MgO与Al2O3对不锈钢渣微晶玻璃铬迁移分布及性能的影响

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不锈钢渣在自然环境下长期堆存,渣中Cr3+会被氧化成Cr6+,Cr6+毒性较大,易溶于水,渗入到环境中从而对环境和人体造成危害。利用不锈钢渣制备微晶玻璃可以固化渣中的Cr,Cr在微晶玻璃形核、晶化过程的迁移分布状态对微晶玻璃固铬效果有很大影响。因此,探明Cr在微晶玻璃中的赋存状态及迁移行为,对强化固铬具有重要指导意义。本文以不锈钢渣为主要原料,采用熔融法制备出以透辉石为主晶相的Ca O-MgO-Al2O3-Si O2(CMAS)系微晶玻璃。重点研究MgO与Al2O3不同含量对铬在形核、晶化阶段的迁移行为及赋存分布状态的影响,研究结果对强化固铬以及不锈钢渣的无害化、高值化利用具有重要的理论与现实意义。主要研究工作如下:(1)MgO对铬在微晶玻璃形核、晶化阶段的迁移分布及性能的影响在微晶玻璃形核阶段,重点考察MgO对析出晶核种类、形貌以及Cr在晶核与玻璃相中迁移分布的影响规律。研究表明,随着MgO含量增加,Cr形成的Mg Cr2O4、Fe Cr2O4尖晶石数量增加,玻璃相中Cr更多地迁移分布在铬尖晶石中。在微晶玻璃晶化阶段,重点研究Cr由晶核到晶体的迁移行为以及MgO含量对Cr在晶体与玻璃相中的迁移分布影响。研究表明,铬尖晶石纳米晶体生成透辉石晶相。TEM与XPS分析表明,铬尖晶石中的Cr一部分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Cr也随着透辉石晶体的生成不断扩散迁移进透辉石晶格中。MgO含量为12.3wt%时,Cr总量的97.33wt%赋存于透辉石晶相,微晶玻璃抗压强度为261.7 MPa,维氏硬度为1007.7 HV,Cr浸出浓度仅为0.006 mg/L。(2)Al2O3对铬在微晶玻璃形核、晶化阶段的迁移分布及性能的影响在微晶玻璃形核阶段,重点考察Al2O3对析出晶核种类、形貌以及Cr在晶核与玻璃相中迁移分布的影响规律。研究表明,随着Al2O3含量增加,Al3+增多促使更多的Cr形成(Mg,Fe)(Cr,Al)2O4尖晶石,Cr在铬尖晶石中的赋存含量增多。在微晶玻璃晶化阶段,重点研究Al2O3对Cr在晶体与玻璃相中的迁移分布影响。研究表明,Al2O3适量增加有利于透辉石晶相生长,赋存于玻璃相中的Cr随玻璃相的减少而逐渐扩散迁移到透辉石晶格中。Al2O3含量为11.8wt%时,Cr总量的97.94wt%赋存于透辉石晶相。对比可知,在MgO最佳添加量的条件下,通过调节Al2O3含量,能使微晶玻璃性能进一步提升,其中抗压强度为278.5 MPa,维氏硬度为1238.2 HV,Cr的浸出浓度为0.004 mg/L。
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