃结构不稳定,易析出钙钛矿晶体,随着SiO₂含量的增加,基础玻璃趋于稳定,析晶温度上升,热处理后析晶程度更高,显微结构更加致密,因而强度更高。通过加入辅助原料石英粉来调节SiO₂含量,当SiO₂含量为40%(质量分数)时,可以制备出具有稳定玻璃体、晶相仅为透辉石、抗弯强度为82.1 MPa的微晶玻璃,其钛矿渣掺量在80%(质量分数)以上,具有重要的经济与社会效应。     

B2O3对低膨胀硼硅酸盐玻璃结构及性能影响的研究

以Na₂O-B₂O₃-SiO₂低膨胀玻璃为基础玻璃体系,用B₂O₃逐步取代SiO₂,采用高温熔融法制备出低膨胀硼硅酸盐玻璃。通过红外光谱、扫描电镜分析了玻璃微观结构,X射线光电子能谱分析了桥氧和非桥氧含量,研究了B₂O₃含量对硼硅酸盐玻璃机械性能、热膨胀性能和紫外-可见光透过率的影响。结果表明:B₂O₃含量的增加使玻璃结构中的[BO₃]增多,玻璃分相逐渐加重;该体系玻璃的机械性能良好,显微硬度达802 kg/mm²,抗折强度达147 MPa;转变温度和软化温度都逐渐降低,热膨胀系数逐渐增加;玻璃样品的可见光透过率在90%左右,无明显规律,[BO₃]增多,玻璃结构中非桥氧的含量增加,玻璃的紫外-可见光透过率逐渐降低。     

添加剂对铜渣还原尾渣微晶玻璃析晶行为及性能的影响

铜渣还原尾渣与CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的化学组成相似,采用熔融法以铜渣还原尾渣为主要原料制备微晶玻璃可为铜渣的高效利用提供一种有效途径。通过DSC、XRD和SEM-EDS等技术研究了不同添加剂(B₂O₃、CaF₂、TiO₂和Cr₂O₃)对微晶玻璃物相组成、抗折强度、体密度、吸水率和显气孔率等性能的影响。结果表明:无论添加哪种添加剂,微晶玻璃均能析出力学性能较好的钙长石和钙铝黄长石,且能使晶体析晶方式转化为整体析晶;添加B₂O₃可使微晶玻璃性能最优,其次是TiO₂与CaF₂。     

MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同MgO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度进行了测试。利用FactSage 7.0提供的热力学数据库建立了SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-CaO-MgO-Na₂O多元体系,模拟不同MgO含量的高钠合成灰的熔融过程。使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对合成灰的矿物质组成及微观形貌进行了研究。结果表明,随着MgO含量的增加,灰熔融温度先降低后升高。当MgO质量分数由0增加到5%时,高温下灰中生成大量低熔点的透辉石,透辉石会与霞石等矿物质形成低温共熔体,导致灰熔融温度降低。进一步增加MgO含量,高温下灰中生成镁黄长石、镁橄榄石和镁硅钙石等高熔点矿物质,使灰熔融温度升高。二元相图和似三元相图的结果表明,全液相温度随MgO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当MgO质量分数为30%时,可以有效提高灰熔融温度并抑制熔融液渣的生成。     

无碱玻璃熔体电阻率的测算拟合

通过建立玻璃熔体电阻率测试方法,并运用线性计算与成分影响因数,拟合出无碱玻璃熔体电阻率ρ与温度T、各成分组成质量分数ω_i关系的两大快速计算公式：玻璃纤维典型E配方玻璃高温电阻率■,其中lgρ和1/T的线性拟合度R²=0.9971;CaO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃无碱玻璃在1500℃时的熔体电阻率■,偏差在±3.50%以内。     

Cr2O3微粉加入量对Al2O3-Cr2O3质耐火材料性能的影响

以电熔铬刚玉和白刚玉为主要原料,用Cr₂O₃微粉部分替代电熔铬刚玉细粉,研究了Cr₂O₃微粉加入量对Al₂O₃-Cr₂O₃质耐火材料常温和高温性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明,随着Cr₂O₃微粉加入量的增加,原位形成了(Al_1-xCr_x)₂O₃固溶体,促进了烧结,材料的显气孔率先降低后升高,且(Al_1-xCr_x)₂O₃固溶体的晶格常数呈线性增加,符合Vegard定律。材料的常温抗折强度和常温耐压强度随Cr₂O₃微粉加入量的增加先升高后降低,在Cr₂O₃微粉加入量为15%(质量分数)时强度达到最大值。而当Cr₂O₃微粉加入量为20%(质量分数)时,由于有挥发现象,材料显气孔率上升,强度下降。材料高温抗折强度随Cr₂O₃微粉加入量的增加而增加,材料的残余强度保持率呈先降低后升高的趋势。     

Fe2O3对MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃体系微观结构的影响

采用分子动力学模拟方法研究了Fe₂O₃对MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃体系微观结构的影响,从径向分布函数、桥氧数目、四面体数目和均方位移函数分析了不同Fe₂O₃含量下的微晶玻璃微观网络结构变化。研究结果表明：将Fe₂O₃加入到MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃体系中,对Al-O、Si-O的径向分布函数影响很小;随着Fe₂O₃的增加,Al-O-Si、Al-O-Al、Si-O-Si、[SiO₄]和[AlO₄]的含量减少,Fe-O-Si、Fe-O-Al和[FeO₄]的含量增加,而Al³⁺和Si⁴⁺的均方位移是先增大后减小。当Fe₂O₃     

B2O3对LTPS用基板玻璃结构和黏温性能的影响

以LTPS用无碱基板玻璃配比料方,探讨B₂O₃对无碱硼铝硅酸盐玻璃结构和黏温性能的影响。通过红外光谱和X射线光电子能谱对玻璃试样进行网络结构分析,并测试了玻璃试样的高温黏度、软化点温度、退火点温度和应变点温度。结果表明:B₂O₃含量较低(0.13%)时,B³⁺以四配位的[BO₄]存在;随着B₂O₃含量升高,满足[BO₄]形成之外的B;逐渐以[BO₃]的形式存在;[BO₃]含量增多,玻璃黏度逐渐下降。     

水泥结合铬刚玉浇注料抗危废炉渣侵蚀行为研究

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一,但危废来源广泛,成分复杂,导致炉渣的成分存在差异,从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象,选取了富含CaO、Fe₂O₃和SiO₂的三种典型危废炉渣,研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明,材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言,高SiO₂渣和高Fe₂O₃渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相,促进了渣渗透;高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相,减缓了渣渗透,造成渣渗透深度顺序为高SiO₂渣>高Fe₂O₃渣>高CaO渣。相比之下,将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性,而且可以实现微孔化,渣的渗透行为受到抑制,尤其是高SiO₂渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关,由于渣的显著渗透行为,反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升,且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透,渣作用在材料界面时间增长,导致高CaO渣的侵蚀指数略高。     

锆英石对铝铬锆砖抗侵蚀性能及六价铬形成的影响

铝铬锆砖因具有优异的抗渣侵蚀性能,被作为炉衬材料广泛应用于工作环境恶劣的危废焚烧炉。然而,铝铬锆砖在制备和服役过程中可能形成有毒的水溶性Cr(VI),相关研究工作却未见报道。本研究分别以单斜氧化锆和锆英石为氧化锆源制备了两种铝铬锆砖,研究了铝铬锆砖在四种不同组成危废焚烧炉渣中的侵蚀行为及熔渣侵蚀前后砖中Cr(VI)的含量。结果表明,锆英石高温下分解形成单斜氧化锆和无定形的二氧化硅,促进化学稳定性较好的(Al,Cr)₂O₃固溶体的形成,提高了铝铬锆砖的致密化程度,同时改善了铝铬锆砖的抗渣侵蚀性能。此外,生成的二氧化硅可以还原砖中Cr(VI)化合物,降低铝铬锆砖中的Cr(VI)含量。熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中Cr(VI)含量与熔渣成分密切相关。在被高碱性氧化物含量的熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中的Cr(VI)含量较高,但锆英石作为氧化锆源的铝铬锆砖在不同熔渣中侵蚀前后的原砖层和渗透层内的Cr(VI)含量均低于欧盟限制标准。     

Fe2O3对铜尾矿基CaO-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶行为的影响

以铜尾矿为主要原料,通过熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS)微晶玻璃,并外掺Fe₂O₃晶核剂对细粒级铜尾矿基CMAS微晶玻璃析晶行为进行优化。利用DSC、XRD和SEM等手段研究了晶核剂用量对细粒级铜尾矿基CMAS微晶玻璃析晶行为和物理性能的影响,借助Ozawa-Chen法拟合计算了析晶动力学参数。结果表明,外掺Fe₂O₃晶核剂用量大于3.72%(质量分数)时,细粒级铜尾矿制备的微晶玻璃可以实现整体析晶。辉石相的析出是玻璃相中的Fe、Mg元素进入[Si(Al)O₄] 四面体晶格配位的结果,Fe³⁺的增加有利于辉石相的析出并降低了析晶活化能,外掺Fe₂O₃晶核剂能够较好地优化细粒级铜尾矿基微晶玻璃的析晶行为和力学性能。     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。     

AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀机理研究

不锈钢生产主要采用氩氧精炼(AOD)炉冶炼工艺,本文探究AOD炉渣对钢包内衬用MgO-C砖的侵蚀机理,为提高钢包内衬用MgO-C砖的使用性能和服役寿命提供理论支撑。结合FactSage6.2软件、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等测试手段分析炉渣侵蚀后MgO-C砖的物相变化、显微结构和化学成分变化。结果表明,随着侵蚀反应的进行,方镁石逐渐被熔蚀,且逐步出现Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,以及MgAl₂O₄等高熔点物相。AOD炉渣通过基质部分侵蚀渗透MgO-C砖,并与方镁石反应生成Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,熔蚀方镁石;同时,方镁石边界处生成MgAl₂O₄,阻碍AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀渗透。     

熔分赤泥熔渣纤维化过程中熔体性能研究

以熔分赤泥为研究对象,探究熔分赤泥熔渣纤维化过程中熔体性能的变化规律,采用炉渣熔点熔速测定仪研究熔分赤泥熔化过程及熔化温度,采用FactSage热力学软件模拟熔分赤泥熔渣冷却过程中矿物析出种类、含量及开始析晶温度,采用X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜研究熔分赤泥熔渣不同温度下矿物组成与显微形貌,采用熔体物性综合测定仪研究熔分赤泥熔渣降温过程中的黏度变化。结果表明,熔分赤泥的熔化温度为1 236 ℃,熔分赤泥熔渣冷却过程中,1 300 ℃开始析出晶体,首先析出晶相为镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)。此外,综合分析熔分赤泥熔渣熔体性能,明确利用熔分赤泥熔渣纤维化制备无机纤维时的温度应高于1 433 ℃。     

不锈钢冶炼用铁水包Al2O3-SiC-C内衬砖的性能与侵蚀机理

铁水包内衬材料长期服役于间隔周期较长的高、低温交替环境,极易发生剥落与侵蚀损毁。为了探索影响铁水包内衬材料使用寿命的主要因素,对市面上四种铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的化学成分、物相组成、物理性能和微观结构进行了分析,并以高炉渣为侵蚀介质,重点研究了不锈钢冶炼用铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的侵蚀机理。结果表明:铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖中Al₂O₃含量越高,高温下制品的液相量越低,越有利于提高耐火砖的高温力学性能;随着含碳量的增加,铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的抗渣性得到明显改善,但抗氧化性及高温抗折强度呈下降趋势;高炉渣中CaO、MgO向耐火砖中渗透,与耐火砖中的Al₂O₃、SiO₂发生反应形成高熔点的镁铝尖晶石及低熔点的钙长石等,生成的低熔相会加剧耐火砖的侵蚀。