赤泥粉煤灰仿玄武岩的高温熔融性能及析晶特性研究

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赤泥和粉煤灰是工业发展过程中产生的大宗工业废渣,它们的综合利用关系到社会的可持续发展。玄武岩作为玄武岩纤维生产的原料,其本身化学组成的波动大和较高的铁含量,困扰着玄武岩纤维行业的发展。从化学组成来看赤泥和粉煤灰与玄武岩有着相似性,所以利用赤泥和粉煤灰制备仿玄武岩难料具有一定研究意义,因此为了开发出高性能的仿玄武岩料,本文以赤泥,粉煤灰为主要原料制备了仿玄武岩料。实验通过向赤泥或粉煤灰中加入Al2O3、Si O2、Fe3O4、Mg O、Ca CO3、Na CO3、KOH和Ti O2来制备赤泥仿玄武岩料或粉煤灰仿玄武岩料;通过向赤泥和粉煤灰中加入氧化铝、石英、钾长石、钠长石、白云石和滑石等工业级原料来制备赤泥-粉煤灰仿玄武岩料。为了获得析晶能力和高温粘度与玄武岩接近的仿玄武岩料,分析了原料的物相组成和化学成分。在热力学软件的帮助下对仿玄武岩料的化学成分进行设计,接着根据原料的化学成分和目标仿玄武岩料成分计算原料配比制备仿玄武岩料。对高温粘度的考察发现不同物相和组成的赤泥和粉煤灰在相同温度下的粘度值相差很大,但经过实验配料制备成成分相近的仿玄武岩料以后,它们在相同温度下的粘度值却十分接近,这说明仿玄武岩料的高温粘度在很大的程度上是由其化学组成决定的。而且经过热力学设计获得的仿玄武岩料与玄武岩的高温粘度十分接近。另外KOH和Na2CO3的引入使得玄武岩样品的高温粘度有着不同程度的增加,但KOH对粘度的影响更加明显。通过不同热处理的方式发现冷却速率的增加有利于玻璃相的形成,在相同的冷却速率下实验制备的部分仿玄武岩料的析晶能力要低于玄武岩样品。当实验样品在较低的加热温度(1400℃)下保温时由于实验样品的熔融不充分导致冷却至室温后样品内有大量的晶体存在。冷却过程中对样品的保温容易导致样品内部晶体的产生,而且随着保温时间的延长,晶体的析出会越发严重。另外氧化钠和氧化钾的引入会破坏玄武岩的基体稳定性,导致冷却的过程中晶体的产生。而且随着引入量的增加这种现象越发明显。实验过程考察了不同物相组成的赤泥和粉煤灰样品制备的仿玄武岩料,发现在它们化学组成接近的情况下,试验样品的高温熔融性能和析晶能力也十分接近。这说明了矿物中的物相对试样的这些性能并不构成影响,反而是它们接近的化学成分决定了它们具有相似的高温熔融性能和析晶能力。
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