添加不锈钢渣制备尾矿微晶玻璃的研究

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不锈钢渣是含有大量重金属铬的固体废弃物,且随着不锈钢产量的增加而不断增加,回收其中的金属铬,成本太高,而且效果不理想。而不锈钢渣中含有的铬氧化物是微晶玻璃的有效晶核剂,其含有的 Si、Ca、Mg、Al氧化物是微晶玻璃的基础成分。因此,添加不锈钢渣制备微晶玻璃成为可能。  本文采用传统熔融法,通过两步法热处理制备 CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)系尾矿微晶玻璃。采用差热分析(DTA)与 X射线衍射仪(XRD)研究了尾矿微晶玻璃的析晶能力和晶相种类;采用场发射扫描电子显微镜(FEGSEM)以及与之配套的能量色散 X射线光谱仪(EDS)分析其显微结构及微区成分;通过综合力学性能仪、热膨胀仪和化学腐蚀等测试手段测试了微晶玻璃的常规性能。结果表明:制备的尾矿微晶玻璃的主晶相为辉石相,当不锈钢渣的添加量大于等于17wt.%时,样品中有第二相镁铁铬尖晶石相(Mg(Cr,Fe)2O4)析出,且随着不锈钢渣添加量的增加而增加。当不锈钢渣添加量低于17wt.%时,不锈钢渣的添加可以使晶体由较大的树枝晶向较小的颗粒晶转变,晶粒被明显细化。玻璃的析晶峰值温度、微晶玻璃的密度、体积收缩率及力学性能随不锈钢添加量的增加呈先升高后降低的趋势。当不锈钢渣添加量为8wt.%时,综合性能最优,其抗折强度为181.4MPa,维氏硬度为833.21HV,体积收缩率为6.72%,耐酸性为98.85%,耐碱性为99%。  不锈钢渣中重金属 Cr的含量较高,如果处理不当,不仅重金属 Cr不能综合利用,而且会造成二次污染。本文采用毒性浸出试验和 Tessier五步连续提取法对尾矿微晶玻璃的固化效果进行研究。研究结果表明:通过添加不锈钢渣制备尾矿微晶玻璃可以实现对金属Cr的固化和高值化利用。同一组分中,基础玻璃中可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态及有机态的重金属 Cr含量分别为0.04%、0.08%、7.82%、1.13%,而微晶玻璃中与之对应的 Cr含量分别为0、0.04%、2.02%、0.40%,明显低于基础玻璃中 Cr的含量。基础玻璃中残余态的重金属 Cr为90.93%,而微晶玻璃残余态中的Cr含量为97.55%,高于基础玻璃中的Cr含量。由此可知,在热处理过程中,前四种形态的 Cr向更稳定的残余态转化,即 Cr进入硅酸盐晶格中,从而实现铬的固化。
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