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镍渣是FeO-SiO2系熔渣,因目前没有合理的处理手段,镍渣的堆存量已经达到了1000万吨,这不仅占用了大量的土地资源,且对环境造成了一定的污染,如何实现镍渣高附加值的回收利用已成为亟待解决的问题。微晶玻璃是一种含有大量微晶相与玻璃相的多晶固体材料,其主要性能受到晶相的种类、晶粒的尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量的影响,使得微晶玻璃的性能有很强的可设计性。利用镍渣制备高性能的微晶玻璃一方面实现了镍渣的高附加值回收利用,另一方面也对环境起到了保护作用。本文以金川公司的镍渣为主要原料,借助CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系相图进行配方优化设计、调整,并采用熔融法制备主晶相为辉石类的微晶玻璃。通过力学性能测试、热膨胀系数测试、XRD、DSC、SEM等分析测试手段重点研究了热处理制度及晶核剂对微晶玻璃性能的影响,并结合动力学计算分析探讨了此微晶玻璃体系的析晶机理。最后,为配合本研究在工程实践中的应用,以热膨胀系数为关键参数利用ANSYS对微晶玻璃复合管材进行热应力模拟及分析,探讨其应用的可行性。研究结果表明:(1)利用熔融法可制备出CMAS系统的以辉石及透辉石为主晶相的镍渣微晶玻璃,其废渣综合利用率为65%。基础玻璃配合比为镍渣32.5%、粉煤灰32.5%、硅砂9%、CaO9%、CaF29%、Li2CO35%。同时以3%石墨为还原剂,还原回收了镍渣中的铁(铁的还原率为76.23%)。(2)镍渣微晶玻璃最优热处理制度为768℃保温1.5h,在热处理工艺中保温时间对显微硬度影响较显著,热处理温度对抗折强度影响较显著。(3)镍渣微晶玻璃中最优晶核剂为Cr2O3,最佳掺量为1.5%,该微晶玻璃的显微硬度为782.1HV、抗折强度97.5MPa,较未添加晶核剂微晶玻璃分别提升29%及93%,晶核剂对微晶玻璃的显微硬度影响较抗折强度大。该微晶玻璃析晶活化能E=244.5KJ×mol-1,平均阿弗拉米指数(?)=2.74,其析晶活化能较低,析晶能力较强,以面析晶的方式析晶,其主晶相为辉石及透辉石,晶粒细小均匀,结构致密。(4)经ANSYS模拟分析可知,掺入1.5%Cr2O3微晶玻璃为制备高性能微晶玻璃复合管材最优选择,其在内外恒温200℃条件下,结构稳定;在铸铁材料温度为23℃的条件下,当微晶玻璃管内壁温度为113℃时微晶玻璃复合管结构稳定;但当温度高于143℃时,出现结构破损。因此,推荐在外壁为室温时,复合管使用时内外温差不能超过120℃。