焚烧灰渣熔融处理中CaO-SiO2-FeOX-MgO/Al2O3体系热力学性质的研究

本项目针对焚烧灰渣熔融处理以及熔融渣资源化利用中缺乏多组元氧化物体系热力学性质和体系相图这一问题，采用高温平衡实验并结合热力学计算的研究方法对CaO-MgO-Al2O3-SiO2-FeOx-Na2O六元体系中的两个子体系CaO-SiO2-FeOX-MgO和 CaO-SiO2-FeOX-Al2O3的热力学性质进行系统研究。主要内容如下：CaO-SiO2-FeOX-MgO和 CaO-SiO2-FeOX-Al2O3体系相平衡关系和相变规律的高温实验研究；熔体热力学模型的测试、选定和改进；体系热力学平衡计算；体系热力学性质预报及平衡相图的构筑。本项目总的目标是获得焚烧灰渣熔融处理中相关多组元氧化物体系的热力学信息。本项目的研究不仅对于焚烧灰渣熔融处理以及熔融渣资源化利用具有较高的学术价值，而且对于冶金工业生产中高品质金属冶炼、低品位原料使用、以及冶金渣的二次利用也具有重要的实际意义。

以“焚烧灰渣熔融处理中CaO-SiO2-FeOX-MgO(Al2O3)体系”为研究对象，采用高温平衡实验并耦合热力学计算对其热力学性质进行了系统研究，研究结果如下。.(1) 对CaO-SiO2--FeOx-Al2O3体系：随温度升高，体系液相区扩大；除高CaO区外，其余各初晶区均明显变小。随氧分压降低，铁铝尖晶石初晶区的液相区明显变大。(2) 氧分压10.13Pa，温度1450°C和1550°C时，CaO-Al2O3-FeOx体系中CaAl4O7初晶区边界处均有CaAl2O4相出现，表明CaAl4O7初晶区下移。中等氧分压10.13Pa和1.01×10-1Pa时，CaAl4O7初晶区边界处均有铁铝尖晶石相出现，表明铁铝尖晶石初晶区下移。1450°C时，随氧分压降低，CaO-Al2O3-FeOx体系中CA2初晶区的液相线向高Al2O3方向偏移。1550°C时，随氧分压降低，CaAl4O7初晶区液相线向高Al2O3方向延伸。.(3) CaO-Al2O3-FeOx-10%SiO2体系中，CA初晶区有钙黄长石(Melilite)存在，且Melilite初晶区边界处有CA2相出现，表明Melilite初晶区向高CaO方向收缩。.(4) 温度对SiO2-Al2O3-FeOx体系莫来石初晶区液相线影响较大。氧分压10.13Pa时，温度由1450℃升至1550℃，莫来石初晶区液相线向SiO2-Al2O3侧偏移。1450℃时体系共晶点平衡相为L+SiO2；1550℃时，莫来石初晶区平衡相为液相与莫来石。.(5) 添加5%CaO时，SiO2-Al2O3-FeOx体系液相区扩大，莫来石初晶区液相线向SiO2-Al2O3侧偏移，石英初晶区液相线向高硅方向偏移。.(6) 基于FactSage的OptiSage模块，利用实验数据优化得到CaO-SiO2--FeOx-Al2O3体系液相热力学模型参数。.(7) CaO-SiO2-FeOx-7.5wt%MgO体系，高CaO区出现纯MgO固相，Ca3SiO5消失，固溶体初晶区增大至高FeOx区；SiO2初晶区缩小，液相区向高SiO2方向偏移。.(8) 建立了CaO-SiO2-FeOx-MgO体系液相热力学二元模型参数和三元模型参数。.(9) 培养博士研究生1名，硕士研究生4名。发表学术论文20篇，其中SCI收录5篇、EI收录12篇。