含钛高炉渣协同镍铁渣制备微晶玻璃研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2025-0064

摘要/Abstract

摘要：

含钛高炉渣与镍铁渣分别为钒钛磁铁矿及红土镍矿冶炼产生的大宗固体废弃物，因缺乏高效利用途径而大量堆存，造成严重的资源浪费和生态环境污染，亟需开发含钛高炉渣与镍铁渣资源化利用的新技术。以含钛高炉渣与镍铁渣为主要原料，辅以废玻璃补充SiO₂，采用熔融法制备矿渣微晶玻璃，探究不同渣料比例对物相组成、析晶行为及性能的影响，进一步结合热力学计算、差示热分析（DTA）、X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM），揭示含钛高炉渣-镍铁渣微晶玻璃析晶行为与微观结构的演变规律。结果表明：镍铁渣比例升高可细化晶粒尺寸，但过量添加（质量分数>40%）会引发含铬尖晶石相析出，抑制物相均匀性；当镍铁渣添加量为40%、晶化温度为950 ℃时，微晶玻璃综合性能最优，其密度、维氏硬度、吸水率及抗折强度分别为3.08 g/cm³、723.41 HV、0.02%和158 MPa，为含钛高炉渣和镍铁渣协同高值化利用提供理论与技术依据。

关键词: 微晶玻璃, 微观形貌, 含钛高炉渣, 镍铁渣, 固废资源循环

Abstract:

Titanium-bearing blast furnace slag and nickel-iron slag are by-products generated from vanadium titanomagnetite smelting and laterite nickel ore processing，respectively.Due to the lack of efficient utilization methods，they are largely stockpiled，occupying land resources and posing environmental risks.There is an urgent need to develop novel resource recovery approaches for these slags.In this study，titanium-bearing blast furnace slag and nickel-iron slag were utilized as primary raw materials，supplemented with waste glass to adjust SiO₂ content，to prepare slag-based glass-ceramics via a melting method.The effects of slag proportions on phase composition，crystallization behavior，and properties were systematically investigated through thermodynamic equilibrium phase calculations，differential thermal analysis（DTA），X-ray diffraction（XRD），and scanning electron microscopy（SEM）.The results indicated that increasing the nickel-iron slag content refined crystal grain size，but excessive addition（>40%） triggered the precipitation of chromium-containing spinel phases，compromising phase homogeneity.The optimal performance was achieved with 40% nickel-iron slag and a crystallization temperature of 950 ℃，yielding glass-ceramics with a density of 3.08 g/cm³，Vickers hardness of 723.41 HV，water absorption of 0.02%，and flexural strength of 158 MPa.This research provided theoretical and technical foundations for the synergistic high-value utilization of these industrial solid wastes.

Key words: glass-ceramics, microstructure, titanium-bearing blast furnace slag, nickel-iron slag, solid waste resource recycling

中图分类号:

TQ134.11

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图/表 8

表1

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表 2

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编号	w（SiO₂）	w（CaO）	w（MgO）	w （Al₂O₃）	w （K₂O）	w （Na₂O）	w （Fe₂O₃）	w （TiO₂）	w （Cr₂O₃）
N20	45.33	17.11	11.86	7.76	0.29	4.36	3.89	9.21	0.19
N30	47.93	14.38	14.36	6.95	0.27	4.31	4.11	7.40	0.29
N40	50.53	11.65	16.86	6.14	0.24	4.26	4.34	5.59	0.39
N50	53.14	8.92	19.37	5.33	0.21	4.21	4.55	3.78	0.49

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