锰渣微晶玻璃的制备及其性能研究

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电解金属锰的生产过程中会产生大量的电解锰渣,主要通过筑坝堆存的方式处理,由于锰渣中含有N、Mn、Cr、Cu等有害元素,在雨水的淋溶下,有害元素进入水体、土壤,不仅污染环境,也对人体健康造成潜在威胁,不断累积的电解锰渣也会对企业的生产造成压力,因而,如何将电解锰渣有效地处理及利用是目前电解锰行业急需解决的问题。本文以煅烧后的电解锰渣为实验原料,采用烧结法及熔融法制备微晶玻璃,优化工艺条件,同时研究热处理、形核剂、玻璃粉末的粒度等对微晶玻璃力学性能、物相组成、微观形貌、耐酸碱性等性能的影响。采用XRD、DSC、SEM、EDS等手段对微晶玻璃的性能进行表征,并参照相应的国标测试其力学、耐酸碱性等。采用烧结法和熔融法均能制备出性能优良的微晶玻璃,且制备出的样品的主晶相均为辉石类晶相。以煅烧后的电解锰渣为实验原料,采用烧结法制备锰渣微晶玻璃,锰渣利用率可达100%,对烧结法来说,核化温度、晶化温度及玻璃粉末的粒度是影响微晶玻璃性能的重要影响因素。由Kissinger、Ozawa方法计算得锰渣玻璃粉的析晶活化能分别为276.23 KJ/mol和295.82 KJ/mol。玻璃粉末过240目标准筛,核化温度为800℃,保温0.5 h,晶化温度为1050℃,保温1 h,即800℃/0.5h+1050℃/1h,得到的微晶玻璃样品的综合性能最好,其抗弯强度为125.05 MPa,体积密度为2.82 g/cm~3,吸水率为0.05%,耐酸性K值为99.42%,耐碱性K值为99.86%。当玻璃粉的D50为9.829μm,在800℃/0.5h+940℃/1h的热处理条件下制备出的微晶玻璃样品相对其他粒度的综合性能最好,其体积密度为2.90 g/cm~3,吸水率为0.11%,抗弯强度为123.43 MPa。采用熔融法制备微晶玻璃,锰渣利用率≥95%,实验证明含铬氧化物能有效促进锰渣玻璃粉的析晶。向锰渣中添加2 wt%的三氧化二铬,成型后的玻璃采用一步热处理。不同的热处理温度会显著影响样品的结晶度及性能,当热处理温度为950℃时,样品的结晶度最大,其综合性能最好,体积密度为3.08 g/cm~3,吸水率为0.02%,抗弯强度为133.55 MPa。利用煅烧后的电解锰渣制备微晶玻璃,其利用率高(≥95%),消纳量大,不仅可解决大量的堆存的电解锰渣,避免了锰渣对环境的污染,还能带来经济效益。此外,目前利用电解锰渣制备微晶玻璃相关研究和报道较少,本文相关实验和探讨也为电解锰渣制备微晶玻璃提供试验和理论参考。
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