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钽铌尾矿微晶玻璃的研究

作　者: 刘凤娟
导　师: 程金树
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 钽铌尾矿微晶玻璃结构性能
分类号: TQ171
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

微晶玻璃是利用玻璃热力学性质，把加有晶核剂（或不加晶核剂）的特定组分的玻璃，在有控制条件下，进行晶化热处理，使原单一的玻璃相形成含有大量微晶相和玻璃相均匀分布的复合固体材料。微晶玻璃的系统组成广泛，性能优良，在力学性能及热学等性能方面，优于传统材料，使其在电子、化工、生物医学、机械、军事和建筑等领域得以广泛应用。特别是建筑用微晶玻璃，由于其优良的理化性能及外观效果，已成为近几年发展起来的一种新型内外墙及地面的高档装饰材料。建筑用微晶玻璃的生产成本高，能源消耗大，因而使得微晶玻璃产品价格昂贵，影响了市场的使用范围，因此，如何降低生产成本是急需解决的问题。本课题的研究目的就是以用价格低廉的钽铌尾矿代替工业原料，用烧结法生产建筑装饰微晶玻璃。钽铌尾矿的引入必须符合微晶玻璃的生产工艺要求。以CaO-Al₂O₃-SiO₂为基础玻璃系统组分，采用烧结法生产建筑装饰用微晶玻璃的技术已比较成熟，特别是在我国已有几条这样的生产线，并且其产品已大量在建筑中被使用。如果能在不改变原的工艺设计的基础上，保持原生产控制工艺参数的条件下，加入钽铌尾矿代替部分化工原料，尤其是代替组分中的Al₂O₃，因为工业用的Al₂O₃价格很高，这样就可以直接降低成本，这会对实际生产具有重要的意义。本课题从分析钽铌尾矿的成份入手，钽铌尾矿主要含SiO₂和Al₂O₃，占总量的90％以上，其余部分是R₂O，并且杂质很少。从理论上分析，以钽铌尾矿制造CaO-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃，组份上是符合要求的。但在CAS系统玻璃中，R₂O的带入量也是需要考虑的重要因素之一，因此在组分设计时，探讨钽铌尾矿的最佳引入量是本课题重点之一。对于钽铌尾矿微晶玻璃的研究，本课题设计了工艺过程的实验、结构测试和性能测试，其中包括起始烧结温度与起始析晶温度的测试、试样玻璃的差热曲线（DTA）测试和烧结曲线的测定，通过这些实验以获得工艺控制上武汉理工大学硕士学位论文的有关参数;通过X一射线衍射分析、扫描电镜、红外光谱和激光拉曼光谱的测试，反映微晶玻璃内部结构与结晶状况:通过性能测试，确定担妮尾矿微晶玻璃能否符合生产建筑装饰用微晶玻璃的要求。通过实验、测试及结果分析，本文主要取得了以下几方面的结论。（一）本课题是首次以钮妮尾矿作为主要原料，采用烧结法生产建筑用微晶玻璃为研究目标，并结合生产实际为背景，系统地研究了担妮尾矿的引入对微晶玻璃结构及性能的影响及其相互关系; （二）担妮尾矿微晶玻璃的晶相仍为p一硅灰石，与未加尾矿的微晶玻璃相比没有改变，担锯尾矿的加入没有改变微晶玻璃的理化性能; （三）根据热处理制度分析，担妮尾矿的引入量增加，使烧结与析晶温度范围有变窄的趋势，不利于工艺控制，综合结构与性能测试确定，担妮尾矿的最佳引入量为31%; （四）利用担妮尾矿生产微晶玻璃，起始烧结和起始析晶温度较低，有利于降低能耗节省成本; （五）尾矿的利用，降低了原料成本，增大了市场回报率和竞争力，具有较好的经济效益，同时节省资源，保护环境，具有较大的社会效益; （六）研究表明，利用担妮尾矿采用烧结法生产建筑装饰用微晶玻璃是可行的。在本课题的研究过程中，借鉴了以往科学工作者的研究方法，综合了各行业在开发尾矿利用方面的经验与方法，在微晶玻璃的研究和尾矿利用上开辟了一条新途径，是一种有益的探索。虽然本文在实验方法和研究深度方面还不够完善，有待进一步深入研究，但是本课题为尾矿微晶玻璃的研究作了一些工作，取得了一定的研究成果。

全文目录

第1章前言  10-17
  1.1 微晶玻璃的发展及研究  10-12
    1.1.1 微晶玻璃的发展历程  10-11
    1.1.2 微晶玻璃的发展水平及现状  11-12
  1.2 矿渣尾矿微晶玻璃的研究及实际意义  12-17
    1.2.1 国内外矿渣尾矿微晶玻璃研究状况  12-15
    1.2.2 本课题提出的目的和实际意义  15-17
第2章钽铌尾矿微晶玻璃的实验与测试  17-26
  2.1 样品制备  17-19
    2.1.1 试样玻璃的制备  17-18
    2.1.2 微晶玻璃的制备  18-19
  2.2 工艺参数实验与测试  19-20
    2.2.1 起始烧结温度和起始析晶温度的测定  19
    2.2.2 差热(DTA)分析  19-20
    2.2.3 烧结收缩曲线的测定  20
  2.3 结构测试  20-23
    2.3.1 X-射线衍射分析  20-21
    2.3.2 扫描电子显微镜分析  21
    2.3.3 红外光谱和拉曼光谱分析  21-23
  2.4 性能测试  23-26
    2.4.1 热膨胀系数的测定  23
    2.4.2 密度的测定  23-24
    2.4.3 三点抗折强度的测定  24
    2.4.4 化学稳定性能-耐酸、耐碱性的测定  24-26
第3章实验结果分析  26-55
  3.1 工艺过程实验结果及分析  26-31
    3.1.1 起始烧结温度和起始析晶温度的结果与分析  26-28
    3.1.2 试样玻璃的差热分析结果与分析  28-29
    3.1.3 烧结收缩曲线的结果与分析  29-31
  3.2 结构测试图谱与分析  31-46
    3.2.1 X-射线衍射图谱与分析  31-35
    3.2.2 扫描电子显微镜图片与分析  35-38
    3.2.3 红外光谱和拉曼光谱图谱与分析  38-46
  3.3 性能测试结果与分析  46-55
    3.3.1 膨胀系数的测定结果与分析  46-50
    3.3.2 密度测定结果与分析  50-51
    3.3.3 三点抗折强度结果与分析  51-52
    3.3.4 化学稳定性能-耐酸耐碱性的测试结果与分析  52-55
第4章结论  55-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
附录  64

钽铌尾矿微晶玻璃的研究

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