铁、锰离子价态对锰铁合金渣微晶玻璃析晶的影响开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

微晶玻璃又称玻璃陶瓷,是由特定组成的基础玻璃在加热过程中通过控制晶化而得到的一类含有大量微晶相和玻璃相的多晶固体材料[1]。微晶玻璃具有优良的力学、化学、光学、热学性能,已广泛用作结构材料和功能材料,有着良好的发展前景。利用工业废渣制造的微晶玻璃一般称为矿渣微晶玻璃,具有较高的机械强度以及较好的耐磨性、电学性能和化学稳定性,已成为一种良好的结构材料。

当前的矿渣微晶玻璃主要采用高炉渣来制造,这是因为高炉渣主要成分为cao、sio2、mgo、al2o3,与玻璃的化学组分相似,可作为制备微晶玻璃的原料 [2]。锰铁合金渣是矿渣的一种,是锰矿石冶炼锰铁过程中排出的熔渣在高温熔融状态下经水淬急冷后形成的一种mno含量比普通矿渣高的高炉矿渣。据资料显示,锰铁合金的渣铁比为1.2 ~ 1.5,2015年锰铁渣量为197~246万t[3],这是由于我国富锰矿较少,锰矿品位较低、矿床规模小、贫矿多、杂质含量高、可选性质差,因此产生了大量的锰铁合金渣。目前,针对锰铁合金渣的研究并不常见,主要集中在制备普通的水泥和建材[4~5]等利用方向,然而,这些产品的附加值较低,利用成本较高,经济效益更是随着近年运输、人力成本的提高而降低。这早已不能满足国家的环保要求与可持续发展要求,利用其制备微晶玻璃等高附加值也是当今与今后的发展趋势。锰铁合金渣的主要成分是二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁,与制备玻璃的原料相似,另外还含有较高的mno2与fe2o3,有资料显示,这两种物质可作为微晶玻璃的成核剂。因此,以锰铁合金渣为主要原料制备微晶玻璃,提高其利用价值具有很强的现实意义。

杜永胜[6]等以白云鄂博尾矿及粉煤灰等固体废弃物为主要原料,采用熔融法制备得到了以辉石为主晶相的cao-mgo-al2o3-sio2(cmas)系尾矿微晶玻璃,并利用xrd、dta、sem等研究了不同氧化铁及碳含量对微晶玻璃结构及析晶特性的影响,结果表明,不同氧化铁添加量对微晶玻璃中fe 3 /fe 2 影响很小,因此对微晶玻璃的析晶特性无本质影响。而随着还原碳粉的加入,fe 3 /fe 2 与未加碳粉相比减小明显,微晶玻璃中feo质量分数的增加极大地提高了微晶玻璃的析晶特性。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:

锰铁合金渣的化学组成虽然与微晶玻璃的组成相似,但同时含有大量的锰、铁元素,若直接使用锰铁合金渣就无法控制单一变量,探究铁、锰价态对微晶玻璃相关性能的影响,因此使用化学纯试剂模拟锰铁合金渣的化学组成,制备cmas系微晶玻璃,并外掺铁、锰氧化物,通过sic调节熔融气氛,改变铁、锰离子价态,分别探究fe2 、fe3 单独或者共存时,以及mn2 、mn4 单独存在或共存时对微晶玻璃析晶的影响。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,制备铁锰合金渣微晶玻璃。

第7-10周:采用化学滴定、xrd、sem、dsc、等测试技术对微晶玻璃的离子价态、主晶相、断面形貌、晶化参数进行测定

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]程金树等编著.微晶玻璃[m].北京:化学工业出版社.2006.

[2]王艺慈著.包钢高炉渣制备微晶玻璃的析晶行为[m].北京:冶金工业出版社.2014.

[3] 宋耀欣,兰思东,邸久海,蒋伯群.中国铁合金炉渣综合利用现状与发展趋势[j].中国冶金,2017,27(04):73-77.

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