（环境科学专业论文）利用含钛高炉渣制备微晶泡沫玻璃的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a ls c i e n c e l l l ll li lli i l lill l llu l 18 4 3 5 5 5 f o a m e d g l a s s - - c e r a m i c sp r e p a r e db 3usingoame r e o a r e db vus l n - _ t i t a n i a - - b e a r i n gb l a s tf u r n a c es l a g b ym am i n g l o n g s u p e r v i s o rp r o f e s s o r ：x u ex i a n g x i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 8 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = 亡己 恩。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。)， l i 学位论文作者签名：导师签名： “ 签字日期：签字日期： f 啼 东北大学硕士学位论文摘要 利用含钛高炉渣制备微晶泡沫玻璃的研究 摘要 近年来，随着科学发展观理念的不断深入，发展循环经济，提高资源利用率成为了 众多科研领域的研究热点。本课题以含钛高炉渣为主要原料制备了泡沫玻璃和微晶泡沫 玻璃等材料，并采用x r d 、s e m 和f t - i r 等现代测试手段对材料进行了分析和表征。 本研究不但具有资源、环境和牛态效应，而且为一直难于利用的含钛高炉渣找到了新的 利用途径，提高了材料的技术含量和附加值。 本研究所制备的微晶泡沫玻璃是分两个部分进行的。即：制备泡沫玻璃和泡沫玻璃 的微晶化处理。 第一部分：以含钛高炉渣为原料制备泡沫玻璃绝热材料。研究了添加剂掺量和热处 理工艺制度对泡沫玻璃性能的影响。首先利用单因素试验，初步确定添加剂的掺量和热 处理工艺参数，再利用正交手段进行优化，获得添加剂的最优掺量和热处理工艺的最优 工艺参数。研究结果表明，添加剂最优掺量分别为：发泡剂碳酸钙1 5 ，稳泡剂磷酸 钠6 ，助熔剂硼砂6 ；泡沫玻璃烧成的最佳热处理制度为：发泡温度9 0 0 ，发泡时 间1 5 m i n ，升温速度1 2 m i n 。经过预热、烧结、发泡以及稳泡和退火等热处理工艺， 制得了具备孔径均匀，导热系数小，体积密度低等优异性能的泡沫玻璃。其中发泡剂掺 量、发泡时间和发泡温度对泡沫玻璃的孔径大小，孔的均一性影响较大；稳泡剂的掺量 在一定程度上对大泡的生成起到了限制作用；采用两大固体废物做为基础原料制备的泡 沫玻璃，大大的降低了生产成本。另外，由于微硅粉粒径较小，省去了部分原料的粉磨 工艺过程，也从一定程度上降低了生产成本。 第二部分t 对第一部分已优化的泡沫玻璃进行二次热处理，制备了微晶泡沫玻璃墙 体材料。通过控制热处理制度的方法控制微晶化行为。首先以单因素方法初步确定热处 理工艺，再以正交手段优化处理，获得最优热处理工艺参数。研究结果表明，微晶化过 程工艺参数中核化温度对微晶化行为影响最大，其次是晶化温度，再次为核化时间和晶 化时间。核化时间过长易引起晶化不均，过短会造成核化不充分。晶化时间长短丰要影 响晶粒的尺寸。核化时间和晶化时间也不宜过长，否则会对微晶化行为产生不良影响。 微晶泡沫玻璃的最优热处理工艺参数为：核化温度7 4 0 。c ，核化时间为8 0 m i n ，晶化温 度为8 9 0 。c ，晶化时间为1 0 0 m i n 。经热处理后的泡沫玻璃内部产生了大量纳米级的晶粒， 通过x r d 分析和s e m 分析可知，微晶泡沫玻璃的主晶相为磷石英，次晶相为普通辉石， 另外还有残余的球状钛酸镁等。经微晶化处理之后，泡沫玻璃的抗压强度明显增加，其 导热系数略微增大，但仍满足用于建筑墙体保温材料的标准。 综上所述，采用含钛高炉渣制备的泡沫玻璃，绝热性能好，工艺简单。含钛高炉渣 东北大学硕士学位论文 摘要 利用率超过3 0 ，不必添加晶核剂，便可得到性能优异的制品。烧成温度不高，成本较 低。 关键词：含钛高炉渣；泡沫玻璃；发泡剂；微晶泡沫玻璃：主晶相 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t e dg l a s s c e r a m i c sp r e p a r e db yu singoame r e o a r e dus i n g b v t i t a n i a - b e a r i n gb l a s tf u r n a c es l a g a bs t r a c t w i t ht h eg r a d u a la n df u r t h e rv i e wo fs c i e n t i f i c d e v e l o p m e n t ，d e v e l o p i n gc i r c u l a r e c o n o m ya n dr a i s i n gt h ea v a i l a b i l i t yo fr e s o u r c e sb e c o m ear e s e a r c hh o t p o ti ns c i e n t i f i c r e s e a r c hf i e l dr e c e n t l y i nt h i sp a p e r , f o a m e dg l a s sa n df o a m e dg l a s s c e r a m i c sw e r em a d e b y u s i n gt i t a n i a - b e a r i n gb l a s tf u r n a c es l a g s m a t e r i a lw a sa n a l y z e da n dc h a r a c t e r i z e db ym o d e r n test t e c h n i q u es u c h a sx r d 、s e ma n df t - i r t h er e s e a r c hn o to n l yh a se f f e c to nr e s o u r c e s ， e n v i r o n m e n ta n de c o l i g y , b u ta l s of i n d su t i l i z a t i o nw a y sw h i c hc a ns o l v et h eu t i l i z a t i o n p r o b l e mo ft i t a n i a - b e a r i n gb l a s tf u r n a c es l a g ，i m p r o v e st e c h n i c a lc o n t e n ta n da d d i n gv a l u eo f m a t e r i a l f o a m e dg l a s s c e r a m i c sw h i c hw a sp r e p a r e di nt h er e s e a r c hi sd i v i d e di n t ot w o p a r t s ，t h a t i s ，p r e p a r a t i o no ff o a m e dg l a s sa n ds i t a l l i z a t i o no ff o a m e dg l a s s i nt h ef i r s tp a r t ，i n s u l a t i o nm a t e r i a l so ff o a m e dg l a s sw e r em a d eb y u s i n gt i t a n i a - b e a r i n g b l a s tf u r n a c es l a g p r o p e r t i e sf o a m e dg l a s sw e r er e s e a r c h e db yt h ea m o u n to fa d d i t i v ea n d h e a tt r e a t m e n t f i r s t ，a m o u n to fa d d i t i v ea n dh e a tt r e a t m e n tp r o c e s sp a r a m e t e r sw e r e d e t e r m i n e dp r e l i m i n a r i l yb ys i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t s e c o n dt h eo p t i m a la m o u n to fa d d i t i v e a n do p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r so fh e a tt r e a t m e n tw e r eo b t a i n e db yt h eo p t i m i z a t i o no f o r t h o g o n a l i z a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a lc o n t e n to fb l i s t e rc a l c i u mc a r b o n a t e ， s t a b i l i z i n ga g e n ts o d i u mp h o s p h a t ea n dl a c q u e rs o l v e n tb o r a xw e r e1 5 。6 a n d6 r e s p e c t i v e l y h e a tt r e a t i n gr e g i m ef o a m e dg l a s sf i r e dw a st h eb e s tw h e nh e a t i n gr a t ew a s 1 2 。c m i n ，f o a m i n gt e m p e r a t u r e w a s9 0 0 ca n d f o a m i n g t i m ew a s1 5 m i n e x c e l l e n t p e r f o r m a n c eo ff o a m e dg l a s si sh o m o g e n e o u sa p e r t u r e ，l o wt h e r m a lc o e f f i c i e n to fc o n d u c t i o n a n dl o wb u l kd e n s i t yl o wb yp r e h e a t i n g ， s i n t e r i n g ，f o a m i n g ， f o a ms t a b i l i z i n ga n d a n n e a l i n g a n ds o o n t h ea d d i t i o n so fb l i s t e r , f o a m i n gt i m e ，a n df o a m i n gt e m p e r a t u r eh a v eg r e a t i n f l u e n c eo na p e r t u r es i z ea n dh o m o g e n e i t yo ff o a m e dg l a s s t h ea d d i t i o n so ff o a ms t a b i l i z e r l i m i tg e n e r a t i o no fb u l kt os o m ee x t e n t p r o d u c t i o nc o s to ff o a m e dg l a s sw a sd e c r e a s e db y u s i n gs o l i dw a s t ea sb a s i cm a t e r i a l i na d d i t i o n ，d u et os m a l l e rp a r t i c l es i z eo fm i c r os i l i c o n p o w d e r , p r o c e s si ng r i n d i n go fp a r tr a wo m i t t e d ，t h u sm a t e r i a lp r o d u c t i o nc o s tw a sd e c r e a s e d t os o m ee x t e n t i nt h es e c o n dp a r t ，f o a m e d g l a s s c e r a m i c sa sw a l lm a t e r i a l sw e r em a d eb yu s i n g o p t i m i z a t i o no ff o a m e dg l a s sw i t hs e c o n dh e a t i n gt r e a t i n g m i c r o c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o rw a s - i v - 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o n t r o l l e db yc o n t r o l l i n gh e a tt r e a t m e n t f i r s t ，h e a tt r e a t m e n tp r o c e s sw a sp r e l i m i n a r y a s c e r t a i n e du s i n gt h es i n g l ef a c t o rm e t h o d t h eb e s th e a tt r e a t m e n tp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s w e r eo b t a i n e db yu s i n go p t i m i z a t i o nt r e a t m e n to fo r t h o g o n a l i z a t i o t h er e s u l t ss h o wt h a t e f f e c to fn u c l e a t i o nt e m p e r a t u r eo nm i c r o e r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o ri st h em o s ti n f l u e n t i a lf a c t o r t h es e c o n df a c t o ri sc r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r e ，a n dt h et h i r df a c t o ri sn u c l e a t i o nt i m ea n d c r y s t a l l i z a t i o nt i m e l o n gn u c l e a t i o n t i m ec a u s e du n e v e nc r y s t a l l i z a t i o nw h i l es h o r t n u c l e a t i o nt i m ec a u s e di n a d e q u a c yo f n u c l e a t i o n c r y s t a l l i z a t i o nt i m em a i n l ye f f e c to ng r a i n s i z e n u c l e a t i o nt i m ea n dc r y s t a l l i z a t i o nt i m ea r en o ts u i t a b l e f o rl o n gt i m e ，o rm e yc a n p r o d u c eh a r m f u le f f e c t so nm i c r o c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r t h eo p t i m a lp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s o fh e a tt r e a t m e n ta r es h o w e da sf o l l o w s ：n u c l e a t i o nt e m p e r a t u r ei s7 4 0 ，n u c l e a t i o nt i m ei s 8 0m i n ，c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r ei s8 9 0 ，a n dc r y s t a l l i z a t i o nt i m ei s10 0m i n i tp r o d u c e d al o to fn a n o c r y s t a l l i n ei nt h ei n t e r n a lo ff o a m e dg l a s sa f t e rh e a tt r e a t m e n t b yu s i n gm o d e r n t e s tt e c h n i q u es u c h a sx r d 、s e ma n df t - i r ，m a i nc r y s t a lp h a s eo ff o a m e dg l a s s - c e r a m i c si s h e d e n b e r g i t e ，a n da n o r t h i t ew a st h em i n o rc r y s t a l l i z a t i o np h a s e ，s u c ha ss p h e r i c a lm a g n e s i u m t i t a n a t em i n o ro n ee g c o m p r e s s i v es t r e n g t ho ff o a m e dg l a s ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e da n d t h e r m a lc o n d u c t i v i t yi n c r e a s e ds l i g h t l yt om e e tt h es t a n d a r do ft h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a lf o r b u i l d i n gw a l l i naw o r d ，f o a m e dg l a s sh a sp r e f e r a b l eh e a t i n s u l a t i n gp r o p e i l ya n ds i m p l et e c h n o l o g y b yu s i n gt i t a n i a - b e a r i n gb l a s tf u r n a c es l a g w h e nu t i l i z a t i o nr a t i oo ft i t a n i a - b e a t i n gb l a s t f u r n a c es l a gi so v e r3 0 ，e x c e l l e n tp r o p e r t i e so fp r o d u c t sw e r eo b t a i n e dw i t ht h el o w e r s i n t e r i n gt e m p e r a t u r ea n dl o w e rc o s tw i t h o u tt h ea d d i n go fn u c l e a t i n ga g e n t k e yw o r d s ：t i t a n i a - b e a r i n gb l a s tf u r n a c es l a g ；f o a m e dg l a s s ；b l i s t e r ；f o a m e dg l a s s - c e r a m i c s ； m a i nc r y s t a lp h a s e - v 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a bs t r a c t 。i v 第1 章绪论l 1 1 含钛高炉渣概述l 1 1 1 含钛高炉渣1 1 1 2 含钛高炉渣应用概况1 1 2 泡沫玻璃概述一2 1 2 1 泡沫玻璃2 1 2 2 泡沫玻璃的应用：3 1 3 微晶泡沫玻璃概述4 1 3 1 微晶泡沫玻璃4 1 3 2 微晶泡沫玻璃的应用4 1 4 本课题研究的主要内容和意义。5 1 4 1 本课题的主要研究内容- 5 1 4 2 本课题提出的意义5 第2 章理论基础7 2 1 泡沫玻璃的发泡机理7 2 1 1 气体来源7 2 1 2 界面张力及表面张力对发泡的影响7 2 1 3 粘度对发泡的影响8 2 1 4 温度对发泡的影响8 2 2 熔体和玻璃体的诱导析晶理论9 2 2 1 晶核的形成9 2 2 2 晶体的长大1 l 2 2 3 晶核剂对成核的影响1 2 东北大学硕士学位论文 目录 2 2 4 玻璃的分相1 2 2 3 热处理工艺理论1 3 2 3 1 泡沫玻璃热处理工艺理论1 3 2 3 2 微晶泡沫玻璃热处理工艺理论1 3 第3 章实验原料及实验方法1 5 3 1 实验原料15 3 1 1 基础原料。1 5 3 1 2 辅助原料1 6 3 2 实验工艺流程及操作l8 3 2 1 泡沫玻璃工艺流程及操作。1 8 3 2 2 微晶泡沫玻璃工艺流程。1 9 3 3 测试及分析方法2 0 3 3 1 物理性能检测2 0 3 3 2 微观性能分析2 2 第4 章泡沫玻璃的制备2 5 4 1 基础玻璃的制备2 5 4 1 1 基础玻璃配方设计2 5 4 1 2 基础玻璃的熔制2 6 4 2 添加剂对泡沫玻璃性能的影响及掺量确定2 7 4 2 1 发泡剂2 7 4 2 2 稳泡剂3 0 4 2 3 助熔剂3 2 4 2 4 添加剂掺量正交优化3 3 4 2 5 正交实验直观分析3 5 4 3 热处理制度对泡沫玻璃性能的影响及参数确定3 6 4 3 1 发泡温度3 6 4 3 2 发泡时间3 8 4 3 3 升温速度4 0 4 3 4 热处理工艺正交实验4 2 东北大学硕士学位论文 目录 4 3 5 正交实验直观分析4 4 4 4 微观性能检测与分析4 6 4 4 1x r d 分析4 6 4 4 2 宏观照片分析4 7 4 5 本章小结4 7 第5 章微晶泡沫玻璃的制备4 9 5 1 泡沫玻璃的微晶化4 9 5 2 工艺参数对微晶化行为的影响及工艺参数确定4 9 5 2 1 核化温度4 9 5 2 2 核化时间5 0 5 2 3 晶化温度5l 5 2 4 晶化时间5 2 5 3 微晶化工艺正交实验5 2 5 4 微观性能检测与分析5 4 5 4 1x r d 衍射分析5 4 5 4 2s e m 多子析5 5 5 4 3f t - i r 分析5 6 5 4 4 微晶泡沫玻璃的理化性能一5 7 5 5 本章小结5 7 第6 章结论5 9 参考文献6 1 致谢一6 5 攻读学位期间发表的学术论文及发明专利6 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 含钛高炉渣概述 1 1 1 含钛高炉渣 第1 章绪论 我国攀西地区蕴藏着极其丰富的钒钛磁铁矿资源，其主要矿物是由含钛、铁的钛磁 铁矿和赤铁矿组成，另外还有相当量的铜、钻、镍、钡、铬等一些有用金属元素。经过 冶金科技工作者多年的努力，创造出高炉治炼磁铁矿新技术，使得高钛型钒钛矿冶炼成 为可能，然而由此产生了大量含t i 0 2 的含钛高炉渣。由于起初缺乏环保意识和可持续 发展观念，对含钛高炉渣的处理一直是采用就近堆弃，因而在攀西地区形成了许多巨大 的渣山。 随着含钛高炉渣排放量的增加，也带来了一系列问题。随意堆弃的废渣不仅占用大 量耕地，同时也给周围环境造成了严重污染。废渣以粉尘形式进入空气，形成扬沙天气， 导致公路能见度降低，诱发交通事故，并且给城市生活带来不变。粉尘还会随呼吸作用 进入人体，对人体健康造成威胁。 由于攀枝花钛资源本身的矿物组成和结构，决定了它的一些基本特性：稳定且不含 放射性，因而可以用作许多工业生产的廉价原料。 1 1 2 含钛高炉渣应用概况 含钛高炉渣是我国独有的特色资源，国外研究的较少。近年来，随着科学发展观不 断深入，我国科研工作者不断致力于含钛高炉渣资源化利用研究。目前，含钛高炉渣的 综合利用主要在以下几个方面。 ( 1 ) 用作水泥掺合料 水泥生产过程可添加部分含钛高炉渣作为粘土质原料，四川省水泥厂和重庆水泥厂 用攀钢含钛高炉渣作水泥掺和料的实践表明：由于含钛高炉渣中的t i 0 2 含量过高，结 晶能力强、活性低，不能大量掺入水泥中( 掺入量6 8 ) ，否则会降低水泥的标号 】。另外，还有部分企业将块状含钛高炉渣直接用作混凝土骨料，虽省去了破碎工艺， 但掺量大于3 0 时，混凝土强度达不到要求，未能得到推广。 ( 2 ) 用于生产微晶玻璃 经水淬处理的含钛高炉渣含有大量的硅酸盐化合物，是形成微晶玻璃的必要成分。 此外，含钛高炉渣中含有大量的t i 0 2 ，是性能优良的晶核剂和助熔剂【2 1 。对于含钛高炉 渣制备微晶玻璃的工艺，已近乎成熟。但由于含钛高炉渣成分波动范围大，且矿物组成 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 复杂，对热处理工艺的选择较网难，主晶相不易控制，且随热处理制度的不同略有变化。 ( 3 ) 用于制备光催化材料 近年来，t i 0 2 的光催化性能日益受到人们的重视，但其制备的成本较高。而含钛高 炉渣中含有大量的t i 0 2 ，可作为低成本的光催化原料。因此，国内很多学者尝试研究利 用含钛高炉渣制备光催化材料。其中东北大学杨合等对含钛高炉渣光催化性能做了深入 的研究，并取得了较大的进展。 ( 4 ) 用于提取钛白 攀枝花钒钛磁铁矿中4 8 7 7 的钛以铁精矿方式流入高炉渣，高炉渣中含t i 0 2 为2 1 2 3 ，目前，每年从含钛高炉渣中流失的t i 0 2 总量达6 0 多万吨。利用含钛高炉渣 提取钛白的研究工作起始于8 0 年代，其主要方法是用硫酸浸取高炉渣，经过水解、萃 取、沉淀等生产出钛白粉、s c 2 0 3 ，并得到硫酸铝铵、三氧化二铝、氧化镁等副产物。 目前，对含钛高炉渣利用的研究已取得了一定的进展，从一定程度上缓解了渣场的 压力，但多数利用方案未能回收渣中的t i 0 2 ，造成钛资源的严重浪费。因此，对含钛高 炉渣多元化利用还有待于进一步研究。 1 2 泡沫玻璃概述 1 2 1 泡沫玻璃 泡沫玻璃是由定量的碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和促进剂等，经过细粉碎混合均 匀形成配合料，放入到特定的模具中，再经预热、熔融、发泡、退火等工艺形成的多孔 玻璃材料【3 】。其密度在2 0 0 ，- - - 4 0 0k g m 3 ，导热率在0 1 0 3w m k ，抗压强度在1 1 7m p a 之间，可耐热5 0 0 以上，吸音频率在1 2 0 0 3 0 0 0h z 。 泡沫玻璃起源于法国，1 9 3 5 年法国圣哥本公司推出第一个泡沫玻璃研究专利。美国、 德国、英国、前苏联、捷克等国也发表了很多专利和研究报告。最初制备泡沫玻璃多采 用一步法，即从装料到退火再同一窑炉和同一模具中进行，也称b l o n g 粉末烧成法。 但由于一步法发泡和退火相互限制，且占用了大量的模具，这就大大的限制了一步法生 产实效性。目前泡沫玻璃的生产大部分采用二步法，即将发泡好的半成品先进行脱模， 然后再移入退火炉中退火。二步法的优点是发泡和退火互相独立，又可以大量节省模具。 我国对泡沫玻璃的研究开始于2 0 世纪中叶，最初是为了满足鞍钢工程的需要，由 重工业沈阳技术研究所与沈阳陶瓷厂共同研制，当时采用的是一步法生产工艺，生产规 模较小，直到7 0 年代我国泡沫玻璃的生产才初具规模。近年来，随着可持续发展观念 的深入，我国科研工作者不断探求以工业固体废弃物作为生产泡沫玻璃的原料，并取得 了可喜的成果。 王升高，石和彬等人研究以碎玻璃和粉煤灰为原料制备泡沫玻璃，其粉煤灰掺量在 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 2 0 左右。2 0 0 3 年，陈景华又成功将粉煤灰掺量提高到了4 0 ，大大的降低了泡沫玻 璃的生产成本，为粉煤灰泡沫玻璃的推广起到了积极的作用。张召述，肖秋国，刘学基 等人先后以铸造废砂，煤矸石，浮石为基础原料制得了泡沫玻璃，原料的多元化研究进 展，不仅提高了利废意义，也有利于商家在具备不同资源的地区进行生产，突破了泡沫 玻璃生产的地域性限制。 1 2 2 泡沫玻璃的应用 近年来，随着对泡沫玻璃研究的不断深入，其应用领域也不断拓宽。尽管在新型材 料层出不穷的今天，泡沫玻璃仍以其永久性、安全性、可靠性，在低温隔热和防腐防潮 工程中占据了越来越重要的使用地位，取得了良好的节能和技术经济效益。 ( 1 ) 用作保温隔热材料 泡沫玻璃是一种性能优良的保温隔热材料，广泛用于建筑保温墙，石油管道隔热层， 令库隔热层等方面。目前，用于建筑保温材料以苯板为主，但由于苯板强度低、易燃、 受潮易变形，而且受潮会导致隔热性能变差，因此给建筑设计带来了诸多不便，也增加 了施工难度。泡沫玻璃作为建筑保温材料，不仅弥补了苯板的不足，同时还增强了建筑 墙体材料的吸声性能，且能省去保温层，不仪节省了原料，也简化了施工工序。 ( 2 ) 用作吸声材料 泡沫玻璃研究的最初阶段，主要是用于保温方面，近年来国内一些科研单位和生产 部门开始研究并生产吸声泡沫玻璃。研究表明，开口孔低于8 0 的泡沫玻璃吸声系数较 低，不能用作吸声材料【4 】。上海市建筑科学研究院一直致力于吸声泡沫玻璃的研究，取 得了积极的进展，并生产了一大批吸声泡沫玻璃，开辟了泡沫玻璃在吸声领域的应用。 ( 3 ) 用作耐腐蚀材料 泡沫玻璃为无机材料，是耐虫蛀的，耐有机腐蚀的优良材料，且具有较好的耐酸性 制别( 除氢氟酸) 。但由于泡沫玻璃强度不足，因此在作为防腐材料方面受到了一定的限 制。 ( 4 ) 其它方面的应用 在国外，英国研究将泡沫玻璃混合料加入少量水玻璃粘结剂，成型粒度小于3m m 的颗粒。在所得颗粒中加入5 长度为5m m ，截面积为0 0 1m m 2 的不锈钢丝，然后发 泡，退火，制备了具有优良机械强度、耐热性和抗热振性的泡沫玻璃。 在国内，大连轻工业学院研究用黑曜岩泡沫玻璃作紫贻贝附着基 6 1 ，不仅在海水中 不会腐烂，使用寿命也比棕绳、草绳和木棒长，且紫贻贝在黑曜岩泡沫玻璃棒上附着牢 固，即使遭遇台风，紫贻贝也不脱落：浙江嘉兴永固泡沫玻璃长研制出彩色泡沫玻璃装 饰材料，并已应用于影剧院、大厅、会场等要求吸声和装饰的建筑物内；2 0 0 5 年，我国 曾将泡沫玻璃作为铁路路基材料铺上青藏铁路；还有人尝试以泡沫玻璃作为烟筒内衬防 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 腐蚀材料，有效的延长了烟筒的使用寿命。 目前对泡沫玻璃的研究还属于初级阶段，泡沫玻璃的应用领域也有待于进一步拓 展。 1 3 微晶泡沫玻璃概述 1 3 1 微晶泡沫玻璃 微晶泡沫玻璃是以废玻璃7 1 、粉煤灰即】、非金属矿【1 0 1 等为主要原料，加入发泡剂、 成核剂以及一些必要的外加剂等，经粉碎后混合均匀形成配合料，然后将配合料压制成 型，并放到特制的模具中，经过预热、熔融、发泡、析晶、退火等工艺制成的新型多孔 轻质材料l l 。 微晶泡沫玻璃由玻璃相、晶体和气孔三部分组成，在均匀分布着大量气孔的玻璃相 基体中，分布着大量的微小晶体，使玻璃与晶体网络连结在一起，形成玻晶交织结构， 是一种性能优越的新型多功能材料。美国和日本从1 9 9 2 年就展开对微晶泡沫玻璃的研 究工作【眨一4 1 ，而我国从最近几年才开始起步，大多数以废玻璃为主要原料制备微晶泡沫 玻璃材料。 微晶玻璃体积密度大，机械强度高，大量用于非建筑行业，在建筑业中主要用作装 饰材料；泡沫玻璃质轻、保温，但机械强度低，适宜做保温材料而不宜做承重材料。而 微晶泡沫玻璃综合了微晶玻璃和泡沫玻璃的优点。由于微晶泡沫玻璃本身的结构特性和 材料特性，使微晶泡沫玻璃具有诸多的优良性斛1 5 】： 不吸湿、不吸水、不会因长年使用降低隔热保冷效果；具有良好的隔热性能， 不燃烧，能在2 7 0 一5 0 0 广阔温度范围内使用；具有良好的吸声性能；机械强 度高，且易于加工、切割或粘拼成各种形状的制品；不风化、不老化、本身无毒、无 放射性和腐蚀性；不受鼠啮虫咬和微牛物腐蚀；具有良好的化学稳定性，耐除氢氟 酸以外的所有化学侵蚀。 1 3 2 微晶泡沫玻璃的应用 制备微晶泡沫玻璃的原料主要以工业废渣为主，因此微晶泡沫玻璃是固体废弃物利 用、环境保护并获得丰厚经济效益的优秀范例，而且微晶泡沫玻璃还具有上述优点，因 此广泛应用于各种领域。微晶泡沫玻璃主要有以下用途【l6 1 。7 】： 建筑物的承重墙、天花板、围护墙、内隔墙等；低温管道、设备、容器与储罐； 中温和高温管道、设备；热油和热沥青储罐；石油化工、硫化生产过程；流体 换热系统；压缩机、风机房的隔音和吸音墙；在特殊条件下复合隔热系统；己渗 水高温管道隔热系统的“过盈保温”排出水分，恢复其隔热性能；处理车间废气。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 4 本课题研究的主要内容和意义 1 4 1 本课题的主要研究内容 ( 1 ) 研究以含钛高炉渣为原料制备泡沫玻璃的方法。根据玻璃系统相图及泡沫玻璃 成分组成范围，合理确定泡沫玻璃的基础配方；以含钛高炉渣为原料，添加适量碳酸 钠及微硅粉调节组分，研磨混匀，高温熔融，水淬，烘干，制备基础玻璃态粉料；根 据文献暂时固定泡沫玻璃制备的热处理工艺参数，对添加剂掺量进行单因素试验，初步 确定添加剂掺量的大致范围；参照添加剂掺量单因素试验结果，设计正交实验，进一 步优化添加剂掺量：在已优化添加剂掺量基础上，对热处理工艺参数进行单因素实验， 初步确定热处理工艺参数的大致范围；参照热处理工艺单因素实验结果，设计正交实 验，优化泡沫玻璃制各的热处理工艺参数； 通过测定导热系数、体积密度、孔隙率、泡径等参数，表征所制备的泡沫玻璃性能。 并采用x 射线衍射仪分析泡沫玻璃的物相组成，分析添加剂掺量和热处理制度对泡沫性 能的影响。 ( 2 ) 研究对泡沫玻璃进行二次热处理制各微晶泡沫玻璃的方法。采用单因素方法， 通过试烧初步确定核化温度，核化时间，晶化温度，晶化时间的大致范围。在微晶化 处理工艺参数单因素试验的基础上，设计正交实验，进一步优化工艺参数。 通过测定微晶泡沫玻璃体积密度、抗压强度等参数，表征所制备的微晶泡沫玻璃物 理性能，并采用x 射线衍射仪分析微晶泡沫玻璃的物相组成，分析所得主晶相的种类。 用扫描电子显微镜对微晶泡沫玻璃的显微形貌进行观察，观察所牛成晶粒的均匀程度及 泡孔分布的均匀度。用傅立叶变换红外光谱仪对微晶泡沫玻璃进行结构检测，分析热处 理制度对泡沫玻璃微晶化行为的影响。 1 4 2 本课题提出的意义 随着发展循环经济理念的不断深入，传统建筑墙体材料一粘土砖，由于存在能耗 高、毁田占地、污染严重且功能单一等诸多弊端，急需大量使用已不适合我国的国情， 因此大力开发与推广节能，环保建筑材料显得尤为重要 1 8 】。 攀钢自投产以来，仅高炉、炼钢转炉每年产生的高炉渣、钢渣就达3 0 0 万吨，累计 达6 0 0 0 万吨。目前对含钛高炉渣综合利用的途径都存在一些弊端，或者浪费了渣中的钛 资源，或者生产过程复杂，且有新的废弃与新的污染，还没有一种工艺能真正解决含钛 高炉渣的综合利用问题。因此，含钛高炉渣的综合利用是一个难度很大，受国家和冶金 行业极为关注的重大课题。确立“依靠科技进步，在坚持可持续发展的前提下加快资源 综合利用 的发展原则，开发工艺简单、成本低廉、产品需求量大、钛资源利用率高、 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 实用性强、对环境污染小的新工艺，是目前急需解决的问题。 目前我国年产微硅粉l o 1 2 万吨，主要出口中东、日本、德国、韩国等地，自出 口退税政策取消以后，出口产品要缴纳5 的出口税，因此国产微硅粉在国际市场上价 格竞争力大幅降低，从而使大量微硅粉滞留，未得到充分利用【l 刿。 本论文采用含钛高炉渣为基础原料，并大量引入微硅粉作为硅质原料，不但大大的 降低了微晶泡沫玻璃的生产成本，还提高了制品的性能，符合科学发展观，具有较好的 经济效益和环境效