尾矿微晶玻璃制备及残余铁氧化物在析晶过程中的行为

The subject of design and prepare glass-ceramics with excellent performance based on the chemical composition of tailings is widely concerned. Hi-Si bearing iron tailings and magnesite tailings can provide MgO and SiO2, when they were allocated with aluminum-containing materials properly, raw materials similar with cordierite stoichiometry can be produced. Accordingly, we use iron tailings and magnesite tailings to prepare MgO-Al2O3-SiO2 cordierite based glass-ceramic. .Comprehensive thermal analysis,microstructure and property testing method will be adopted to research two kind tailings' material composition design. Focus on the behavior of Ferro-oxides during the nuclearization and crystallization process and the effects on glass-ceramics' crystal structure of infinitely miscible substitutional solid solution generated from iron oxides and magnesium oxides and other impurity phases. Set up the chemical reaction dynamics model of cordierite based glass-ceramics from tailings. Prove up the control mechanism of precipitation process of MAS cordierite-based glass-ceramics with non-stoichiometric composition.Investigate the relationship between tailings's mineral constituation and glass-ceramics' properties. Afford theoretical and experimental basis for the preparation and utilization of glass-ceramics from tailings.

如何依据尾矿化学成分矿物组成设计制备出满足综合使用性能的微晶玻璃是学术界普遍关注的课题。高硅铁尾矿和菱镁石尾矿能够提供SiO2、MgO，与含铝物料经过适当调配，可以得到化学计量与堇青石相近的微晶玻璃生产原料。本项目以铁尾矿和菱镁石尾矿两种废弃资源为原料制备MgO-Al2O3-SiO2系堇青石基微晶玻璃，采用综合热分析技术以及微观结构检测和组织性能检测相结合的方法，重点研究两种尾矿制备堇青石微晶玻璃的原料组成设计、尾矿体系中铁氧化物在尾矿微晶玻璃析晶过程中的行为及其对微晶玻璃晶体结构及综合性能的影响，建立尾矿微晶玻璃制备过程化学反应动力学模型，揭示尾矿微晶玻璃析晶过程控制机理，探寻尾矿物种结构与微晶玻璃综合性能之间的相互关系，为尾矿微晶玻璃制备提供理论基础。

随着钢铁企业迅猛发展，尾矿的排放量愈加严重，对环境造成了严重的破坏。利用铁尾矿制备微晶玻璃，不仅解决了尾矿堆积带来的环境问题，同时创造经济价值。.铁尾矿中全铁含量所占百分含量较大，一般全铁含量为7%~8%左右。如果利用其制备微晶玻璃，残余铁氧化物的作用和影响不容忽视。为了研究残余铁对微晶玻璃洗净过程和性能的影响，必须讨论在不同含量和下对微晶玻璃的作用机理，为尾矿制备微晶玻璃提供理论基础。 为凸显铁在微晶玻璃中的作用，使用化学纯试剂进行配方试验，结合鞍山地区铁尾矿全铁含量，配加不同含量二、三价铁氧化物，用高温熔融法制取基础玻璃，在此基础上以热重法测得核化与晶化温度范围，采用烧结法制取微晶玻璃。实验过程中采用DSC、XRD、SEM、IR以及穆斯堡尔谱等先进的检测手段，分析研究铁在微晶玻璃中的作用机理，并初步建立加铁前后主晶相结构模型，为铁尾矿更有效利用提供技术支持和理论依据。研究结果显示：1.随着体系残余铁氧化物含量的增加，成核和结晶温度降低，说明铁氧化物在定程度上可以作为微晶玻璃晶核剂使用，Fe2+主要起促进析晶作用，Fe3+主要增强玻璃网络连接作用，为了更好的晶体析出，应适当增加Fe2+和Fe3+的八面体配位结构。2.随着铁氧化物的含量增加，微晶玻璃主晶相由堇青石区域移动到镁铝尖晶石区域，随着全铁含量的增加，微晶玻璃微观组织组织由玻璃相向柱状结晶再向粒状结晶最后向细小球状晶粒转变。3.由穆斯堡尔谱研究结果显示，Fe2+处于八面体配位结构，属于网络外体离子。Fe3+一部分处于四面体配位，另一部分处于八面体配位结构，处于八面体配位结构时和Fe2+作用相同。Mg2+处于八面体配位结构，Al3+处于四面体配位结构，再根据类质同相替代，Fe2+可替代Mg2+，Fe3+可替代Al3+。