第8期 赵立华等：Ca0-Mg0SiO2体系钢渣陶瓷材料制备与微观结构分析 ·999· 配方中钢渣比例较高时(C,),制备的钢渣陶瓷制品 样品表面的一些区域，这些区域在样品表面占有较 中Fe元素几乎都由钢渣进入，并比较明显地聚集在 大比例. 表4样品C2被扫描区域内可能存在的品相统计表 Table 4 Possible crystal phases in the scanning area of Sample C2 区域号 主要化合物 成分的比例 初步预测结果 1 MgO,Al203,Fe203 2.8:1:9.3 镁铝尖品石和Fe203 2 Sio2,Ca0,Al2O,Mgo 8.6:7.8:2.3:1 铝辉石 Si02,CaO.Mgo,Al2O; 5.7:5.8:1.4:1 铝辉石 2.3样品的XRD分析 ★顽火辉石(84-2026 为了确定样品中确切的晶体类型，对各个样品 口辉石87-0046 ■氧化铁(86-1353) 进行了XRD分析，分析结果如图6、图7和图8 所示 ▣铝辉石(41-1483) 10 30 ●铁透样万(83-0084) 50 70 90 29 图8样品C:的X射线衍射图谱 Fig.8 XRD patterns of Sample C3 可以看出，Ca0-Mg0-SiO2体系钢渣陶瓷样品 的主晶相是辉石族晶体（包括铝辉石和透辉石一铁 50 70 90 透辉石固溶体)，当钢渣的质量分数大于65%时， 26) Ca0-Mg0SiO2体系钢渣陶瓷样品的主晶相为镁黄 图6样品C1的X射线衍射图谱 长石和透辉石.另外，从烧成结果看，在目前的实验 Fig.6 XRD pattern of Sample C. 条件下，由于烧成温度较高(1220℃)，样品C2和 C;较脆，耐急冷急热性差，因此若钢渣加入量较大， ·黄长石(79-2425) 只有增长烧结时间并减缓冷却速度，才能形成较为 口透辉石78-1390) 稳定的透辉石相，但这将大大增加了陶瓷厂的能源 消耗量. 通过以上的实验结果及分析，证明用钢渣配以 其他调节成分的陶瓷原料，可以制备高强度的新型 陶瓷制品.综合考虑陶瓷厂能耗和原料成本这两个 30 50 0 90 因素，基于Ca0-Mg0-Si02体系、在原料中引入质 20) 量分数40%的钢渣的陶瓷配方设计方案更符合工 图7样品C2的X射线衍射图谱 业生产要求. Fig.7 XRD pattern of Sample C2 3结论 当钢渣中的二价Fe元素替代透辉石中的Ca 本实验设计了Ca0-Mg0-SiO2体系钢渣陶瓷 后，便形成铁透辉石.镁黄长石(2Ca0·Mg0· 2Si02)是由含铝、镁的硅酸钙组成的硅酸盐类矿物 配方，得到了三种钢渣加入比例不同的样品C,、C2 中的一类矿物.有文献5]称在水热条件下透辉石 和C3.样品C中钢渣的质量分数为40%，其抗弯 稳定，镁黄长石不稳定.水热法是比较缓慢的过程， 强度最大，为99.84MPa.通过SEM、EPMA和XRD 可视为理想状态，因此说明透辉石相稳定，镁黄长石 三种检测手段发现：对Ca0-Mg0-SiO2体系钢渣陶 相不稳定.由于窑炉的烧结时间较短(55min),烧 瓷，当加入40%的钢渣时，Ca0-Mg0-Si02体系钢 结结束时晶化反应没有进行完全，因而形成了不稳 渣陶瓷的主晶相为透辉石相和透辉石一铁透辉石固 定的镁黄长石相. 溶体；当加入65%以上的钢渣时，主晶相为镁黄长书 第 8 期 赵立华等: CaO--MgO--SiO2 体系钢渣陶瓷材料制备与微观结构分析 配方中钢渣比例较高时( C2 ) ，制备的钢渣陶瓷制品 中 Fe 元素几乎都由钢渣进入，并比较明显地聚集在 样品表面的一些区域，这些区域在样品表面占有较 大比例． 表 4 样品 C2 被扫描区域内可能存在的晶相统计表 Table 4 Possible crystal phases in the scanning area of Sample C2 区域号 主要化合物 成分的比例 初步预测结果 1 MgO，Al2O3，Fe2O3 2. 8∶ 1∶ 9. 3 镁铝尖晶石和 Fe2O3 2 SiO2，CaO，Al2O3，MgO 8. 6∶ 7． 8∶ 2. 3∶ 1 铝辉石 3 SiO2，CaO，MgO，Al2O3 5. 7∶ 5. 8∶ 1. 4∶ 1 铝辉石 2. 3 样品的 XRD 分析 为了确定样品中确切的晶体类型，对各个样品 进行 了 XRD 分 析，分 析 结 果 如 图 6、图 7 和 图 8 所示． 图 6 样品 C1 的 X 射线衍射图谱 Fig． 6 XRD pattern of Sample C1 图 7 样品 C2 的 X 射线衍射图谱 Fig． 7 XRD pattern of Sample C2 当钢渣中的二价 Fe 元素替代透辉石中的 Ca 后，便形 成 铁 透 辉 石． 镁 黄 长 石 ( 2CaO · MgO · 2SiO2 ) 是由含铝、镁的硅酸钙组成的硅酸盐类矿物 中的一类矿物． 有文献［15］称在水热条件下透辉石 稳定，镁黄长石不稳定． 水热法是比较缓慢的过程， 可视为理想状态，因此说明透辉石相稳定，镁黄长石 相不稳定． 由于窑炉的烧结时间较短( 55 min) ，烧 结结束时晶化反应没有进行完全，因而形成了不稳 定的镁黄长石相． 图 8 样品 C3 的 X 射线衍射图谱 Fig． 8 XRD patterns of Sample C3 可以看出，CaO--MgO--SiO2 体系钢渣陶瓷样品 的主晶相是辉石族晶体( 包括铝辉石和透辉石--铁 透辉石固溶体) ，当钢渣的质量分数大于 65% 时， CaO--MgO--SiO2 体系钢渣陶瓷样品的主晶相为镁黄 长石和透辉石． 另外，从烧成结果看，在目前的实验 条件下，由于烧成温度较高( 1 220 ℃ ) ，样品 C2 和 C3 较脆，耐急冷急热性差，因此若钢渣加入量较大， 只有增长烧结时间并减缓冷却速度，才能形成较为 稳定的透辉石相，但这将大大增加了陶瓷厂的能源 消耗量． 通过以上的实验结果及分析，证明用钢渣配以 其他调节成分的陶瓷原料，可以制备高强度的新型 陶瓷制品． 综合考虑陶瓷厂能耗和原料成本这两个 因素，基于 CaO--MgO--SiO2 体系、在原料中引入质 量分数 40% 的钢渣的陶瓷配方设计方案更符合工 业生产要求． 3 结论 本实验设计了 CaO--MgO--SiO2 体系钢渣陶瓷 配方，得到了三种钢渣加入比例不同的样品 C1、C2 和 C3 ． 样品 C1 中钢渣的质量分数为 40% ，其抗弯 强度最大，为 99. 84 MPa． 通过 SEM、EPMA 和 XRD 三种检测手段发现: 对 CaO--MgO--SiO2 体系钢渣陶 瓷，当加入 40% 的钢渣时，CaO--MgO--SiO2 体系钢 渣陶瓷的主晶相为透辉石相和透辉石--铁透辉石固 溶体; 当加入 65% 以上的钢渣时，主晶相为镁黄长 ·999·