晶核剂对高炉渣微晶玻璃晶化行为的影响

第44卷第6期 2016年6月

硅 酸 盐 学 报

JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

Vol. 44，No. 6 June，2016

http://www.gxyb.cbpt.cnki.net DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2016.06.16

晶核剂对高炉渣微晶玻璃晶化行为的影响

刘靖靖，肖汉宁 (湖南大学材料科学与工程学院，长沙 410082)

摘 要：以高炉渣为主要原料，采用高温熔融法制备了高添加量高炉渣微晶玻璃。在适合添加量的基础上，利用差示扫描量热分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜等研究了晶核剂种类对高炉渣微晶玻璃晶化行为和抗折强度的影响。结果表明：

当高炉渣添加量为67.5 %(质量分数)时，晶核剂组成为5% (质量分数)CaF2+1t2O3时，玻璃的析晶活化能E降低至 337.7 kJ/mol，晶体生长指数n至2.47，析出的主晶相为钙铝黄长石；晶核剂组成为5êF2+1%Cr2O3时，析出主晶相为短柱状的钙铝黄长石和颗粒状的透辉石；晶核剂组成为5êF2+1%Cr2O3+3t2O3时，析出的主晶相虽仍为钙铝黄长石和透辉石，

但E降低至260.3kJ/mol，n增至3.52，样品整体析晶，形成100nm左右的细小晶粒，抗折强度达到147 MPa。

关键词：高炉渣；微晶玻璃；晶核剂；析晶；抗折强度

中图分类号：TQ171.72 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2016)06–0878–06

网络出版时间：2016–05–06 10:33:00 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20160506.1033.016.html

Influence of Nucleation Agent on Crystallization of Blast Furnace Slag Glass Ceramics

LIU Jingjing, XIAO Hanning

(College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)

Abstract: The blast furnace slag glass ceramics were fabricated with blast furnace slag by a melting method. Based on the optimization of the slag content, the effect of nucleation agents on the crystallization and properties of blast furnace slag glass ceramics was investigated by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy, respectively. The results show that gehlenite is the main phase of blast furnace slag glass ceramic when the mass percentage of blast furnace slag is 67.5%, the 5êF2+1t2O3 can reduce the activation energy E of the glass ceramics to 337.7 kJ/mol, and improve the Avrami index n to 2.47. The main phases of the glass ceramics are gehlenite and diopside when the nucleating agent is 5% CaF2+1% Cr2O3. A blast furnace slag glass ceramic with mean grain size of about 100 nm and high bending strength of 147 MPa is obtained when 5% CaF2+1%Cr2O3+ 3t2O3 is used as a nucleating agent, the main phases are still gehlenite and diopside, and the Avrami index n increases to 3.52 and the activation energy E significantly decreases to 260.3 kJ/mol.

Keywords: blast furnace slag; glass-ceramics; nucleation agent; crystallization; bending strength

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废渣，每生产1 t粗钢会产生0.25～0.40 t高炉渣。我国2013年的高炉渣排出量已高达2.5亿吨[1]，目前主要用于生产水泥、混凝土[2]和地质聚合物[3]等低附加值产品。高炉渣的主要成分为CaO、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3等，与CaO–MgO–Al2O3–SiO2(CMAS)系微晶玻璃的成分较为接近。因此，利用高炉渣来制备微晶玻璃材料是实现高炉渣高附加值利用的可行途径。国外从20世纪70年代开始就开展了用高炉渣制备微晶玻璃的研究。文献[4]通过添加30%、50%、70%高炉渣，获得了主晶相为钙长石和辉石、晶粒尺寸为3～5 μm、抗折强度为49 MPa的微晶玻璃。Xiao等以CaF2为晶核剂，当高炉渣加入量为45%时，获得了主晶相为辉石和透辉石、平均粒径仅为0.5 μm的高炉渣微晶玻璃，其抗折强度达到 99 MPa[5]。Khater[6]发现添加56.78%高炉渣时，以Cr2O3、TiO2为晶核剂更易促进析晶，形成颗粒细小的微晶玻璃，高炉渣用量进一步增加时，则难以析

Received date: 2016–01–24. Revised date: 2016–02–25. First author: LIU Jingjing(1990–), female, Master candidate. E-mail: 672234698@qq.com

Correspondent author: XIAO Hanning (1961–), male, Ph.D., Professor. E-mail: hnxiao@hnu.edu.cn

收稿日期：2016–01–24。 修订日期：2016–02–25。

基金项目：国家自然科学基金(51372078，51302076)；博士后科学基金

(2013M531783)资助。

第一作者：刘靖靖(1990—)，女，硕士研究生。 通信作者：肖汉宁(1961—)，男，博士，教授。