摘 要

由于我国富锰矿较少，锰矿品位较低、矿床规模小、杂质含量高、可选性质差，在冶炼锰铁过程中产生了大量的锰铁合金渣，然而目前利用锰渣的技术还不是很完善，大部分锰铁合金渣只是采用堆积填埋处理，没有被开发利用。利用锰铁合金渣生产微晶玻璃不仅可以节约企业生产成本，还对解决锰铁合金渣污染问题、实现资源的循环利用具有十分重要的意义。

本文以锰铁合金渣为原料，采用熔融法制备微晶玻璃。确定了生产微晶玻璃的成型模具，系统的研究了熔制温度、加料温度、热处理工艺及SiO₂含量对制备微晶玻璃的影响。

本文通过大量实验，发现涂覆磨细Al₂O₃的堇青石板是一种理想的成型模具。利用锰铁合金渣熔制玻璃时，将温度升至1420 ℃可以制得较为均匀的玻璃液，制得的基础玻璃900 ℃晶化2 h可以实现完全晶化。当SiO₂含量为50 %时，可以制得具有大理石外观、性能优良的微晶玻璃。

关键词：锰铁合金渣；微晶玻璃；熔融法；热处理工艺；成型模具；

Abstract

Because of the less of rich manganese mine, low grade manganese mine, small scale, high impurity content, poor optional properties, it has produced a lot of ferromanganese slag in ferromanganese smelting process. However, the technology of using manganese slag is not perfect until now. Most of ferromanganese slag which is treat as landfill has not been exploitation. Producing glass ceramics with ferromanganese slag can not only save the production cost for the enterprise, but also have very important significance meaning to solve the ferromanganese slag pollution problems and achieve resource recycling.

In this paper, we use ferromanganese slag as the main raw material prepare glass ceramics by fusion method. We determine the forming mould and study systematicly of the melting temperature, feed temperature, heat treatment processes and the content of SiO₂ effects the preparation of glass ceramics.

Through a lot of experiments, we found cordierite stone which coat ground Al₂O₃ is a kind of ideal forming mould. When glass-ceramics were melt by ferromanganses, uniform liquid glass can be required at the temperature of 1420 ℃. Based glasses can realize complete crystallization at the temperature of 900 ℃ for 2 h. The content of SiO₂ should be 50% if we desire to prepare glass-ceramics with a marbled appearance and excellent performances.

Key words: Ferromanganese slag; Glass ceramics; Melting method; Heat treatment process; mold.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 锰铁合金渣的研究现状 1

1.1.1 锰铁合金渣概述 1

1.1.2 锰铁合金渣的应用 1

1.2 微晶玻璃的研究现状 2

1.2.1 微晶玻璃概述 2

1.2.2 微晶玻璃的制备方法 3

1.2.3 矿渣微晶玻璃的国内外研究现状 4

1.3 本课题目的及意义 5

第2章 实验原材料及方法 7

2.1 实验原材料 7

2.2 实验设备及用途 8

2.3 成型模具材料简介 8

2.4 实验方法 9

2.4.1 实验方案的确定 9

2.4.2 实验流程图 10

2.5 分析与测试 10

2.5.1 X射线衍射分析 10

2.5.2 扫描电子显微镜分析 11

2.5.3 差热分析 11

2.5.4 玻璃体含量的测定 11

第3章 结果分析与讨论 12

3.1 基础玻璃熔制工艺的确定 12

3.1.1 成型模具的选择 12

3.1.2 熔融温度对基础玻璃熔制的影响 14

3.1.3 加料温度对基础玻璃熔制的影响 16

3.2 微晶玻璃热处理工艺 17

3.2.1 基础玻璃DTA分析 17

3.2.2 热处理制度的确定 18

3.3锰铁合金渣调质设计 22

第4章 结论 26

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1 锰铁合金渣的研究现状

1.1.1 锰铁合金渣概述

锰铁合金渣是一种高炉矿渣，是冶炼锰铁过程排出的熔渣经水淬急冷后产生的MnO含量较高的矿渣。锰系铁合金是生产优质钢的重要基础原料，在经济快速发展的环境下，我国对锰及锰系合金等产品需求随之增加，刺激了锰矿的开采和利用。2007年我国锰系铁合金产量650万吨，但由于富锰矿较少，锰矿品位较低、矿床规模小、杂质含量高、可选性质差，产生了大量锰渣，产量约为锰铁合金的2～2.5倍^[1]，约产生1300万吨高炉水淬锰铁矿渣。目前，利用对锰铁矿渣的回收利用还不是很完善，大部分只是单纯采用堆积填埋处理，但是这并不是一种妥善的处理方式，因为仅仅对锰铁矿渣进行堆积填埋会占用大量的土地，增加企业成本。此外，锰铁合金渣中的Mn、Cr元素容易流失，污染水质，导致了一系列社会、经济和环境问题。因此，对锰铁合金渣进行开发利用是十分急迫并且十分必要的。

锰铁合金渣作为高炉渣的一种，也具有和其他高炉渣一致的特点：在冶炼锰铁时，其化学成分基本不变，经水淬后形成细小的球粒状疏松的矿渣。锰铁合金渣的化学成分与普通硅酸盐水泥类似，故目前多用于制备矿渣水泥，其掺量甚至达85wt%以上^[2]。锰铁合金渣不但可以用来制备水泥，而且是生产微晶玻璃的理想原料。锰铁合金渣中的主要成分如CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃和MnO 等氧化物都是生产微晶玻璃的有效成分。参照其他矿渣微晶玻璃的生产流程及工艺，锰铁合金渣找到了新的应用方向。

1.1.2 锰铁合金渣的应用

近些年来，我国的锰铁合金渣产量日益增多，大量废渣的堆放对环境带来极大的危害。然而，根据锰铁合金渣的组成和性质，可以被有效地回收利用，用于其他领域的生产。