利用含鈣含鐵冶金渣製備輝石質陶瓷的基礎研究

《利用含鈣含鐵冶金渣製備輝石質陶瓷的基礎研究》是依託北京科技大學，由李宇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：利用含鈣含鐵冶金渣製備輝石質陶瓷的基礎研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：李宇
• 項目類別：面上項目

項目摘要

我國每年鋼鐵冶金渣產量約占世界渣量的一半，這些冶金渣存在資源化利用率和利用水平進一步提高的迫切需求。針對冶金渣多具有大量氧化鈣或氧化鐵組分的特點，本課題提出將冶金渣作為陶瓷原料，製備同樣具有高鈣高鐵組分的輝石質陶瓷的研究思路，以實現冶金渣的高效高值利用。 課題以鋼渣為研究對象，採用高溫 XRD、熱台顯微鏡等分析手段，圍繞陶瓷燒結過程中大量氧化鈣、氧化鐵組分賦存狀態演變規律和輝石質陶瓷緻密化機理的關鍵科學問題，開展利用冶金渣製備輝石質陶瓷的基礎研究。研究將突破傳統陶瓷對氧化鈣、氧化鐵含量的限制，形成具有高鈣高鐵組分輝石質陶瓷的系統製備理論，初步建立利用冶金渣製備高附加值陶瓷的技術基礎體系，並套用於利用其它冶金固體廢棄物的陶瓷製備過程。本課題的研究成果將為工礦業中的其它大量含鈣含鐵廢棄物製備高附加值陶瓷奠定技術理論基礎，並推動鋼鐵行業形成鋼鐵冶煉-冶金渣排放-陶瓷製備的新的

結題摘要

我國每年約產生世界一半的鋼鐵冶金渣，這些冶金渣存在資源化利用率和利用水平進一步提高的迫切需求。針對冶金渣多具有大量氧化鈣或氧化鐵組分的特點，項目提出將冶金渣作為陶瓷原料，製備同樣具有高鈣高鐵組分的輝石質陶瓷的研究思路，以實現冶金渣的大摻量高附加值利用。課題以鋼渣為研究對象，圍繞大量氧化鈣、氧化鐵組分在陶瓷燒結過程中賦存狀態演變規律和輝石質陶瓷緻密化機理的關鍵科學問題，開展利用冶金渣製備輝石質陶瓷的基礎研究。 研究突破傳統陶瓷對氧化鈣、氧化鐵含量的限制，形成具有高鈣高鐵組分的輝石質陶瓷的系統製備理論，並揭示了輝石陶瓷體系的燒結機理：與傳統三元陶瓷體系不同，輝石陶瓷體系的燒結過程可以劃分為原料脫水及分解（<800C）、初結晶（700~1100C）和緻密化與二次析晶（1100~1220C）三個階段。高鈣組分在在較低溫度下（700~1100C）完成結晶過程，生成的透輝石等晶體在後續燒結緻密化過程中起到重要的骨架支撐作用；在>1150C時鈣長石、鈣鐵榴石等組分形成液相促進了樣品的快速緻密化，並且由於液相的產生促進了二次析晶過程的進行，使得製品形成單一的普通輝石相，有助於力學性能的提升。研究利用高溫原位XRD首次獲得了輝石質陶瓷在燒結過程中輝石為骨架結構、鈣長石為熔劑的直接證據。 研究還獲得了兩個規律和兩個準則，即：氧化鈣、氧化鐵關鍵組分在燒結過程的作用規律，輝石質陶瓷燒結區間的調控規律，輝石質陶瓷的性能設計準則，重金屬穩定固結的設計準則。實際申請相關發明專利10項，其中授權3項，授權PCT專利1項；發表第1標註論文11篇，其中SCI、EI檢索論文9篇，TOP期刊3篇。 研究初步建立了不同鋼渣摻量、不同陶瓷體系、不同燒結制度下的鋼渣輝石質陶瓷性能數據，並通過示範生產和套用，取得了初步的實際套用數據。研究初步建立了利用冶金渣製備高附加值陶瓷的技術基礎體系，並套用於利用其它冶金固體廢棄物的陶瓷製備過程，為工礦業中的大量含鈣含鐵廢棄物製備高附加值陶瓷奠定技術理論基礎。