高钛高炉渣制备微晶石材的体系设计及制备研究

以攀枝花高钛型高炉冶金渣为主原料制备微晶石材,以Ca O-Al_2O_3-Si O_2玻璃体系为基础,采用DSC、XRD、SEM等分析技术,研究不同晶核剂体系对高钛型矿渣玻璃的析晶特性、组织结构和性能的影响。结果表明,以攀枝花高钛型高炉渣为主原料,在高添加比(60%)情况下制备微晶石材是可行的,渣中适量的Ca O和较多的TiO_2可以形成稳定的基础玻璃,通过引入Fe/Cr复合晶核剂或者Ti/Zr复合晶核剂,可促进基础玻璃的析晶过程,获得较高的结晶度;其中以F、S为晶核剂的玻璃析晶能力较差。获得的微晶石材以辉石、榍石等为主要晶相,组织结构受晶核剂类型的影响略有差异,该类型矿渣微晶石材性能优异,抗弯强度达90 MPa,耐酸碱性能远优于普通高炉渣微晶石材。     

钙硅氧化物的质量比对10%Al2 O3高炉渣--尾矿--粉煤灰微晶玻璃性能的影响

利用高炉渣、尾矿和粉煤灰各自成分特点,在未添加任何晶核剂和其他化学试剂条件下,使用烧结法制得了不同Ca O/Si O2质量比的10%Al2O3(质量分数)矿渣微晶玻璃.通过差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜等分析手段,分析了Ca O/Si O2质量比和析晶温度对高炉渣-尾矿-粉煤灰微晶玻璃样品的晶相变化规律、析晶行为和主要力学性能的影响.随着Ca O/Si O2质量比增大,析晶活化能不断减小,Si-O四面体连接强度下降,质点移动加强,各组开始析晶温度和晶化温度逐渐减小.当玻璃样品中钙硅氧化物的质量比为0.4时,分别在886℃和982℃形核、析晶保温1 h后,可以得到抗折强度103.59 MPa、显微硬度5.3 GPa、耐酸性0.25%(质量损失率)、耐碱性小于0.1%,主晶相为透辉石的最佳力学性能的微晶玻璃样品.     

污泥和高炉渣协同制备微晶玻璃

利用污泥焚烧灰渣含有大量的氧化硅以及一定量重金属和磷的组成特点,将其作为成分调整剂、晶核剂及助熔剂,在未添加任何化学制剂的条件下与冶金高炉渣协同制备了具有良好的力学性能和化学稳定性的污泥–高炉渣微晶玻璃.利用差热分析、X射线衍射、扫描电镜等分析手段,并结合力学性能和化学稳定性能测试,研究了不同热处理制度对微晶玻璃性能的影响规律以及微晶玻璃的析晶过程.污泥–高炉渣微晶玻璃最佳热处理条件是850℃下形核保温1 h,980℃下析晶保温2 h.在此条件下制备的微晶玻璃具有45 MPa的抗折强度、200 MPa的抗压强度和质量损失率小于0.2%的耐酸和耐碱性能.微晶玻璃初始结晶温度为880℃,析出晶相以钙长石为主,同时包括少量的钙铝黄长石.随着析晶温度提高,析晶时间增加,钙铝黄长石相析晶量增加;大量增加的钙铝黄长石针状晶体呈放射状分布并有利于产品抗弯强度的提高;但析晶时间过长时,晶粒将长大粗化,这不利于微晶玻璃性能的改善.      

铬渣微晶玻璃析晶行为的研究

利用熔融法对以铬渣和硅石为原料制备微晶玻璃进行研究,通过DTA、XRD、SEM等分析方法,对铬渣微晶玻璃的晶相组成、晶体形貌特征等进行了分析,研究结果表明,随着铬渣含量的增加,微晶玻璃的主晶相为普通辉石,晶体的析出量增大,密度和显微硬度呈先增大后降低的趋势.     

钢渣基高碱度微晶玻璃的一步法制备及工艺参数研究

为了提高微晶玻璃原料中高钙冶金渣的掺量,需要制备出碱度更高的微晶玻璃.本文采用一步法,以钢渣为主要原料,制备碱度（CaO与SiO₂的质量比）为0.9的钢渣基高碱度微晶玻璃.通过X射线衍射分析、扫描电镜和性能测试等手段,研究热处理条件对微晶玻璃微观形貌及线收缩率、体积密度和抗折强度等性能的影响规律.研究表明,高碱度微晶玻璃适合采用一步法制备工艺,当在1100℃保温120 min时,微晶玻璃烧结过程基本完成,此时获得最大体积密度2.4 g·cm-3,最高抗折强度56.4 MPa.微晶玻璃的主晶相为钙铝黄长石,副晶相为辉石.基础玻璃颗粒在升温过程中完成了成核和析晶过程,而在保温过程中主要进行的是基础玻璃颗粒的烧结致密化和晶体的进一步发育.升温至1100℃保温30 min,微晶玻璃的抗折强度超过45 MPa,微晶玻璃内部晶体呈方柱状交织排列并构成晶体骨架分布在残余的玻璃基体中;随着保温时间的增加,微晶玻璃的线性烧结收缩率、体积密度和抗折强度均逐渐增大,而晶相的含量基本保持不变,晶体逐渐由球形颗粒状和短柱状发育为长柱状.晶体的形状以及与残余玻璃相构成的整体致密结构是导致高碱度微晶玻璃力学性能提高的主要因素.      

用铁尾矿、硼泥和粉煤灰制备微晶玻璃

以铁尾矿为主要原料,采用烧结法制备了微晶玻璃.通过DTA、XRD、SEM等分析方法,研究了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系玻璃的析晶性能,并对铁尾矿微晶玻璃的晶相组成及晶体形貌特征等进行了分析.结果表明：铁尾矿微晶玻璃起始析晶温度为1 179 ℃,析晶峰温度为1 241 ℃;其主晶相为钙铁辉石,次晶相为普通辉石.晶粒尺寸在1～8 μm范围内,其集合体呈球状、枝晶状和块状晶体.     

废汽车催化剂铁捕集熔炼渣一步法制备微晶玻璃研究

低温铁捕集技术是回收废汽车催化剂中铂族金属最有前途的技术之一。铁捕集熔炼渣以硅铝酸盐为主,同时含有少量有毒重金属（如Cr、Ba、Ni、Mn等）,其处置与资源化利用是当前行业的难题。本文致力于铁捕集熔炼渣的重金属固化和资源化利用,充分利用硅铝酸盐为网络形成体,以重金属和酸洗污泥中CaF₂为形核剂,通过一步法制备微晶玻璃。差示扫描量热分析结果表明,随着酸洗污泥用量（质量分数）从7%增至28%,样品的玻璃化转变温度与析晶温度间隙由211 ℃降低到150 ℃,基础玻璃的析晶活化能从321.8 kJ·mol?1降低到303.5 kJ·mol?1,Avrami指数由1.7增至3.7。表明酸洗污泥可以降低成核与析晶的温差,有利于实现一步法工艺。酸洗污泥添加量（质量分数）为21%时,在900 ℃下热处理1.2 h制备的微晶玻璃具有较佳性能,即密度3.04 g·cm?3,吸水率（质量分数）0.11%,维氏硬度和抗弯强度分别为742.72 HV和119.32 MPa。浸出毒性试验表明重金属Cr、Ba、Ni等均满足美国环保局提出的毒性浸出实验（TCLP）标准。玻璃结构分析表明酸洗污泥有利于增加基础玻璃中的非桥氧含量,降低玻璃网络聚合度,增强结晶趋势。      

FeO含量对不锈钢渣微晶玻璃铬的迁移分布规律及固铬效果的影响

利用不锈钢渣制备微晶玻璃,系统研究了FeO含量对Cr在微晶玻璃中的赋存分布状态、迁移行为及固铬效果的影响。研究表明,在形核阶段,随着FeO含量增加,铬尖晶石类晶核数量增大,玻璃相中Cr逐渐向铬尖晶石中迁移。在晶化阶段,铬尖晶石纳米晶体生成透辉石晶相。TEM与XPS分析表明,一部分Cr赋存于透辉石晶格中,另一部分Cr仍赋存于被透辉石包裹的铬尖晶石中。玻璃相中的Cr也随着透辉石晶体的生成而不断扩散迁移进透辉石晶格中。FeO含量为4.80%（指质量分数,下同）时,95.23%Cr赋存于透辉石晶相中,Cr3+浸出浓度仅为0.007 mg/L,微晶玻璃抗压强度为235 MPa,维氏硬度为949.3。本研究结果为强化固铬效果,实现不锈钢渣无害化、高值化利用提供理论与技术支持。     

不同改质剂对硅锰渣微晶玻璃析晶性能调控的比较

以硅锰渣为主要原料,分别添加高硅、高铁和含铬的改质剂硅石、铁鳞和铬铁渣,采用Petrurgic一步法制备了微晶玻璃,对微晶玻璃样品进行X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)等测试和分析,讨论了添加不同改质剂对硅锰渣微晶玻璃矿相和性能的影响规律.研究表明:将改质熔渣冷却至析晶温度保温和700℃退火后,获得满足天然花岗岩石材对性能要求的微晶玻璃.相对于原硅锰渣,改质熔渣的析晶性能都获得了显著提升,其中铁鳞和铬铁渣更有利于促进粒度为0.2～0.5μm粒状或短棒状辉石晶体形成,这些晶体为固溶了Fe、Mn离子的普通辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆)和钙锰辉石(CaMnSi₂O₆)等.添加改质剂均改变了硅锰渣中Mn离子的赋存形态,原渣中Mn离子主要以玻璃相和硫化锰形式存在,改质后样品中的锰离子主要赋存于钙锰辉石中.     

高炉渣微晶玻璃体系中的析晶行为

本文以CaO、MgO、Al_2O_3和SiO_2四种氧化物为主要原料,辅以Cr_2O_3、CaF_2和Fe_2O_3为复合晶核剂,B_2O_3为助熔剂,通过高温熔融工艺制备微晶玻璃.系统地研究了四种主要原料的配比对微晶玻璃析晶行为、微观结构、晶相组成及理化性能的影响.通过DTA对基础玻璃的析晶动力学进行分析;通过SEM和XRD对微晶玻璃的微观结构和晶相组成进行分析;通过测定抗折强度、密度及抗酸碱性腐蚀对微晶玻璃的理化性能进行评价.本文创新性地以晶体平均生长指数作为正交试验的研究指标,研究表明:最优的原料配比质量分数为CaO:32%,MgO:13%,Al_2O_3:8%,SiO_2:47%,按此比例混合原料制得的试样经XRD分析得知其结晶相为单一的铝透辉石,衍射峰相比较于其他试样较强,结晶度较高;以此配比制得微晶玻璃制品其晶体平均生长指数高达2.91;最优配比制得的试样抗折强度为147.4MPa,体积密度为3.03g/cm~3,耐酸碱性腐蚀的质量损失率分别为0.37%和0.047%,各项理化性能在各组试样的比较中均处于最优水平.     

磨细高钛高炉渣水化特性研究

采用X射线衍射、SEM、EMPA、DTA等手段,用对比分析的方法,研究了攀钢磨细高钛高炉渣矿物组成、水化活性、水化产物以及水化过程特征。研究结果表明,攀钢磨细高钛高炉渣水化活性指数仅为77．4％,而普通高炉渣为108％。从水化产物的类型看,高钛高炉渣、普通矿渣、纯水泥三种物质具有相同的水化产物,高钛高炉渣的水化产物数量结晶度明显低于普通高炉渣,从微观结构上说明了攀钢高炉渣水化活性低的原因。     

非晶态高炉渣的非等温析晶动力学研究

 采用差示扫描量热法(DSC)对非晶态高炉渣的析晶过程进行研究,得出不同升温速率下非晶态高炉渣析晶过程的DSC曲线,并根据动态DSC曲线用Kissinger法求出了析晶反应的活化能、反应级数及动力学方程中的指前因子等参数,建立了非晶态高炉渣析晶反应动力学的数学模型。实验所用非晶态高炉渣的析晶反应活化能为376.466 kJ/mol,该反应为一级反应。非晶态高炉渣的DSC曲线在1130~1310 K的温度区间内呈现出单一的晶化放热峰,峰顶温度、析晶温度和反应级数随升温速率的提高而提高。     

CaO对气淬钢渣中C2S等温析晶动力学影响规律

 用CaO对气淬钢渣进行调质重构,对不同CaO含量的气淬钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件统计分析热处理后渣样中C2S等温析晶行为的规律, 采用Arvami等人提出的JMA方程研究CaO对C2S等温析晶动力学的影响规律。结果表明：随着CaO含量的增加,钢渣中C2S结晶量呈现出先增加后减少的趋势,在碱度为3.25,恒温时间为30min时,C2S结晶量达到最大为64.06%。碱度为3.25时,C2S等温析晶活化能最小为-6.36kJ/mol,此时C2S析晶的能量势垒最小,最有利于C2S析晶。     

氧化对含钛高炉渣钛组分走向的作用

 改变含钛高炉渣中矿相组成的研究是含钛高炉渣综合利用的关键;通过背散射电子形貌像、X射线能谱分析和X射线物相分析等手段,对氧化前的含钛高炉渣及其氧化改性后的渣样进行分析,表明氧化后渣中含钛相的形貌、成分和相结构等发生变化;钛的赋存状态也发生相应的改变。     

气淬处理钢渣中C2S等温析晶动力学研究

将气淬处理钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件统计分析气淬渣中C₂S等温析晶和长大的规律,使用电子扫描电镜和能谱分析仪研究渣样的显微形貌和元素赋存状态,采用Arvami等人提出的JMAK方程研究C₂S等温析晶动力学。结果表明：气淬钢渣等温结晶的适宜温度是1 450 ℃,恒温时间是30 min,采用此温度和时间,C₂S的平均粒径为34.80 μm,结晶面积为60.97%,30 min后生长缓慢;气淬钢渣中C₂S等温析晶的析晶活化能为-31.34 kJ/mol。     

钛渣连续熔炼渣铁界层凝固机理及控制探讨

探讨了高功率全密闭直流电炉连续熔炼钛渣过程中渣铁界层的凝固机理及控制措施。分析表明,渣铁界层钛渣中夹杂有少量金属铁,且越接近界面铁量越大,渣铁温差、界层钛渣TiO2还原程度较高等是造成界层易于凝固的重要原因;通过调整渣层厚度、熔炼温度、还原程度等可对凝固范围进行有效控制。     

含钛高炉渣渣钛分离研究

对某钢厂高钛型高炉渣进行了渣钛分离研究,确定了以NaOH作为分离剂制取偏钛酸晶体粉末的工艺路线,实现了合钛高炉渣资源的有效利用.含钛高炉渣中的钛、硅、铝氧化物在高温下与NaOH发生发应,生成相应的含氧酸钠盐,经过水浸和酸洗即可得到偏钛酸结晶.实验表明,温度对分离效果的影响显著,当渣与分离剂之比为50∶33、焙烧温度达1 350℃时,效果最佳,生成的偏钛酸量最大.     

Al_2O_3对气淬钢渣等温析晶动力学的影响规律

用Al2O3对气淬钢渣进行调质重构,将不同Al2O3含量的气淬钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件研究热处理后渣样中矿物等温析晶行为的规律,采用JMA方程研究Al2O3对气淬钢渣等温析晶动力学的影响规律。结果表明:Al2O3含量的增加,钢渣中C2S,C3S结晶量呈现出减少的趋势,钢渣中C3A呈现出增加的趋势,但趋势不明显。Al2O3含量的增加,会使C2S等温析晶活化能变大,C3S等温析晶活化能略有变小,不利于C2S和C3S析晶,有利于C3A析晶;当Al2O3质量分数为3.58%时,C3A等温析晶活化能为-2.32kJ/mol。     

Decomposition kinetics of titanium slag in sodium hydroxide system

A novel process was proposed for preparing titanium dioxide by the decomposition of titanium slag in sodium hydroxide system under atmospheric pressure. The kinetics on the decomposition of titanium slag was mainly investigated. The results on effect of reaction temperature, particle size and NaOH-to-slag mass ratio on titanium extraction show that the temperature and particle size have significant influence on the titanium extraction. The experimental data of titanium extraction indicate that the shrinking core model with chemical reaction controlled process is most applicable for the decomposition of titanium slag, with the apparent activation energy of 40.8 kJ mol^? 1. Approximately 95–98% of titanium in the titanium slag could be extracted under the optimal reaction conditions. In addition, the content of TiO₂ obtained in the product is up to 99.3%.     

DRI钛渣制备钛白粉新工艺研究

DRI钛渣活性强,品位较高,便于实现钛的回收利用,可以代替钛铁矿生产钛白粉,是硫酸法钛白的发展趋势。然而,相对于钛铁矿来说,DRI钛渣的铁含量明显减少,钙镁铝含量提高明显,不能直接应用于现有的硫酸法钛白工艺。针对DRI工艺钛渣的工艺矿物学特征进行钛白粉制备新工艺的探索试验,成功开发了原料预除杂与硫酸法钛白相结合、以及酸解液沉铝与硫酸法钛白相结合的新工艺,均可制得高品质的钛白粉。