模拟高放废液玻璃固化体析晶性能研究

以焦耳炉生产的含16%(质量分数)模拟高放废液(HLW)的硼硅酸盐玻璃固化体作为实验材料,研究了玻璃固化体在不同热处理温度下的析晶行为和热稳定性。结果表明:部分固化体在实际生产和储存过程中内部已经出现辉石晶相,已析晶玻璃的活化能较未析晶玻璃低40~60 kJ/mol;热处理试验证实辉石相在700~900 ℃内析出,同时随结晶度的增加玻璃固化体的表观颜色也发生变化。研究析晶与热历史之间的相关性有助于预测高放废物玻璃中结晶相的产生,研究结果可为焦耳炉固化工艺的进一步控制提供理论依据。     

Fe2+、Fe3+对CASM系微晶玻璃析晶性能的影响

为了能够利用冶金行业中的大量含铁固体废弃物制备高附加值的微晶玻璃,采用差热分析法(DTA)研究了Fe2+、Fe3+对CASM系微晶玻璃析晶性能影响。研究结果显示,Fe2+可以降低微晶玻璃的热处理温度,但是少量的Fe3+则会使热处理温度升高。同时计算了不同含量的Fe3+和Fe2+玻璃料的析晶动力学参数K(Tp)。分析结果表明,Fe2+对该配方下的微晶玻璃的析晶能力影响较小,当其含量为0～7.5%时Fe3+对析晶能力影响也较小;当Fe3+含量高于7.5%时其能够显著提高玻璃的析晶能力,但对于采用烧结法制备微晶玻璃工艺,析晶能力太强不利于微晶玻璃的烧结。因此固体废弃物中的铁含量较高时,其以Fe2+的形式存在时较为有利。综合微晶玻璃的力学性能,在该配方体系中Fe2+和Fe3+含量应分别不高于4.5%和3.0%。     

氟化钙对钠钙玻璃反应析晶制备玻璃陶瓷性能的影响

用X射线衍射、Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜研究了不同氟化钙加入量的钠钙玻璃粉末在烧结过程中的反应析晶。结果表明:未加入氟化钙时,以钙铝黄长石作为析晶促进剂,在850℃反应析晶生成硅灰石玻璃陶瓷;当析晶促进剂含量低于15%(质量分数,下同)时,添加6%氟化钙在850℃反应析晶生成枪晶石玻璃陶瓷。随氟化钙添加量增加,制备的枪晶石玻璃陶瓷气孔率逐渐增大,体积密度减小,抗弯强度降低。当氟化钙添加量为6%时,制得的枪晶石玻璃陶瓷抗弯强度达到68MPa。     

反应析晶烧结法制备硅灰石玻璃陶瓷

本文提出了一种直接利用废玻璃制备硅灰石玻璃陶瓷的新工艺:反应析晶烧结法。将高岭土和碳酸钙为主要原料合成的析晶促进剂加入到废玻璃粉末中烧结,通过两者间的反应析出硅灰石。研究了析晶促进剂含量和烧结温度对硅灰石玻璃陶瓷的组织、烧结和性能的影响,结果表明:随着析晶促进剂含量的增加,玻璃陶瓷的体密度和开孔隙率增加,强度先增后降。提高烧结温度促进反应析晶,并导致玻璃陶瓷的体密度、开孔隙率和强度降低。析晶促进剂含量为15%,烧结温度为850℃时,制得的硅灰石玻璃陶瓷的力学性能最佳。     

SiO2-Al2O3-MgO-K2O-(F)系玻璃陶瓷的分相和析晶

应用差热分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜等技术，研究了氟含量在SiO2—Al2O3—MgO—K2O系玻璃陶瓷分相及析晶中的作用。结果表明：当玻璃中不含氟时，试样在高温发生整体析晶，析出晶相为堇青石(Mg2Al4Si5O18)。当玻璃中含有质量分数为1．0％的氟时，玻璃的玻璃转变温度及析晶温度都有所降低，但首先在玻璃表面析出云母晶体，玻璃内部发生分相。随着析晶温度的升高，试样内部析出相互交错条状云母晶体。当玻璃中氟的质量分数达到4．0％时，云母晶体呈针片状整体析出，而且析晶温度进一步降低。     

Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al₂O₃+P₂O₅)含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al₂O₃+P₂O₅)含量减少,玻璃中Na₂O含量增加,玻璃化转变温度从685 ℃降低到622 ℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q⁴_P对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na₂O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al₂O₃+P₂O₅)摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700 ℃热处理时以NaAlSiO₄霞石晶体为主,900 ℃时转变为以Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂霞石晶体为主。当(Al₂O₃+P₂O₅)的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na₃PO₄和Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na₃PO₄晶体,导致化学稳定性变差。     

模拟高钠高放废物铁硼磷酸盐玻璃固化体的结构和性能

以36Fe2O3--10B2O3--54P2O5为基础玻璃,制备了不同模拟高钠高放废物包容量的铁硼磷酸盐玻璃固化体,用Fourier变换红外光谱测试方法系统研究了由废物包容量引起的玻璃固化体结构变化,并用溶解速率法初步测试了固化体的化学性能。结果表明:随着废物包容量的增加,固化体试样结构中(PO4)3-四面体基团增加,[BO3]基团向[BO4]基团转变,磷酸盐基团彼此间的连接程度减小,Fe—O—P键在包容量为25%(质量分数)到30%时存在量较大。玻璃固化体网络结构以(PO4)3-四面体基团为主,易水化的(PO3)-磷酸盐基团的含量很小。但固化体结构中[BO3]基团的存在量还较大,该组分的基础玻璃网络形成体氧化物配比还可进一步优化。当废物包容量小于40%时,固化体不同浸泡周期的质量损失速率均在10--8 g/(cm2·min)数量级。     

Al2O3对R2O-CaO-SiO2-F系统微晶玻璃结构及析晶的影响

R2O-CaO-SiO2-F系统微晶玻璃析晶过程较为复杂,能析出多种晶相,导致性能发生改变。为获得预期的性能,必须对母体玻璃结构和析晶过程进行控制。而Al2O3质量分数的改变对母体玻璃结构和析晶会产生深远的影响,因此本文采用XRD、SEM、IR等测试分析方法,研究Al2O3对微晶玻璃结构和析晶过程的影响。结果表明:铝离子以四配位参与到玻璃的硅氧网络结构中,随着Al2O3引入量的增大,母体玻璃的网络结构得到加强。当氧化铝质量分数为2.5%时,微晶玻璃晶化后析出氟化钙和a-硅碱钙石晶相,当氧化铝质量分数增大至3.5%和4%时,微晶玻璃析出的晶相转变为氟化钙和硬硅钙石,氧化铝质量分数继续升高至4.5%时,微晶玻璃析出的晶相转变为氟化钙、硬硅钙石和a-硅碱钙石晶相。     

B2O3-La2O3-Ta2O5-ZrO2系统中新型ZLaF4玻璃的研制

研究了B2O3含量为20%(质量分数)时B2O3-La2O3-Ta2O5-ZrO2和B2O3-La2O3-Nb2O5-ZrO2系统的玻璃形成区域.在此基础上,逐一添加各种改善析晶性能的氧化物,研制出一种高折射率低色散的ZLaF4光学玻璃,并对其熔炼工艺、析晶性能作了一定的探讨,对一些性能进行了测试.     

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。     

电解锰渣－废玻璃低温烧结制备陶瓷砖的研究

以电解锰渣和废玻璃为主要原料,采用低温烧结法制备陶瓷砖,探讨了烧结温度、电解锰渣及废玻璃的含量对陶瓷砖基本性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,陶瓷砖吸水率先减小后增大,体积密度先增大后减小;随着锰渣含量的增加,陶瓷砖的吸水率逐渐增大,体积密度逐渐减小;随着玻璃含量的增加,陶瓷砖的吸水率逐渐减小,体积密度逐渐增大。40 g陶 瓷原料,当锰渣的添加量为32%（质量分数）、玻璃的添加量为10 g、烧结温度为900 ℃时,得到的陶瓷砖的吸水率最低、体积密度最大。     

高稳定性SrF2-Na2O-Fe2O3-P2O5体系氟磷酸盐玻璃的制备与表征

⁹⁰SrF₂和高Na₂O、Fe₂O₃、P₂O₅含量的废物是两大类核电废物,将两者联合固化可获得以SrF₂、Na₂O、Fe₂O₃和P₂O₅为主要组成的玻璃固化体。本文采用X-射线荧光光谱仪、X-射线衍射仪、红外光谱仪、热膨胀仪、差热分析仪等研究了各样品的玻璃形成能力、实际组成、结构及热稳定性;采用溶解速率法和产品一致性测试方法研究了样品的耐水性。结果表明:1 000 ℃熔融保温0.5 h制得的玻璃中Sr损失较小而F质量损失达30%~34%;随着P₂O₅/SrF₂摩尔比的降低,玻璃的热稳定性急剧降低,而耐水性却有明显的改善;具有焦磷酸盐玻璃结构的样品稳定性好,其中SrF₂为30%(摩尔分数)的玻璃既具有高耐水性又具有较高的热稳定性。     

Preparation and properties of the glass-ceramics from low Ti-bearing blast furnace slag and waste glass

Ti-bearing blast furnace slag is a typical silicate material, which can be an important component for the preparation of silicate-based glass-ceramics. Quartz-based waste glass is commonly used as an additive to adjust the basicity of slag-based glass-ceramics. In this study, the quartz-based waste glasses were added to the Ti-bearing blast furnace slag to prepare the mixed solid waste glass-ceramics. The effects of waste glass content and heat treatment temperatures on the crystallization and performances of the prepared glass-ceramics were investigated. The results showed that as the waste glass content increased, the crystallization ability of the glass was weakened. Fassaite and nepheline were identified as the dominant crystalline phases in the prepared glass-ceramics and mainly featured a combination of both massive and dendritic forms. With increasing the heat treatment temperatures, the size of dendritic crystals first increased and then decreased. The optimal experimental conditions were identified as a waste glass content of 45%, a crystallization temperature of 900°C, and a nucleation temperature of 730°C. Under these conditions, the prepared glass-ceramics exhibited good crystalline phase distribution and excellent mechanical properties, including a Vickers hardness of 991.67 MPa and a flexural strength of 89.81 MPa. All the prepared solid waste-based glass-ceramics exhibited excellent chemical durabilities.     

锌镁替换铝硅酸盐玻璃的玻璃转变和晶化行为探索

作为重要的透明微晶玻璃体系,含镁锌的铝硅酸盐玻璃展现了优异的力学、光学特性。大量研究关注该体系的核化和晶体生长过程,但锌镁替换对铝硅酸盐玻璃玻璃转变和晶化行为影响的物理机理尚不明晰。本研究以xZnO·(11-x)MgO·22Al₂O₃·67SiO₂(x%=0%,2.2%,5.5%,8.8%,11.0%,摩尔分数)玻璃为研究对象,探究锌镁替换对铝硅酸盐玻璃的玻璃转变和晶化行为的调控规律。结果表明:随着锌逐步替换镁,玻璃转变温度慢慢下降,这是由于Zn²⁺较弱的场强和多一个电子层的屏蔽作用,玻璃网络骨架整体键合强度降低;析出晶相从单一的莫来石相转变为莫来石与锌铝尖晶石的混合相,这是由于Zn²⁺具有促进铝硅酸玻璃分相的作用;析晶温度降低,这主要是由于析晶温度附近黏温曲线变得更陡峭和析晶活化能降低。     

镍渣基泡沫玻璃的制备及其性能研究

以镍渣和废玻璃作为主要原料,使用Na2CO3为发泡剂,采用模具装填法来烧制泡沫玻璃.研究了镍渣的掺量、发泡剂掺量、发泡温度和发泡时间对泡沫玻璃的气孔结构和相关力学性能的影响.研究表明:镍渣掺量减少,Na2CO3掺量增加和发泡温度的升高,均会降低泡沫玻璃的体积密度,提高样品的平均气孔直径;镍渣掺量对泡沫玻璃的组成成分和晶体种类没有明显的影响;以20%镍渣和80%玻璃粉为主料,5%~7%Na2CO3为发泡剂,在发泡温度870 ℃下保温60 min,可以制备出气孔率为85.14%,体积密度为0.3715 g/cm3,抗折强度为2.062 MPa,平均气孔直径在3.13 mm的镍渣基泡沫玻璃.     

重金属氧化物玻璃：第二部份 玻璃结构与析晶行为

近年来,对重金属氧化物玻璃(HMO glass)的研究已成为玻璃材料研究领域内的一个热门课题,不仅是因为在实践上此材料有特别优良的光学、磁学和电学性质,可成为光     

CaO含量对铝硼硅玻璃理化性能的影响与机理

以SiO2、B2O3、Al2O3及碱土金属氧化物(MgO、CaO、SrO)为原料,利用高温熔融法制备无碱铝硼硅玻璃。研究不同CaO含量对无碱铝硼硅玻璃性能和结构影响作用规律。对玻璃进行了热综合分析(DSC)、耐化学稳定性和密度的性能测试,通过红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对玻璃试样进行网络结构分析。研究表明,玻璃的析晶区间面积随着CaO含量的增加,由3.7 J/g升高到15.03 J/g,[AlO6]和[BO4]的出现会导致玻璃网络结构疏松,玻璃的析晶倾向增强;玻璃的被酸侵蚀由3.6817 mg/cm2增加到4.2609 mg/cm2,玻璃被碱侵蚀由1.4199 mg/cm2降低到1.0907 mg/cm2,碱侵蚀的过程中生成的一层硅酸钙薄膜阻碍了反应的进行;随着CaO含量的增加,玻璃中的非桥氧含量增加,会促使[AlO4]向[AlO6]转变,CaO含量继续增加还会使[BO3]向[BO4]转变。