1. 研究目的与意义（文献综述）

随着工业的迅速发展，大量的工业废渣排放对环境造成了严重的污染。据统计，我国尾矿累计堆放已经达到了40亿吨^[1]，因此，加快对尾矿的研究利用迫在眉睫。锰铁合金渣是一种在生产硅锰铁合金过程中的副产物，我国每生产1t硅锰铁合金的排渣量达600kg，因此锰铁合金渣是一种高排放量的尾渣。锰铁合金渣的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁，还含有少量的氧化锰和氧化铁^[2]。它的成分组成与制备玻璃所需要的成分相似。因此，研究锰铁合金渣在微晶玻璃制备工艺上的应用，开发一种以锰铁合金渣为主要原料的高性能、低成本的微晶玻璃具有非常重要的现实意义。

微晶玻璃又称陶瓷玻璃，它具有玻璃和陶瓷的双重特性。微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。微晶玻璃与普通玻璃的区别在于：微晶玻璃在制造工艺上继熔制与成型以后，必须经历晶化，晶核剂可以控制晶化过程^[3]，通过控制温度和晶核剂掺量来控制过冷玻璃液体的成核速率和晶体生长速率，使其晶化阶段迅速晶化^[4]，制取最大可能数目的微小晶体，以得到我们所需特性的微晶玻璃。目前，熔融法是微晶玻璃的主要制备方法之一^[5]，熔融法能有效避免水淬过程中的热量损失，对余热进行合理利用，是一种节能、环保的制备方法。但是熔融法必须在原料中加入晶核剂才能促进微晶玻璃进行整体结晶，因此选择合适的晶核剂和掺入量对微晶玻璃的制备至关重要。目前较为常见的晶核剂有cr₂o₃、tio₂、zro₂、caf₂和p₂o₅^[6]。

利用高炉矿渣制备微晶玻璃是实现高炉矿渣附加值的可行途径。虽然锰铁合金渣中含有少量的氧化锰和氧化铁可以作为晶核剂，但是由于尾渣的质量参差不齐，且锰和铁元素在熔融过程中极易变价，对实验气氛控制要求严格^[7]。此外，铁、锰元素也会对微晶玻璃的颜色造成影响^[8]。因此锰铁合金渣中的氧化锰和氧化铁并不适合作为该微晶玻璃的晶核剂，需要在锰铁合金渣微晶玻璃制备过程中另外加入更稳定、合适的晶核剂，以确保锰铁合金渣微晶玻璃整体稳定析晶。leonelli等研究了cao-al₂o₃-sio₂系统不加晶核剂时的析晶动力学，所研究的玻璃都经历了从表面核化开始的完全晶化过程，主晶相为钙长石和透辉石。park.h^[9]等人对cao-al₂o₃-sio₂系统微晶玻璃的析晶行为以及结晶动力学过程进行了研究。王志强^[10]曾利用碳铬渣、硅锰渣成功研制出了主晶相为透辉石及其固溶体的性能良好的微晶玻璃。肖兴成^[11]等人在研究钛渣微晶玻璃时发现，对于制备辉石类的废渣微晶玻璃最有效的晶核剂是cr₂o₃、复合晶核剂fe₂o₃和cr₂o₃、tio₂和cr₂o₃。刘军，宋守志^[12]等研究了tio₂和cr₂o₃作晶核剂对尾矿微晶玻璃晶化行为的影响。研究表明：晶核剂能有效地促进cao-mgo-al₂o₃-sio₂系统玻璃在较低温度下即开始晶化，且形成以透辉石为主晶相的微晶玻璃。cr₂o₃和tio₂含量增加，析晶强度增大，晶体含量增加。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：将一定量的晶核剂加入到锰铁合金渣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形，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，就可以获得晶粒细小且结构均匀的锰铁矿渣微晶玻璃。

材料表征：对锰铁矿渣微晶玻璃进行表征和性能测试，通过xrd、x射线荧光光谱分析、抗折强度、显微硬度、密度、差热分析、显微结构分析和热膨胀系数等表征手段，对其物理性能和化学性能进行系统评估。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－11周：按照设计方案，制备出样品并进行相关测试。

第12－14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]程金树等.fe₂o₃和zro₂对花岗岩尾矿微晶玻璃析晶行为的影响[j].武汉理工大学学报,2014,36(6):22-26.

[2]王树明.fe₂o₃-tio₂掺杂对mgo-al₂o₃-sio₂系玻璃晶化行为的影响[j].稀有金属材料与工程,2007,36(s2):319-321.