利用镍铁渣及粉煤灰制备CMSA系微晶玻璃的相关探讨

张讯（绵阳师范学院，化学与化学工程学院，四川绵阳621000）

利用镍铁渣及粉煤灰制备CMSA系微晶玻璃的相关探讨

张讯（绵阳师范学院，化学与化学工程学院，四川绵阳621000）

本文主要阐述了微晶玻璃的作用，设计了镍铁渣和粉煤灰制备CMSA系微晶玻璃的实验，并且对实验进行探讨，分析实验成品结果。通过分析以上实验结果，能够为相关技术人员提供一些参考。

镍铁渣及粉煤灰；CMSA系微晶玻璃；铁合金渣

随着铁合金生产的快速发展，产量的不断增加，也产生非常多的镍铁渣。将这些镍铁渣和粉煤灰进行混合利用，制备微晶玻璃，可以降低企业的耗能，提高金属回收率。这种方法已经成为铁合金产业实施可持续发展的必要途径。

1 CMSA系微晶玻璃的作用

CMSA系微晶玻璃的全称是CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，是特定的基础玻璃在加热过程中，通过控制玻璃晶化速度，从而得出一种含有微晶的多晶固体材料。由于微晶玻璃是介于陶瓷和玻璃之间的材质，因此，具有非常好的性能。CMSA系微晶玻璃因为在制作过程中，使用大量的矿渣和固体废弃物，从而引起研发人员的兴趣，因为CMSA系玻璃具有极强的抗弯折、抗压、抗腐蚀、耐磨性强等特点，所以，被广泛的应用在建筑领域，发挥替代花岗岩和大理石等高档装修建材的作用，同时，由于具有耐磨、耐腐蚀性的特点，也可以应用到冶金化工、机械制造等多种行业。

2 利用镍铁渣和粉煤灰制备CMSA系微晶玻璃的实验过程

2.1 实验原料

实验主要原料是镍铁渣、粉煤灰以及磨碎的原料玻璃。因为镍铁渣的价格更低，所以在实验过程中，要提高镍铁渣的使用量。因此，实验设定的原料配比如下：1号样品镍铁渣含量为55%，粉煤灰含量为45%，2号样品镍铁渣含量为45%，粉煤灰含量为55%，三号样品镍铁渣含量为60%，粉煤灰含量为40%。

2.2 原料合成

首先，研究人员要用行星式球磨机对玻璃碎渣进行细磨，然后将镍铁渣和粉煤灰按照计量标准进行配料，并放入实验杯中搅匀，再将混合原料放置在硅钼炉中。研究人员要设定硅钼炉以10°C/min的加热速度升温至1500°C，并进行1个小时的保温措施。接着，研究人员要将保温的炉渣放置在冷水中，待混合液体温度冷却到室温的时候，放入烘干机中烘干。最后，将混合晶体磨碎，获得基础玻璃。

2.3 实验方法

研究人员要将生成的样品通过X光射线光谱进行测定，确定玻璃在转变时，产生的析晶温度变化在范围值，以Al2O3为参考，当以10°C/min的升温速度时，最大的加热温度为1100°C。研究人员要将取得的基础玻璃样品进行打磨，然后用5%HF溶液进行腐蚀性实验，并对腐蚀后的样品进行超声波清洗。在清洗过后进行电镜扫描分析，测定样品的重量和密度，采用抗弯强度测试仪进行测试，测试仪的跨距为3.5cm，加载速度为0.5mm/min[1]。

3 实验结果及探讨

3.1 实验结果

通过以上实验方式能够得出基本玻璃的热差数据，三个基础玻璃的起始析晶温度分别为：1号样品860°C，2号样品880°C，3号样品840°C。由于在进行基础玻璃烧制的过程中，峰值曲线会发生变化，导致微晶玻璃低位区和高温区的温度差较大。因此，温度越高，烧结好，玻璃的各方面性能就会好。在保持在20°C左右。按照烧制结果，将基础玻璃制作成圆柱形的样本块，在高温熔炉中进行升温燃烧实验，升温速度以8°C/min升至1500°C。然后，按照8°C/min降温速度进行降温处理，随后关闭燃烧炉。研究人员将不同烧结状态的基础玻璃样品进行温度曲线测试，得出了三个样品的晶化温度分别为980°C、990°C、950°C。因此，能够得出，CMSA系微晶玻璃的性能好坏取决于所析出的晶相性质、种类、玻璃的比例以及晶粒的分布条件，同理，微晶玻璃的属性也就是析出晶体的固有属性，决定了微晶组织结构。通过实验证明，CMSA系微晶玻璃的抗压强度、收缩率大小都与晶相有关。

3.2 实验成品结果分析

为了能够确定基础玻璃在烧结过程后所呈现出的晶相性质，研究人员要将烧结过后的微晶玻璃，进行XRD测试分析。XRD测试能够分析出所测验的基础玻璃晶体中的组成元素和元素含量，通过测试能够得出1号样品的主要晶体为石英和氧化钙，同时还有一定程度的尖晶石，这是因为1号样品中的Al2O2含量较多，烧结过程中，更加容易和MgO化合成尖晶石。2号、3号样品所析出的主要晶体是氧化钙和顽辉石，并伴有一定量的尖晶石。

研究人员还要分析烧结断面的气孔，3号断面的气孔少，2号次之，1号最多。这三种烧结断面都在存在着一定的气孔，原因在于基础玻璃样品在烧结的过程中澄清放置的时间过短，当熔渣进行水淬时，玻璃晶体产生气孔。因此，成核烧结和晶化过程能够影响气泡生成的概率。从烧结动力学的观点来看，烧结温度要不断提高，才能够加强基础玻璃物质迁移，在最大程度上消除气孔。当基础玻璃的经过充分烧结后，晶化阶段产生的气孔就会变为细小的针孔，这是因为样品中的MgO和Al2O3的含量适中，使得玻璃中的铝硅酸盐产合适的聚合度，从而扩散离子，烧结密度就会降低。综合以上实验结果表明，以镍铁渣和粉煤灰为主要原料，可以制造出性能良好的CMSA系微晶玻璃[2]。

4 结语

综上所述，利用镍铁渣及粉煤灰能够烧结出质量优良的CMSA系微晶玻璃。在此基础上，通过控制基础玻璃燃烧的析晶温度、将基础能够控制烧结晶相，增加CMSA系微晶玻璃的抗压强度，同时，通过将基础玻璃进行XRD测试分析、不断提高烧结温度，能够分析出晶体中的组成元素、最大程度上消除气孔。因此，在遇到CMSA系微晶玻璃的问题时，可以通过以上方法解决。

[1]张亚洲.铁合金渣综合利用的研究现状及发展趋势[J].冶金能源.2013.05.

[2]张文军,李宇,李宏,苍大强.利用镍铁渣及粉煤灰制备CMSA系微晶玻璃的研究[J].硅酸盐通报,2014,33(12):3359-3365.

张讯(1993-)，男，四川雅安人，汉族，现职称：化验员，学历：本科，研究方向：从事化验工作。