【摘要】：201 5年我國含鉻鋼渣產(chǎn)生量超過600萬噸,其重金屬浸出濃度為GB5085.3-2007限值3-10倍,為危險固廢(HW21)。含鉻鋼渣主要用于水泥,但存在重金屬浸出率高的問題。因此,亟需開發(fā)含鉻鋼渣無害化處置和高值化利用技術(shù)。微品玻璃法具有重金屬固化效果好、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點,同時含鉻鋼渣成分適合制備微晶玻璃。因此,微晶玻璃是含鉻鋼渣綠色處置和資源化利用的優(yōu)選之一。本文系統(tǒng)研究了含鉻鋼渣制備微晶玻璃的成分、工藝、品相組成、顯微組織和性能,闡明了一步熱處理機理和形核-品體生長機制,開發(fā)了一步熱處理短流程工藝。本研究成果為含鉻鋼渣無害化處置和高值化利用提供了理論和技術(shù)支撐,有利于突破危固處置技術(shù)瓶頸,實現(xiàn)我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。晶相組成和微觀組織是影響微晶玻璃綜合性能的重要因素。本文研究了二元堿度和TiO2晶核劑含量對含鉻鋼渣微晶玻璃晶相組成、顯微組織及綜合性能的影響。二元堿度由0.79升至1時,微晶顆粒的長徑比降低,由尺寸超100μm的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)?-3μm的等軸晶,含鉻鋼渣微晶玻璃的密度,維氏硬度和抗彎強度升高；二元堿度大于1時,密度和硬度較低的鎂黃長石和霞石相含量升高,微晶玻璃的密度和硬度降低。含鉻鋼渣微晶玻璃的較優(yōu)二元堿度為1。向二元堿度為1的含鉻鋼渣微晶玻璃中添加Ti02,可誘導鈣鈦礦相析出,抑制鎂黃長石相形成,促進晶粒細化,提高微晶玻璃的硬度和抗彎強度。TiO2較優(yōu)添加量為7 wt.%。經(jīng)熔融和兩步熱處理制得的含鉻鋼渣微晶玻璃,其主晶相為透輝石,顆粒尺寸約為2μm,顯微硬度為7.3Gpa,抗彎強度為150.8Mpa,達到JC/T 2097-2011《工業(yè)用微晶板材》要求。為降低晶核劑成本,本文首次提出將危固酸洗污泥用作含鉻鋼渣微晶玻璃晶核劑。干燥的酸洗污泥中,CaF2,Fe2O3和Cr203總含量為76wt.%。CaF2是微晶玻璃助熔劑；Fe203和Cr203能促進基礎(chǔ)玻璃分相,提高形核密度,促進晶粒細化,從而提高微晶玻璃的綜合性能。向二元堿度為1的含鉻鋼渣微晶玻璃中添加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浸出濃度分別為0.13mg/L和0.04 mg/L,低于GB5085.3-2007限值。本研究為酸洗污泥綠色處置和高值化利用提供了新的解決方法。為縮短工藝流程,降低能耗,本文建立了“快速擴散層”模型,闡明了一步熱處理機理和形核-晶體生長機制,開發(fā)了一步熱處理短流程工藝�；A(chǔ)玻璃分相過程中,Na+和晶核劑離子(如Cr3+,Fe3+)發(fā)生分層,提高了透輝石主晶相的形核驅(qū)動力,在主晶相晶粒周邊形成富Na+的快速擴散層,縮小形核溫度和晶化溫度差,形核與晶體生長在相同溫度下連續(xù)進行。將二元堿度為1,酸洗污泥配加量為14 wt.%的基礎(chǔ)玻璃升溫至780℃保溫1h,完成一步熱處理,得到含鉻鋼渣微晶玻璃,其密度和硬度分別為3.036g/cm3和7.44Gpa,抗彎強度為126.5 Mpa,抗壓強度為606 Mpa,吸水率為0.04%,耐酸性為1.82%,耐堿性為0.23%。開發(fā)的一步熱處理技術(shù)將現(xiàn)有熱處理工藝流程縮短一半,能耗降低50%。
【圖文】：

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（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－５微晶玻璃的兩步熱處理工藝（３）形核和晶體生長速率曲線（｜））兩步熱處理過程１５９１逡逑Ｆｉｇ．邋２－５．邋Ｉｗｏ－ｓｔｅｐ邋ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｇｌａｓｓ－ｃｅｒａｍｉｃｓ邋（ａ）邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ邋ｏｆ邐＼逡逑ｎｕｃｉｅａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｇｒｏｗ化邋ｒａ化ｓ，，（ｂ）邋ｈｖｏ－ｓｔｅｐ邋ｈｅａｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邐｜逡逑Ｉ逡逑ｉ邐Ｒａ化邋ｏｆ邋ｃｒｙｓ化邋Ｉ邐＾邋＾邐｜逡逑喜／—＼逡逑＿＿Ｖ逡逑Ｒａｔｅｓ邋ｏｆ邋ｎｕｃｉｅａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒｏｗｔｈ邐Ｔｉｍｅ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－６巧晶玻巧的一步熱處理工藝（ａ）形核及晶體生長速率曲線（ｂ）—步熱處理過程ｉｗｉ逡逑Ｆｉｇ．邋２－６．邋Ｏｎｅ－ｓｔｅｐ邋ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｇｌａｓｓ－ｃｅｒａｍｉｃｓ邋（ａ）邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ邋ｏｆ逡逑ｎｕｃｉｅａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｒａｔｅｓ邋（ｂ）邋ｏｎｃ－
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ171.733

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本文編號：2543914