碱金属氧化物对黄磷炉渣微晶玻璃析晶及性能影响

发布时间：2020-08-25 18:07

【摘要】：我国磷化工行业迅速发展的同时也面临着生产过程中大量磷化工固体废物产生对环境造成污染的问题。云南是我国重要的磷化工产业基地,黄磷生产过程中,黄磷炉渣产生量大,由于无法及时得到处理导致这些炉渣处于长期堆存的状态,而这种堆存方式会对周围环境以及人类健康产生严重危害。目前对黄磷炉渣的综合利用途径主要是用于生产水泥、混凝土等附加值相对较低的产品。研究证实以黄磷炉渣为原料制备微晶玻璃可以充分发挥黄磷炉渣的资源化价值,但在其制备过程中基础玻璃核化、晶化温度高以及能耗大等问题也随之而来,在一定程度上限制了黄磷炉渣高附加值利用。本文基于碱金属氧化物可以有效降低熔渣熔点同时也可能促进黄磷炉渣基础玻璃析晶的作用,选取K_2O、Na_2O、Li_2O三种碱金属氧化物,考察其对黄磷炉渣微晶玻璃析晶行为的影响;同时借助有限元方法建立添加K_2O的基础玻璃温度场模型,确定核化、晶化过程的最佳升温速率范围。本论文旨在降低黄磷炉渣基础玻璃核化、晶化温度,减少耗能,最终为黄磷炉渣微晶玻璃制备过程中热处理工艺参数的优化提供理论指导。结果发现:随着K_2O添加量的增加,黄磷炉渣基础玻璃析晶活化能呈现先减小后增大得趋势,当外加K_2O的添加量达到3 wt%时,析晶峰温度最低,析晶活化能最低,析晶能力最强,主晶相类型为硅灰石;随着Na_2O添加量的增加,黄磷炉渣基础玻璃析晶活化能呈现递减趋势,当Na_2O的添加量为5 wt%时微晶玻璃的晶体微观结构最佳,晶体结构整齐、致密;随着Li_2O添加量增加,黄磷炉渣基础玻璃析晶活化能呈现递减趋势,当Li_2O的添加量达到7 wt%时析晶峰温度最低,析晶活化能最低,析晶能力最强,晶相类型为硅灰石。借用有限元方法分析发现:添加3 wt%和6 wt%K_2O黄磷炉渣基础玻璃在核化加热阶段(25~780℃)的加热速率范围应分别控制在2.65~5.59℃/min、2.55~5.47℃/min;晶化加热阶段(780~975℃)的加热速率范围应分别控制在0.84~3.95℃/min、0.96~4.54℃/min可使△T_h、△T_j控制在1~10℃以内。实验结果显示在晶化、核化升温速率较低的情况下可以得到晶体排列更加致密有序的微晶玻璃。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705
【图文】：

技术路线图

流程图,微晶玻璃,制备工艺,流程图

由图 2.1 可知主体制备工艺主要有三部分，分别为配料混料、基础玻璃制备以及微晶玻璃制备：（1）配料混料：将炉渣经干燥、粉碎后过 180 目筛并取筛下物备用，根据设计配比称取原料并放入混样机中进行均匀混合。（2）基础玻璃的制备：原料混合均匀后倒入刚玉坩埚，置于 1350℃的高温下进行熔制，保温 2.5h 澄清均化后立即转移熔融后的玻璃液到已预热至 600℃的模具中浇注成型，再随即将其置入 600℃的马弗炉中退火两小时，随炉冷却制得微晶玻璃样品。（3）微晶玻璃制备：根据差热分析数据，核化温度为在玻璃转变温度 Tc附近提高 50℃左右，晶化温度为析晶峰温度 Tp附近[97]，采用熔融法对基础玻璃样品进行微晶化（核化、晶化）处理，退火后得到微晶玻璃试样。

DTA曲线,基础玻璃,析晶活化能,黄磷炉渣

图 3.1 不同含量 K2O 基础玻璃 DTA 曲线Fig.3.1 DTA curves of different content of K2O basic glass.2 析晶动力学分析在玻璃向晶相转变的过程中，需要以高于或等于析晶活化能 E 的能量超越进而析晶，可见基础玻璃的析晶活化能 E 对研究玻璃析晶过程的重要性。据 Kissinger 方程，利用差热分析时不同升温速率β对应不同的析晶峰温度制 K0、K3、K6 和 K9 黄磷炉渣基础玻璃的 ln(Tp2/β)-(l/Tp)直线图，如图 3.2绘制所得的四条直线斜率 E/R 计算得到四个黄磷炉渣基础玻璃样品的析晶能 E，如表 3.2 所示。通过计算可得 K0 黄磷炉渣基础玻璃试样的析晶活化能 E 值为 385.7ol，K3 基础玻璃试样的 E 值为 381.67 kJ/mol，K6 基础玻璃试样的 E 值为.03 kJ/mol，K9 基础玻璃试样的析晶活化能 E 为 743.01 kJ/mol。由表 3.2 可知添加量 K2O 的增加，黄磷炉渣基础玻璃试样的析晶活化能 E 先降低后升高

【参考文献】