含铬钢渣制备微晶玻璃及一步热处理研究

发布时间：2019-09-29 11:43

【摘要】：201 5年我国含铬钢渣产生量超过600万吨,其重金属浸出浓度为GB5085.3-2007限值3-10倍,为危险固废(HW21)。含铬钢渣主要用于水泥,但存在重金属浸出率高的问题。因此,亟需开发含铬钢渣无害化处置和高值化利用技术。微品玻璃法具有重金属固化效果好、产品附加值高等优点,同时含铬钢渣成分适合制备微晶玻璃。因此,微晶玻璃是含铬钢渣绿色处置和资源化利用的优选之一。本文系统研究了含铬钢渣制备微晶玻璃的成分、工艺、品相组成、显微组织和性能,阐明了一步热处理机理和形核-品体生长机制,开发了一步热处理短流程工艺。本研究成果为含铬钢渣无害化处置和高值化利用提供了理论和技术支撑,有利于突破危固处置技术瓶颈,实现我国不锈钢产业可持续发展。晶相组成和微观组织是影响微晶玻璃综合性能的重要因素。本文研究了二元碱度和TiO2晶核剂含量对含铬钢渣微晶玻璃晶相组成、显微组织及综合性能的影响。二元碱度由0.79升至1时,微晶颗粒的长径比降低,由尺寸超100μm的柱状晶转变为2-3μm的等轴晶,含铬钢渣微晶玻璃的密度,维氏硬度和抗弯强度升高；二元碱度大于1时,密度和硬度较低的镁黄长石和霞石相含量升高,微晶玻璃的密度和硬度降低。含铬钢渣微晶玻璃的较优二元碱度为1。向二元碱度为1的含铬钢渣微晶玻璃中添加Ti02,可诱导钙钛矿相析出,抑制镁黄长石相形成,促进晶粒细化,提高微晶玻璃的硬度和抗弯强度。TiO2较优添加量为7 wt.%。经熔融和两步热处理制得的含铬钢渣微晶玻璃,其主晶相为透辉石,颗粒尺寸约为2μm,显微硬度为7.3Gpa,抗弯强度为150.8Mpa,达到JC/T 2097-2011《工业用微晶板材》要求。为降低晶核剂成本,本文首次提出将危固酸洗污泥用作含铬钢渣微晶玻璃晶核剂。干燥的酸洗污泥中,CaF2,Fe2O3和Cr203总含量为76wt.%。CaF2是微晶玻璃助熔剂；Fe203和Cr203能促进基础玻璃分相,提高形核密度,促进晶粒细化,从而提高微晶玻璃的综合性能。向二元碱度为1的含铬钢渣微晶玻璃中添加14 wt.%的酸洗污泥,可使硬度提高2.69 Gpa,吸水率下降1.00wt.%,密度升高0.395g/cm3。所制微晶玻璃的Cr和Ni浸出浓度分别为0.13mg/L和0.04 mg/L,低于GB5085.3-2007限值。本研究为酸洗污泥绿色处置和高值化利用提供了新的解决方法。为缩短工艺流程,降低能耗,本文建立了“快速扩散层”模型,阐明了一步热处理机理和形核-晶体生长机制,开发了一步热处理短流程工艺。基础玻璃分相过程中,Na+和晶核剂离子(如Cr3+,Fe3+)发生分层,提高了透辉石主晶相的形核驱动力,在主晶相晶粒周边形成富Na+的快速扩散层,缩小形核温度和晶化温度差,形核与晶体生长在相同温度下连续进行。将二元碱度为1,酸洗污泥配加量为14 wt.%的基础玻璃升温至780℃保温1h,完成一步热处理,得到含铬钢渣微晶玻璃,其密度和硬度分别为3.036g/cm3和7.44Gpa,抗弯强度为126.5 Mpa,抗压强度为606 Mpa,吸水率为0.04%,耐酸性为1.82%,耐碱性为0.23%。开发的一步热处理技术将现有热处理工艺流程缩短一半,能耗降低50%。
【图文】：

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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.733

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本文编号：2543914