粉煤灰制备微晶玻璃的生态化技术研究

发布时间：2017-06-28 07:14

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【摘要】：本文主要以粉煤灰为主要原料，辅以其他的化学助剂，选择CaO-Al_2O_3-SiO_2与CaO-Al_2O_3-SiO_2-MgO-Fe_2O_3两种体系，采用熔融烧结法和直接烧结法，分别制备了以钙铝黄长石、钙长石为主晶相的微晶玻璃。通过理论分析，结合实验结果，系统地研究了原料的矿物学特征，确定了微晶玻璃的配方组成与热处理制度，并研究了热处理制度对微晶玻璃显微结构及物化性能的影响，同时，对粉煤灰制备微晶玻璃的生态化技术进行了评价研究。 研究结果表明：①粉煤灰中主要物相为硅酸盐玻璃相，此外还含有石英、莫来石等，主要化学成分为SiO_2和Al_2O_3，同时还含有少量的Fe_2O_3、MgO和CaO等。②以粉煤灰为主要原料，石灰石和碳酸钠为辅料，采用熔融烧结法分别制备了主晶相为钙铝黄长石和钙长石的微晶玻璃。确定了玻璃的五种配方，粉煤灰的掺入量为54.5%～79.1%。随着晶化温度的提高，同一配方微晶玻璃样品的晶相种类没有变化，但主晶相的衍射峰先增加后减少；五种配方FCN2-1、FCN2-2、 FCN2-3、 FCN1-5和FCN1-6在热处理制度分别为780℃、760℃、760℃、780℃和780℃核化保温90mi n，1050℃晶化烧结120min时，所得微晶玻璃样品结构最为致密，综合性能达到最优；当温度升高到1100℃时，产生了“稀释”效应，导致性能降低。优化热处理条件下，五种配方微晶玻璃样品的密度为2.70g/cm3～2.82g/cm3，吸水率"f0.04%，耐酸性为0.04%～0.26%，耐碱性0.01%，莫氏硬度"g5.5，抗压强度为218~242Mpa。③以粉煤灰为主要原料，氧化钙和氢氧化钠为辅料，采用直接烧结法分别制备了主晶相为钙铝黄长石和钙长石的微晶玻璃。确定了玻璃的四种配方，粉煤灰的掺入量为57.0%～86.0%。随着烧结温度的提高，同一配方微晶玻璃样品的晶相种类没有变化，但主晶相的衍射峰先增加后减少；四种配方DFCN2-1、 DFC N2-2、 DF C N2-3和DFCN4-1在热处理制度为600℃保温30min，然后分别在1160℃、1160℃、1080℃和1140℃晶化烧结120min时，所得微晶玻璃样品结构最为致密，综合性能达到最优；烧结温度过高就会产生了“过烧”现象，导致性能降低。优化热处理条件下，四种配方微晶玻璃样品的性能比熔融烧结法得到的样品性能略低，分别为：密度2.44g/cm3～2.59g/cm3，，吸水率"f0.05%，耐酸性为0.12%～0.30%，耐碱性0.01%，莫氏硬度"g5.5，抗压强度为162~194Mpa，但各项性能均优于天然石材花岗岩和大理石，并达到了标准JCT872-2000的要求。④通过粉煤灰制备微晶玻璃的生态化利用评价研究表明：粉煤灰微晶玻璃的两种制备工艺可充分利用粉煤灰中各种组分，实现粉煤灰的资源化利用；工艺过程简单，技术参数易于实现；微晶玻璃制品各项性能优异，达到了标准JCT872-2000的要求；粉煤灰微晶玻璃产品的生产、消费过程以及性能完全符合现代环保理念，具有很好的实际应用价值，易于大规模工业生产。
【关键词】：粉煤灰 微晶玻璃 热处理 评价
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ171.733
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 粉煤灰资源化综合利用研究现状12-14
• 1.1.1 粉煤灰在建筑材料方面的应用12-13
• 1.1.2 粉煤灰在农业方面的应用13
• 1.1.3 粉煤灰提取有价组分13
• 1.1.4 粉煤灰在环保方面的应用13
• 1.1.5 其它方面的应用13-14
• 1.2 微晶玻璃的研究现状14-16
• 1.2.1 粉煤灰微晶玻璃制备工艺14-15
• 1.2.2 利用粉煤灰制备微晶玻璃国内外研究现状15-16
• 1.2.3 粉煤灰微晶玻璃研究中存在的问题16
• 1.3 选题依据及意义16-17
• 1.4 主要研究内容及成果17-19
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 研究成果18-19
• 1.5 主要创新点19
• 1.6 主要工作量19-21
• 2 粉煤灰及辅料的矿物学特征21-30
• 2.1 粉煤灰的矿物学特征21-26
• 2.1.1 样品描述21
• 2.1.2 形貌分析21-22
• 2.1.3 粒度分析22
• 2.1.4 化学组成22-23
• 2.1.5 矿物组成23-24
• 2.1.6 红外分析24-25
• 2.1.7 热学属性25-26
• 2.2 辅料的矿物学特征26-28
• 2.2.1 石灰石26-27
• 2.2.2 其它辅料27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 3 熔融烧结法粉煤灰微晶玻璃的制备技术30-77
• 3.1 实验30-35
• 3.1.1 基础玻璃配方设计30-32
• 3.1.2 工艺流程及实验步骤32-33
• 3.1.3 样品测试33-35
• 3.2 CaO-Al_2O_3-SiO_2系粉煤灰微晶玻璃优化工艺的确定及性能研究35-57
• 3.2.1 基础玻璃配方的确定35-36
• 3.2.2 基础玻璃的差热分析36-38
• 3.2.3 核化温度与核化时间的确定38-41
• 3.2.4 晶化温度与晶化时间的确定41-45
• 3.2.5 微晶玻璃结构与性能45-57
• 3.3 CaO-Al_2O_3-SiO_2-MgO-Fe_2O_3系粉煤灰微晶玻璃优化工艺的确定及性能研究57-74
• 3.3.1 基础玻璃配方的确定57-59
• 3.3.2 基础玻璃的差热分析59
• 3.3.3 核化温度与核化时间的确定59-61
• 3.3.4 晶化温度与晶化时间的确定61-64
• 3.3.5 微晶玻璃结构与性能64-74
• 3.4 本章小结74-77
• 4 直接烧结法粉煤灰微晶玻璃的制备技术77-112
• 4.1 实验77-79
• 4.1.1 配方设计77
• 4.1.2 工艺流程及实验步骤77-79
• 4.1.3 样品测试79
• 4.2 CaO-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃优化工艺的确定及性能研究79-100
• 4.2.1 配方的确定79-81
• 4.2.2 烧结前粉料样品的物相分析81
• 4.2.3 烧结前粉料样品的差热分析81-82
• 4.2.4 烧结温度与烧结时间的确定82-86
• 4.2.5 微晶玻璃结构与性能86-100
• 4.3 CaO-Al_2O_3-SiO_2-MgO-Fe_2O_3微晶玻璃优化工艺的确定及性能研究100-110
• 4.3.1 配方的确定100-101
• 4.3.2 烧结前粉料样品的物相分析101-102
• 4.3.3 烧结前粉料样品的差热分析102
• 4.3.4 烧结温度与烧结时间的确定102-104
• 4.3.5 微晶玻璃结构与性能104-110
• 4.4 本章小结110-112
• 5 粉煤灰制备微晶玻璃的生态化技术评价112-118
• 5.1 资源化评价112-114
• 5.2 技术评价114-115
• 5.3 经济效益评价115
• 5.4 产品性能评价115-116
• 5.5 环境评价116-117
• 5.6 本章小结117-118
• 结论118-121
• 致谢121-122
• 参考文献122-128
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果128

【参考文献】

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