Cr2O3是一种常见的硅酸盐材料制备的原料,它能作为形核剂有效促进主晶相的形核、结晶。近年来我国产生了大量含铬固废,因此可以将这部分资源充分利用起来。目前已有一些相关研究,但由于铬元素存在浸出的危险,其浸出机理及铬在硅酸盐材料中的作用仍需进一步探究。这也是含铬固废制材未能充分应用的主要原因。本论文基于含铬矿相转变、铬在不同矿相中的固溶浸出以及主晶相的形核结晶,探寻最佳的材料矿相结构,制备具有一定理化性能的硅酸盐材料,同时对其安全性进行评估。论文的主要内容和结果如下:(1)热力学平衡实验表明Cr2O3在矿相中具有一定固溶度,其在辉石相中的最大固溶度在1wt%-3wt%之间,而过量的Cr2O3会生成镁铬尖晶石。固溶铬具有一定的浸出性,相比之下,尖晶石相具有较强的铬固化能力。(2)研究了Cr2O3对于材料形核结晶的影响,发现Cr2O3会使硅酸盐熔体网络结构简化及晶粒细化,同时缩短了透辉石的结晶时间,用加入3wt%Cr2O3的试样制备的透辉石基微晶玻璃,其结晶活化能为274KJ/mol,Avrami参数为3.23,达到了整体结晶,同时对铬的固化有显著的作用。(3)研究发现Cr2O3与CaF2组合使材料形成了以尖晶石为核,辉石晶体围绕长大的雪花状微观结构。试样(1.5Cr2O3-3.5CaF2)具有最大的抗折强度(149.85Mpa),同时具有良好的化学稳定性,其铬浸出量0.206mg/L远低于国家标准的1.5mg/L。而添加2%ZnO后的试样的抗折强度(170.31MPa)进一步提高,同时铬的浸出量为0.349mg/L,制备材料具有一定的环保安全性。(4)基于两条技术路线,制备了含Cr微晶玻璃及铸石。在制备MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃时,研究发现加入0.5wt%Cr2O3的试样具有最好的抗折强度(71.62MPa)及良好的线性热膨胀性(6.76×10-6/℃),可以作为中热膨胀材料使用。而在利用Cr2O3制备一步法辉石基铸石的研究中,铸石材料的抗折强度最高可达98.52MPa,但固溶于其中的铬元素容易浸出。结合之前的研究,铬元素的稳定性顺序为:尖晶石中的铬>玻璃相中的铬>微晶玻璃辉石相中的铬>铸石辉石相中的铬。(5)利用AOD渣作为原材料制备了微晶玻璃。研究发现加入50%AOD渣的试样具有最高的抗折强度(137.83MPa)和良好的化学稳定性。长期浸出实验表明,AOD渣会持续浸出铬元素,而微晶玻璃的固化作用可以有效地抑制铬的浸出。以上研究表明利用含铬固废制备微晶玻璃/铸石是完全可行的,基于本研究提出的矿相结构,在有效抑制铬元素浸出的基础上能够大幅提升微晶玻璃等材料的使用性能。本研究为我国钢铁工业含铬固废综合处理技术提供了必要的理论指导及基础数据支持。