矿渣微晶玻璃的制备及展望.pdf

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1、FOSHAN CERAMICS VOl.12 NO.8（Serial NO.65） 1 混合；2 熔融；3 快冷；4 退火；5 核化；6 晶化；7 冷却Tt：室温；Ta： 退 火温度；Tn： 核化温度；Tc： 晶化温度；Tm： 熔化温度 熔融法制备矿渣微晶玻璃的工艺图 1 前 言 微晶玻璃是通过控制玻璃的晶化而得到的多晶固体 材料，1957年由美国康宁公司首次研制成功并商品化。它 的出现是玻璃制造工艺和性能的一大突破。它的独特制备 技术使其既不同于玻璃， 又不同于烧结陶瓷。微晶玻璃不 仅具有一般传统陶瓷的高强度、 高耐磨性及良好的抗化学 腐蚀性， 还具有透明、 膨胀系数可调、 可切削及高介电常

2、数 等优良的电学性能， 在航天、 电子电工、 建筑装饰、 化工、 机 械工程等领域有广阔的应用前景。矿渣微晶玻璃作为微晶 玻璃领域中的一个重要组成部分，是以各种工矿的尾砂、 冶金废渣和热电厂的粉煤灰等 （如高炉炉渣、 钢渣、 钨矿渣 和污泥、 赤泥等） 为主要原料制备的微晶玻璃， 其工艺与一 般微晶玻璃的制备相同。矿渣微晶玻璃1959年由前苏联 研制成功， 并开发出矿渣微晶玻璃的工业化生产线。随后， 世界各国也都积极开展了矿渣微晶玻璃的研究开发。 近年来， 随着社会经济的发展， 也带来了诸多的环境 问题， 人类赖以生存的环境日益恶化， 如作为 “三废” 之一 的工业固体废弃物给环境造成了严重的

3、污染， 同时也带来 了占用土地、 浪费资源等问题。据不完全统计， 我国矿业固 体废弃物累计达70亿吨以上， 占地6万多公顷。如何开发 利用工业二次资源， 变废为宝， 化害为利， 实现工业的可持 续发展显得日益重要。矿渣微晶玻璃不仅能够 “吃废渣” ， 而且具备优良性能、 制备技术简单以及能工业化生产的优 势， 不失为一种高性能低价位的新型材料， 一直以来受到 各国材料科技工作者的关注， 近年对它的研究和应用开发 十分活跃， 已成为新型材料开发应用的热点之一。材料的 制备是材料研究的基础，矿渣微晶玻璃的组成和体系、 晶 核剂对材料的主晶相和性能有重要的影响。本文试图从这 些方面对矿渣微晶玻璃进行

4、综述， 并对其未来的发展进行 展望。 2 矿渣微晶玻璃的制备技术 最早的矿渣微晶玻璃是用熔融法制备的，迄今为止， 该法仍然是制备矿渣微晶玻璃的重要方法。如图是采用熔 融法制备矿渣微晶玻璃的典型工艺过程。具体过程为： 将 一定量的晶核剂加入到玻璃原料中， 充分混合均匀制成玻 璃配合料， 配合料于1400!1560“高温下熔制， 玻璃液澄清 均化后进行成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶 化， 即可获得晶粒细小且结构均匀的矿渣微晶玻璃。由熔 融法的工艺过程及制品的性能， 可以归纳出熔融法的优点 为：（1） 可采用任何一种玻璃的成型方法， 如压延、 压制、 浇 铸、 吹制、 拉制等， 尤其适合制备

5、形状复杂、 尺寸准确的制 陈国华 1,2 刘心宇2 （1 中南大学材料系 长沙410083 2 桂林电子工业学院桂林541004） 本文介绍了制备矿渣微晶玻璃的方法 熔融法和烧结法， 总结了两种方法各自的优缺点； 综述 了基础玻璃的组成和晶核剂对制备矿渣微晶玻璃的主晶相及性能的影响；从矿渣微晶玻璃现状出发， 展 望了矿渣微晶玻璃的未来发展。 矿渣,制备,微晶玻璃,展望 6 2002年第8期 （第65期）佛 山 陶 瓷 品， 适合自动化操作和制备微晶玻璃纤维等；（2） 制品无气 孔， 致密度高；（3） 玻璃组成范围宽。其缺点为：（1） 玻璃的 熔制温度一般都较高， 最高达1600!以上；（2）

6、原始玻璃的 液相线温度必须与这种玻璃的粘度为104泊的温度相当 或更低， 以便能实现机械化生产；（3） 矿渣微晶玻璃的商品 化规模与其优异的综合性能和独特的工艺相比还很不相 称。 玻璃是一种非晶态固体， 从热力学观点来看， 它是一 种亚稳态物质， 与相同组成的晶体相比， 具有较高的内能， 在一定条件下可转变为结晶态。但从动力学观点来看， 玻 璃熔体在冷却过程中， 粘度的快速增加抑制了晶核的形成 和长大， 使它来不及转变为晶态。 矿渣微晶玻璃就是充分利用玻璃在热力学上的有利 条件，又克服了它在动力学上的不利条件而获得的新材 料。为了保证玻璃的析晶， 一般是在玻璃的组分中引入适 当的晶核剂， 在随

7、后的热处理过程中， 通过成核和生长而 析出大量均匀的细小晶体。 如以TiO2、（Fe，Zn，Mn）S为晶核 剂分别制备出了性能良好的钢渣微晶玻璃。也有不用晶核 剂的， 而是通过热处理使玻璃发生分相， 从而促进玻璃的 微晶化。这种在玻璃组成中引入晶核剂或通过热处理使其 分相， 然后在固态的玻璃中成核、 生长， 制出的微晶玻璃可 达到几乎全部晶化 （晶化率高达95wt%以上） ， 余下的玻璃 相很少。目前用这种方法制备的矿渣微晶玻璃体系有： CaO-Al2O3-SiO2（缩写成CAS，下同） 、CaO-MgO-Al2O3-SiO2 （CMAS） 、CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3（CASF

8、） 、MgO-Al2O3-SiO2 （MAS） 等。 烧结法制备矿渣微晶玻璃的基本工艺过程为： 配料! 熔制!水淬!粉碎!过筛分级!成型!烧结!加工。烧结 法制备矿渣微晶玻璃的优点为：（1）不需要通过传统的玻 璃成型阶段， 适合极高温熔制的玻璃及难以形成玻璃的微 晶玻璃的制备， 如高温微晶玻璃；（2） 玻璃经水淬后， 颗粒 细小， 表面积增加， 比熔融法制得的玻璃更易于晶化；（3） 可不使用晶核剂；（4） 规格及厚度可变。其主要缺点是制品 的致密度比熔融法稍差。 烧结微晶玻璃是将玻璃颗粒或粉末通过烧结、 晶化制 得。烧结的主要目的是把颗粒或粉末系统烧结成为一个致 密的晶体， 是向低能状态过渡。

9、烧结是基于在颗粒或粉末 系统本征表面能作用下的物质迁移而实现的， 是物质在加 热条件下自发地填充颗粒间隙而致密化的过程： 先是在颗 粒间接触， 在烧结力作用下自发形成颈部， 然后颈部增长， 颗粒间隙减少但仍连通， 最后形成细小的封闭气孔， 烧结 体致密。与普通陶瓷烧结的区别在于： 微晶玻璃的烧结是 将玻璃颗粒进行烧结， 在升温加热烧结过程中玻璃本身还 发生成核析晶。析晶一方面提高烧结体的强度， 另一方面 使玻璃的粘度急剧增加， 阻碍了粘性流动并导致原子迁移 率下降， 抑制了烧结过程。因此， 烧结法制备矿渣微晶玻璃 时要求基础玻璃在较低的粘度下具有一定的析晶能力， 但 其表面析晶速度不致过大；

10、另外， 为了提高烧结体的致密 度， 微晶玻璃的析晶温度应不致太低， 目的是增加烧结时 间， 最大限度地消除气孔。所以必须使玻璃烧结时的致密 化和晶化过程发生在不同的温度区域， 换言之， 使烧结在 玻璃的析晶温度以下进行， 以减少析晶对致密化过程的影 响。研究认为控制适当的表面析晶速度是获得低气孔微晶 玻璃的前提。同时由烧结理论可知， 粉末颗粒越细小， 比表 面积越大， 本征表面能驱动力也就越大， 玻璃的烧结温度 和析晶温度都随着玻璃颗粒粒度的减小而降低。但粉末颗 粒太细可能会使玻璃的析晶温度低于烧结温度， 这对烧结 体的致密化是有害的。粉末颗粒太粗则会导致材料显微组 织结构的不均匀性， 影响材

11、料的性能。因此， 在用烧结法制 备矿渣微晶玻璃时， 应严格控制颗粒的粒度分布。采用烧 结法制备矿渣微晶玻璃的体系主要有CAS和MAS等。目前 对于CAS系矿渣微晶玻璃的研究与开发十分活跃， 其主要 应用于建筑装饰等方面。该体系微晶玻璃的主晶相为!- 硅灰石， 该材料具有类似天然花岗岩的外观， 有玉石质感， 抗压、 抗折强度高， 耐磨、 耐腐蚀性能优异， 无放射性， 是替 代天然石材的理想材料， 日益受到广大用户和研究者的关 注。 3 影响矿渣微晶玻璃性能的因素 影响矿渣微晶玻璃的主要因素是主晶相的种类和数 量。前者主要取决于基础玻璃的组成和引入的晶核剂， 玻 璃成分通过对结构的影响而决定了性能

12、， 而晶核剂对玻璃 的晶化有重要的作用； 后者主要决定于玻璃的热处理工艺 制度， 即成核和晶体长大的温度及保温时间。 矿渣微晶玻璃成分的确定首先要满足制品的性能要 求。要制备出具有良好微观结构的材料， 就必须从体系和 主晶相的选择开始。就同一体系而言， 玻璃成分不同可能 会导致析出不同的主晶相， 例如CMAS体系， 从相图可知， 可能形成的晶相有硅灰石、 透辉石 （辉石） 、 黄长石 （镁黄长 石和钙铝黄长石） 、 斜长石和钙长石等。各种矿物晶相具有 不同的性能： 黄长石机械性能差； 透辉石耐磨、 耐腐蚀及抗 冲击性能好； 硅灰石 （!-硅灰石） 则因其针状晶体之间相互 交错， 形成的结构相当

13、稳定， 化学性能、 机械性能及耐热稳 7 FOSHAN CERAMICS VOl.12 NO.8（Serial NO.65） 定性能优异。宁叔帆等研究某钢厂的高炉炉渣时， 选择主 晶相为硅灰石、 副晶相为辉石， 用熔融法制备出性能良好 的矿渣微晶玻璃，其玻璃组成范围为（Wt%） ：SiO2 48!62， CaO 15!26，MgO 1!7，Al2O3 5!10，R2O 4!9。M.erOl等 28用 热电厂的飞灰， 以透辉石为主晶相， 同样制得了机械性能 良好的微晶玻璃， 其组成为 （Wt%） ：SiO2 42.82，CaO 16.38， MgO 5.85，Fe2O3 7.01，Al2O3 1

14、3.36，R2O 6.89，O3 6.47。 肖汉 宁等利用钢渣为主要原料， 也获得了主晶相为透辉石和普 通辉石的耐磨矿渣微晶玻璃。其弯曲强度达366MPa， 显微 硬度为12.35GPa，其耐磨量仅为耐磨钢的3.8%，为Al2O3 陶瓷耐磨量的29%。上述三种矿渣微晶玻璃的组成都属于 CAS体系。张培新等在研究某铝厂的废渣、 赤泥时， 开发出 了主晶相为钙铁透辉石的性能优良的矿渣微晶玻璃， 其玻 璃组成属于CASF体系， 其中Fe2O3的含量高达15.6Wt%。 邢 军等以菱镁矿渣为主要原料， 制备出了堇青石为主晶相的 细粒晶体均匀分布的微晶玻璃材料。该材料具有高的介电 击穿强度和机械强度、

15、低的膨胀系数和优良的抗热震性 能， 有望用于电绝缘领域。玻璃的组成为 （Wt%） ：SiO2 50! 52，MgO 17!20，Al2O3 14!18，B2O3 6.0，R2O 2.0，GeO2 0.5， TiO2 6.5，Cr2O3 1.5， 属于MAS体系。 以上微晶玻璃的制备技术均采用了熔融法， 用烧结法 制备的矿渣微晶玻璃基本上都属于CAS体系。如孙孝华、 吕淑珍、 王立久和汤李缨等分别以钨矿渣、 高炉渣、 粉煤灰 和高岭土尾砂等为主要原料制备出以!-硅灰石为主晶相 性能良好的建筑装饰用矿渣微晶玻璃。其典型的玻璃组成 为（Wt%） ：SiO2 50!60，CaO 16!25，MgO 0

16、!4，Al2O3 6!9，R2O 4!7，ZnO+BaO 8!10。 在玻璃配合料中加入晶核剂是制备矿渣微晶玻璃的 常用方法。对于不同组成的微晶玻璃， 加入的晶核剂也不 完全一样。对于相同组成的玻璃来说， 不同的晶核剂在玻 璃中所起的作用也各不相同， 研究的目的就是要在玻璃中 加入有效的晶核剂。下面对制备矿渣微晶玻璃常用的晶核 剂及其对晶化的作用进行综述。 3.2.1金属晶核剂 这类晶核剂有Au、Ag、Cu、Pt等， 它们一般以化合物形 式引入。这些化合物能在受热或还原熔制条件下分解为金 属， 在高温时溶解于玻璃， 当玻璃热处理时 （接近转变温度 Tg） 晶核剂达到饱和， 以胶体形式析出成为晶

17、核基座， 从而 促进玻璃的可控析晶。另外， 当热处理前用紫外光辐照时， 能促进这种晶核的形成。BandO指出含0.1Wt%的Ag2O的 Li2O 2.6 SiO2体系中Ag+离子经过还原逐步聚合成晶核。 C.Frederiooi等人在研究高炉渣玻璃的晶化时， 发现熔制 玻璃的铂坩埚的Pt有微量溶解于玻璃中，并与玻璃中的 Fe2O3反应生成Pt3Fe， 而Pt3Fe 就是玻璃析晶的晶核基座， 结果制备出主晶相为黄长石和斜硅钙石的矿渣微晶玻璃。 实际上， 很少使用金属晶核剂来制备矿渣微晶玻璃， 这可 能是出于成本的考虑。 3.2.2氧化物晶核剂 这类晶核剂主要有TiO2、ZrO2、P2O5、Cr2

18、O3、Fe2O3等。TiO2 是玻璃晶化时经常使用的晶核剂， 但对其机理有不同的认 识， 基本上有三种观点：（1）TiO2通过促进玻璃分相， 从而 促进玻璃的晶化， 或是通过析出金红石晶体来促进异相核 化， 或是起表面活性剂的作用， 降低表面张力提高成核速 度；（2）TiO2 对玻璃的晶化没有明显的影响。 宝志琴等 21在 研究用TiO2作晶核剂的堇青石基的微晶玻璃时， 发现金红 石晶体的析出是在主晶相的终结相“-堇青石晶相析出之 后；（3）TiO2降低了玻璃晶化时的成核速度。Isard的研究 结果表明， 少量的TiO2 加入到BaO2SiO2玻璃中， 体积成 核速率明显降低。事实上，TiO2

19、的晶化作用对于不同的玻 璃体系是不同的。梁开明等在研究CAS体系时发现，TiO2 对该体系晶化效果不明显， 不管是否加入TiO2玻璃均以表 面晶化为主， 充分的核化热处理也不能促使含TiO2的CAS 体系玻璃发生体积晶化。不过，TiO2含量越高， 核化热处理 后玻璃的表面晶化效果越显著而已， 尽管在玻璃中TiO2的 含量高达20Wt%。这与第二种观点是类似的。实际上， 对于 CAS体系采用烧结法制备矿渣微晶玻璃时，完全可以不用 加入任何晶核剂，这在前面已经阐述。邢军等在研究MAS 体系晶化时， 发现添加TiO2（6.5Wt%） 可诱导非均匀成核 （金红石作为基座） ， 满足物质定向贴附生长的条

20、件， 这与 第一种观点是吻合的。张培新等人的研究认为， 加入TiO2 （4.7Wt%） 能降低成核的势垒， 组成中的Fe2O3也促进了成 核与析晶， 同样也印证了第一种观点。 Cr2O3是制备辉石类矿渣微晶玻璃的有效晶核剂。 一般 认为其机理同在低温热处理时形成的尖晶石联系在一起。 在玻璃中Cr一般以两种价态存在：Cr3+和Cr6+。Cr6+ 的场 强高 （Z/R2=17.2） ， 又因为它占据间隙位置， 这个离子对周 围的氧将发生明显的 “有序化” 作用， 使含富铬相从玻璃中 分离出来。Shelestak在研究用油页岩制备微晶玻璃时， 发 现未加Cr2O3 的玻璃只产生表面析晶， 而加入1W

21、t%Cr2O3能 使材料的晶化率达90%，并发现晶化机理是通过形成 （Mg， Fe）（Al，Fe，Cr）O4的混合型尖晶石晶体作为晶核而析晶 的，最终主晶相是辉石。Shen Dingkun等在研究CMAS和 CAS体系时，发现添加Cr2O3 的两种玻璃均析出透辉石为 8 2002年第8期 （第65期）佛 山 陶 瓷 主晶相， 其机理为玻璃中析出了铬尖晶石作为成核基座进 行异相成核晶化。因为铬尖晶石和透辉石的晶格常数之差 约6.4%， 在允许的误差范围 （!15%） 之内， 从而满足物质定 向贴附的条件。需要指出的是， 对于CAS体系玻璃， 添加 Cr2O3仅发生表面析晶，这说明对该体系的晶化效

22、果不明 显， 这与TiO2的作用类似。 陈国华等也发现了以Cr2O3作为 晶核剂对主晶相为辉石类的矿渣微晶玻璃的有效作用。但 也有其它的情况，如在黄长石成分玻璃的析晶过程中， Cr2O3 的作用在于力图保持黄长石固熔体固有的 Me2O7 基 团的数量， 同时提高玻璃的显微结构多样性， 即促进玻璃 的分相。在低温热处理时相位分割继续发展， 界面的形成 加速了黄长石晶相的析出。 Fe2O3也 可 以 作 为 某 些 矿 渣 微 晶 玻 璃 的 晶 核 剂 。 WilliamsoH等对铁的氧化物在CMAS体系玻璃中对核化晶 化的影响进行了研究。认为铁的氧化物对尖晶石作为 “晶 核晶座” 的析晶是有利

23、的， 并认为晶体生长取决于铁氧化 物的浓度，同时发现Fe3+/Fe2+的比值对析晶有重要影响。 Beall和Ritter在研究玄武岩型微晶玻璃时， 指出铁的氧 化态影响玻璃的核化和材料的显微结构。 ZrO2的作用与TiO2相似，但Zr4+离子半径比Ti4+大， 场强稍弱， 促进分相的能力略低于TiO2， 而且ZrO2在玻璃 熔体中溶解度小， 所以在分相初期比TiO2作用小。ZrO2作 为晶核剂的机理可以认为在结晶初期通过促进分相起作 用， 但当正方氧化锆作为次晶相析出后又可能作为晶座起 作用， 总的说来是通过分相而影响玻璃晶化的。有人发现 当组分中P2O5存在时，ZrO2在玻璃中的溶解度变大，

24、更有 利于通过分相促进核化。 3.2.3氟化物晶核剂 氟化物晶核剂 （CaF2、Na2SiF6、Na3AlF6） 也可作为矿渣微 晶玻璃的晶核剂，其中CaF2最常用。由于F-离子半径 （1.36“） 与O2-离子半径 （1.40“） 相近， 因而F-离子易取代 玻璃网络结构中的O2-离子，又不造成其它离子排列的太 大崎变， 结果使玻璃网络结构变弱， 离子迁移活化能减小， 使玻璃粘度降低。有人研究指出：CaF2对CAS体系的核化 作用是由液-液分相形成的大量相界面而引起的， 还发现 该体系的晶化率与分相结构的比表面的变化倾向一致。文 献也认为在含氟的R2O-CaO-Al2O3-SiO2体系玻璃中

25、起催化 剂的不是氟化物晶体， 而是玻璃之间 （氟化物析出前） 或玻 璃-晶体之间 （氟化物析出后） 的相界面。提高氟的浓度在 一定范围内可以提高玻璃的析晶倾向。但是， 玻璃的析晶 与氟浓度的关系带有更为复杂的性质，由诸多因素决定， 其中重要的因素是：（1）导致富氟玻璃相形成的玻璃成分 的分解 （显微偏析） ；（2） 由于偏析在玻璃中建立发达的相 界面；（3） 形成晶相的结构特性。其中每一种因素的主导作 用既依赖于氟的浓度， 又依赖于原始玻璃的成分。一般F- 离子引入量为2#5wt%， 并于其它晶核剂共同使用。F-离子 浓度的高低也会影响到矿渣微晶玻璃析出的晶相种类与 数量。 3.2.4硫化物晶

26、核剂 这类晶核剂一般有ZHS、FeS、MHS、CdS等。通过对有硫 化物存在时对CAS体系矿渣微晶玻璃的析晶过程的研究 认为， 处于磷石英和硅灰石的介稳偏析或其附近的析晶区 域内的成分倾向于形成硅酸盐。矿渣玻璃在低温热处理 时， 析出硫化铁和硫化锰作为初晶相。产生细分散的体积 析晶的原因存在两种过程： 硫化物的偏析和析出。早期析 晶起主导作用的是， 介稳偏析是在950$以上开始的。硫化 物粘度的降低和初期析出， 可以催化基础成分所固有的显 微偏析，显微偏析同析出的硫化物一起可引发成核过程。 偏析作用除了建立主相界面外， 也可以表现在化学成分的 分解中， 所有这些都为体系的析晶创造了有利条件。宁

27、叔 帆等在研究压延法矿渣微晶玻璃的成分时也得到了相似 的结论， 认为硫化物起主要晶核剂作用， 在高温时硫化物 溶于玻璃中，低温时以硫化物晶粒的形式析出作为晶核， 诱发硅灰石主晶相的析出， 从而诱发玻璃的体积析晶。氟 离子的作用只是促进玻璃的分相， 辅助晶核剂的析出。S2- 离子含量越高， 制品结晶越细密， 结晶量越多， 制品性能越 好。王志强等在研究酸洗硼镁渣微晶玻璃时对硫化物的作 用也做了类似的解释。文献较为详细地研究了S2-离子和 F-离子在CAS体系玻璃晶化中的作用，认为S2-和F-对以 硅灰石为主晶相的玻璃析晶能产生有效的作用。也有文献 认为硫化锌对以方石英和硅灰石为主晶相的组成范围内

28、 玻璃的析晶产生有效作用， 而对钙长石和黄长石为主晶相 的析晶不起作用。 3.2.5复合晶核剂 人们在研究矿渣微晶玻璃时发现， 两个或两个以上的 晶核剂共同使用更能促进玻璃的核化和晶化， 能使玻璃产 生比单一晶化剂更为微细的显微结构。实际上， 由于矿渣 本身成分变化范围大， 且含有各种少量的杂质如硫化物和 铁的氧化物等， 有的微量杂质可以忽略不计， 而有的杂质 本身可作为晶核剂的组分。不过一般还需要添加一定量的 其它晶核剂共同使用。由于复合晶核剂的晶化机理十分复 杂， 且没有一致的看法， 有关文献报道的也较少， 在此不作 详述。下面仅列出几种常用的复合晶核剂。 （1）ZrO2+Cr2O3， 体

29、系的主晶相为辉石类， 适用于制备 9 FOSHAN CERAMICS VOl.12 NO.8（Serial NO.65） Chen Guohua Liu Xinyu （1 Department of Materials Science and Engineering，Central South University，Changsha，410083 2 Guilin University of Electronic Technology ，Guilin，541004） Melting technigue and sintering technigue for fabricating the sl

30、ag glass-ceramics are introduced. The ad- vantages and the disadvantages of tWo technigues are respectively summarized. The effect of compositions of the slag glasses and nucleating agents on predominant crystal phase and its properties of the slag glass-ceramics is dis- cussed. The future of the pr

31、esent situation of slag glass-ceramics is looked forWard to. slag, fabrication,glass-ceramics,propect 钢渣 （含硫量很少） 微晶玻璃。 （2）MS+CaF2（M=zn，Fe，Mn，Cd等） ， 主晶相为硅灰石， 适 用于制备含硫高的高炉渣、 硼酸镁渣微晶玻璃。 （3）Cr203+CaF2， 主晶相为透辉石， 适用于磷矿尾砂、 铬 矿渣、 粉煤灰等微晶玻璃。 （4）Ti02+Cr203， 主晶相为堇青石， 适用于菱镁矿渣等 含镁的矿渣微晶玻璃。 （5）Ti02+Fe203， 主晶相为钙铁透辉石，

32、 适用于赤泥等 含Fe203高的矿渣微晶玻璃。 （6）P205+Fe203， 主晶相为钙长石， 适用于污泥渣等含 P205高的矿渣微晶玻璃。 3.2.6不使用晶核剂 不使用晶核剂的涵义有两个方面的内容： 一种是在玻 璃配料中不添加任何晶核剂， 玻璃原料 （主要指矿渣） 也不 含晶核剂； 另一种是虽然在玻璃配合料中不添加任何晶核 剂， 但矿渣本身成分中含有一种或几种起晶核剂作用的成 分， 玻璃成分中已含有足量的晶核剂， 已不需要再外加任 何晶核剂而已。前者的玻璃组成基本上属于CAS或CMAS 体系， 其制备技术采用烧结法， 析出的主晶相基本上都是 !-硅灰石，制备出的矿渣微晶玻璃常用于建筑装饰材

33、料。 后者的玻璃组成一般也属于CAS体系，如用热电厂的飞 灰、 污泥渣等制备矿渣微晶玻璃。 4 矿渣微晶玻璃的展望 矿渣微晶玻璃于1959年在前苏联实验室研制成功以 来， 迄今为止已有40余年的历史， 这期间， 人们对它的研 究有增无减。尤其在资源日益枯竭、 环境意识日益增强的 今天， 如何合理利用二次资源， 变废为宝， 实现矿产资源的 优化配置和工业的可持续发展是摆在各国政府前面的十 分迫切的问题。而利用各种废渣制备微晶玻璃为综合治理 环境提供了一条崭新的途径。可以预见， 矿渣微晶玻璃有 着广阔的发展和应用前景。根据人们已经或正在做出的有 效的努力， 作者认为应从以下方面加大对矿渣微晶玻璃的

34、 研究开发。 （1）扩大原始矿渣玻璃的组成范围。原有矿渣微晶玻 璃基本属于CAS体系， 根据矿渣的实际组成， 选择新型的 体系如MAS或CASF体系，以期制备出性能各异的微晶玻 璃， 扩大矿渣微晶玻璃的应用领域。 可将高P205低R20的矿 渣添加适当的组分形成Ca0-Mg0-Al203-Si02-P205-F体系， 通过热处理制备出可切削生物微晶玻璃。罗澜41曾利用玻 璃分相与晶化的关系成功制备出主晶相为氟钙金云母和 氟磷灰石的可切削生物微晶玻璃。这种材料是一种非常有 前途的人工骨材料。另外， 可以在玻璃组成中引入多种易 熔组分， 来降低玻璃的熔制温度和晶化温度， 达到节能和 有利于产业化的

35、目的。 （2）改变矿渣微晶玻璃的制备工艺。继续加大对采用 陶瓷烧结法制造矿渣微晶玻璃的基础理论研究和开发力 度， 使一些原来由于熔制温度高， 而得不到均匀的玻璃 （小 气泡、 结石和条纹等） 以及一些没有体积析晶能力的组成， 可以借烧结时表面析晶而制得微晶玻璃， 如用作建筑装饰 的烧结钙铝硅酸盐矿渣微晶玻璃就是典型的代表50。要深 入彻底地研究各种组分如Bi203、Li20、Fe203、B203等烧结过 程及晶化机理的影响， 研究玻璃颗粒的尺寸及热处理工艺 对矿渣微晶玻璃致密度的影响等。 （3） 加强晶核剂对矿渣微晶玻璃晶化机理的系统研 究。虽然由于矿渣成分比较复杂， 但为了尽快使矿渣微晶 玻璃在我国的产业化， 必须弄清晶核剂的晶化机理以指导 生产。同时， 有关部门有必要对各种矿渣进行分类和分级 处理， 使矿渣成为成分稳定、 粒度分级的真正商品化的二 次原料资源基地，可以参考国外原料公司的先进做法， 只 有这样才能实现工业的可持续发展。 10