李宇等：烧结气氛对钢渣陶瓷晶相和性能的影响 ·343· 7.5 300- (a) b 7.0 250 字气 6.5 200 6.0 55 150 5.0 100 氨气 4.0 50 990 102010501080111011401170 1200 330 1020105010801110114011701200 温度℃ 温度/℃ 图1不同气氛下烧结样品的抗压强度(a)和吸水率(b) Fig.I Compressive strength (a)and water absorption (b)of sintered samples under different atmospheres 次下降：然而此时内部仍由于过烧形成了大量气孔， 射线衍射分析图.当烧结气氛为空气时，烧结温度 导致图1(a)中对应的抗压强度持续下降. 从1080增加到1140℃，晶体衍射峰强度随温度升 由实验得到的抗压强度和吸水率数值与国家标 高而增加的是Fe,03、Al,Si203、CaAl,Si20s、CaFeSi2,06, 准对比详见表2，其中市场使用的高档烧结砖属于F 随温度升高而降低的是S02·当烧结气氛为氮气 类，普通烧结砖为NX类.与标准对比可见，不同气 时，烧结温度从1080增加到1140℃，晶体衍射峰强 氛下制备的钢渣烧结砖均超过F类标准值，属于高 度随温度升高而增加的是FeSiO3、CaAl2Si2Os,随温 档的烧结砖产品. 度升高而降低的是SiO2、FeAL,04·根据晶相变化规 表2钢渣陶瓷样品与烧结砖国家标准比较 律，推测陶瓷砖发生的反应大致如下所示，其中FO Table 2 Comparison of the slag ceramic samples and national standards 及其固溶体、Ca(OH)2和Ca2SiO,来自钢渣，Si02、 for sintered bricks A山2032Si022H20则来自黏土原料 抗压强度 吸水率 试样 钢渣与黏土中的主要矿物在高温可能发生的反 (平均值)MPa (平均值)/% 应为： 国标F类 ≥70.0 ≤6.0 Ca(0H)2→Ca0+H20 (3) 国标SX类 ≥55.0 ≤8.0 A山2032Si022H20→Al2032Si02+2H,0(4) 国标MX类 ≥30.0 ≤14.0 Al2O;2Si02+Cao-CaAl2 Si2Os (5) 国标NX类 ≥25.0 无要求 Ca2SiO+2Al2O3+3SiO2-2CaAl2Si2Os (6) 本文氮气烧结样品 ≥167 ≤5.7 含铁矿物在空气气氛影响下可能的烧结反 本文空气烧结样品 ≥263 ≤4.8 应为： 2.2烧结样品晶相分析 4Fe0+02→2Fe,03 (7) 图2为不同烧结温度和烧结气氛制备样品的X 3(AL,032Si02)→Al6Si,013+4Si02 (8) (a) (b) 5 天40℃ 1140℃ 1Si0,:2-Fe,0,:3Cal,Si,0: 1-Si0,:2-FeAl,0: 4-CaFeSi,O:5-Al.Si.Os 3-FeSio,:4-CaALSi,O 1080℃ 10152025303540455055606570 10152025303540455055606570 20M9 201 图2不同温度烧结样品的X射线衍射分析.(a)空气条件下：()氮气条件下 Fig.2 XRD of sintered samples at different temperatures:(a)under air atmosphere:(b)under N2 atmosphere李 宇等: 烧结气氛对钢渣陶瓷晶相和性能的影响 图 1 不同气氛下烧结样品的抗压强度( a) 和吸水率( b) Fig． 1 Compressive strength ( a) and water absorption ( b) of sintered samples under different atmospheres 次下降; 然而此时内部仍由于过烧形成了大量气孔， 导致图 1( a) 中对应的抗压强度持续下降． 由实验得到的抗压强度和吸水率数值与国家标 准对比详见表 2，其中市场使用的高档烧结砖属于 F 类，普通烧结砖为 NX 类． 与标准对比可见，不同气 氛下制备的钢渣烧结砖均超过 F 类标准值，属于高 图 2 不同温度烧结样品的 X 射线衍射分析 . ( a) 空气条件下; ( b) 氮气条件下 Fig． 2 XＲD of sintered samples at different temperatures: ( a) under air atmosphere; ( b) under N2 atmosphere 档的烧结砖产品． 表 2 钢渣陶瓷样品与烧结砖国家标准比较 Table 2 Comparison of the slag ceramic samples and national standards for sintered bricks 试样 抗压强度 ( 平均值) /MPa 吸水率 ( 平均值) /% 国标 F 类 ≥70. 0 ≤6. 0 国标 SX 类 ≥55. 0 ≤8. 0 国标 MX 类 ≥30. 0 ≤14. 0 国标 NX 类 ≥25. 0 无要求 本文氮气烧结样品 ≥167 ≤5. 7 本文空气烧结样品 ≥263 ≤4. 8 2. 2 烧结样品晶相分析 图 2 为不同烧结温度和烧结气氛制备样品的 X 射线衍射分析图． 当烧结气氛为空气时，烧结温度 从 1080 增加到 1140 ℃，晶体衍射峰强度随温度升 高而增加的是 Fe2O3、Al6 Si2O13、CaAl2 Si2O8、CaFeSi2O6， 随温度升高而降低的是 SiO2 ． 当烧结气氛为氮气 时，烧结温度从 1080 增加到 1140 ℃，晶体衍射峰强 度随温度升高而增加的是 FeSiO3、CaAl2 Si2O8，随温 度升高而降低的是 SiO2、FeAl2O4 ． 根据晶相变化规 律，推测陶瓷砖发生的反应大致如下所示，其中 FeO 及其固溶体、Ca ( OH) 2 和 Ca2 SiO4 来自钢渣，SiO2、 Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O 则来自黏土原料． 钢渣与黏土中的主要矿物在高温可能发生的反 应为: Ca( OH) 2→CaO + H2O ( 3) Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O→Al2O3 ·2SiO2 + 2H2O ( 4) Al2O3 ·2SiO2 + CaO→CaAl2 Si2O8 ( 5) Ca2 SiO4 + 2Al2O3 + 3SiO2→2CaAl2 Si2O8 ( 6) 含铁矿物在空气气氛影响下可能的烧结反 应为: 4FeO + O2→2Fe2O3 ( 7) 3( Al2O3 ·2SiO2 ) →Al6 Si2O13 + 4SiO2 ( 8) · 343 ·