發(fā)布時間：2020-10-21 18:13

　　 近年來,煤炭在我國國家能源結構中仍占有很大的比例,煤矸石作為煤炭生產過程中被分離出來的固體廢棄物也在逐年累積。目前,這些煤矸石以粗加工利用為主,附加值較低。本文針對這一問題,以煤矸石為主要原料制備微晶玻璃,探索了煤矸石為主要原料熔制玻璃過程,研究了不同化學組成的煤矸石基礎玻璃的熔制性能;研究了不同化學組成、不同熱處理制度下煤矸石微晶玻璃的析晶和燒結行為;探索了煤矸石微晶玻璃的結構衍變規(guī)律;對試驗制備的煤矸石微晶玻璃進行宏觀性能測試;最后,提出一種新的煤矸石微晶玻璃著色工藝。通過上述研究得到以下結論:1煤矸石和其他輔料熔制基礎玻璃的過程是:煤矸石中有機質燃燒、高嶺石受熱脫水并與其它輔料反應生成硅酸鹽,在高溫下硅酸鹽熔融、澄清、均化,得到粘度小的澄清玻璃液。其中,溫度升高,煤矸石基礎玻璃熔制進程加快;Na_2O含量高、SiO_2/Al_2O_3比值大的煤矸石基礎玻璃較易熔制:Na_2O含量為25%的煤矸石基礎玻璃在1300℃下即可熔制,SiO_2/Al_2O_3比值為3.0的煤矸石基礎玻璃熔制溫度也僅有1350℃;MgO含量為12%的煤矸石基礎玻璃在1400℃可實現(xiàn)熔制,增加或降低MgO含量都會使煤矸石基礎玻璃熔制溫度升高。2 Na_2O含量由10%增加到25%,煤矸石微晶玻璃主晶相由鎂橄欖石相轉變?yōu)橄际��?最終轉變?yōu)楣桎X酸鈉相,晶體不斷長大、數(shù)量先迅速增加后緩慢減少;MgO含量高的煤矸石微晶玻璃易于析出柱狀鎂橄欖石相,且當MgO含量為19%時,煤矸石微晶玻璃析晶較好;SiO_2/Al_2O_3比值≥2.0時,SiO_2/Al_2O_3比值增大,煤矸石微晶玻璃中晶體尺寸逐漸變大,但霞石相重熔,主晶相由霞石相逐漸轉變?yōu)殒V橄欖石相。3煤矸石微晶玻璃的燒結通過粘性流動完成,燒結速率主要受體系粘度影響,同時又與微晶玻璃析晶相關。Na_2O含量高、SiO_2/Al_2O_3比值大、熱處理溫度高的煤矸石微晶玻璃粘度小,燒結速率快;MgO含量高的煤矸石微晶玻璃,由于MgO大量參與析晶,對燒結不利。4煤矸石微晶玻璃熱處理過程中,溫度較低時,基礎玻璃顆粒表面先析出晶體,隨著溫度升高,晶體增多、長大;當溫度達到某一值時,煤矸石微晶玻璃燒結過程開始,試樣逐漸致密,同時試樣中的晶體繼續(xù)增多、長大;但當溫度過高時,熔點較低的晶體發(fā)生重熔,晶體數(shù)量減少且玻璃及晶體熔融產生的液相會包裹顆粒間的氣體,對試樣致密化不利。結構的變化最終會引起煤矸石微晶玻璃性能的改變。5在坯體成型時,加入1%Co_2O_3和3%NiO可將煤矸石微晶玻璃分別著成藍色和紫色;而加入1%K_2Cr_2O_7,煤矸石微晶玻璃試樣表面形成黃色條紋。
【學位單位】：安徽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TQ171.733
【部分圖文】：

安徽建筑大學碩士學位論文 第 1 章 緒論根據成核和晶體生長是否在同一溫度下進行，可將熔融法分為等溫式和階梯式兩種類型(如圖 1-3 所示)[31]。制備硅鋁質固體廢棄物微晶玻璃一般采用階梯式，即成核和晶體生長在不同溫度下進行，但當硅鋁質固體廢棄物含有較高的 CaO 或MgO，析晶傾向大時，也可采用等溫式[72]。用熔融法制備硅鋁質固體廢棄物微晶玻璃具有如下優(yōu)點：①基礎玻璃組成范圍寬；②由于基礎玻璃的澄清、均化是在較高溫度和較長時間下進行，微晶玻璃結構致密、組成均勻，所以性能良好、可靠性高；③基礎玻璃熱處理過程中，玻璃坯體的變形小，成品率高；④由于熔融法與典型玻璃生產工藝相比，只是多了一個晶化處理過程，所以基礎玻璃的成型可沿用任何一種玻璃成型方法，對硅鋁質固體廢棄物微晶玻璃的形狀和尺寸具有很好的適用性。但是熔融法制備硅鋁質固體廢棄物微晶玻璃存在①基礎玻璃熔融溫度高、時間長，這將增加熔融工藝的難度和能源消耗；②晶化過程在實際生產

安徽建筑大學碩士學位論文 第 1 章 緒論(2) 探索煤矸石微晶玻璃的化學組成與析晶間關系并研究煤矸石微晶玻璃析晶/燒結對性能的影響；(3) 制備彩色煤矸石微晶玻璃；1.4.2 技術路線本文以煤矸石為主要原料制備微晶玻璃，并在此基礎上，研究基礎玻璃熔制階段煤矸石基礎玻璃的熔制特性；熱處理階段，煤矸石微晶玻璃的析晶和燒結性能；最后，測試煤矸石微晶玻璃試樣的宏觀性能，并對煤矸石微晶玻璃試樣進行著色，制備不同色澤，具有紋理花紋的微晶玻璃，提高其裝飾性。其試驗流程如圖 1.4 所示。

安徽建筑大學碩士學位論文 第 2 章 煤矸石基礎玻璃的設計及熔制過程配方設計遵循以下原則：1、熔制基礎玻璃所需溫度低，時間短；2、煤矸石摻量較高，價格高或資源短缺原料用量少；3、基礎玻璃水淬過程不析晶，經過熱處理后，能夠獲得足夠數(shù)量的晶體[57]。參考 MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖(圖 2-2)和有關研究結果[35,76,77,78]，設計煤矸石基礎玻璃的組成范圍如表 2.2 所示。
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本文編號：2850443