冶金硅渣氧化行为及其多孔材料的制备和性能研究

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1、中图分类号：TQ177.1硕士学位论文题目冶金硅渣氧化行为及其多孔材料的制备和性能研究作者姓名江龙祥指导教师卢金山教授学科、专业材料工程2015年11月22日学校代码：10406分类号：TQ177.1学号：130085204045南昌航空大学硕士学位论文冶金硅渣氧化行为及其多孔材料的制备和性能研究硕士研究生：江龙祥导师：卢金山教授申请学位级别：硕士专业：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年11月27日授予单位：南昌航空大学Oxidationbehaviorofmetallurgicalsiliconslagandpreparationandprop

2、ertiesofporousmaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialEngineeringByJiangLongxiangUndertheSupervisionofProf.LuJinshanSchoolofMaterialScienceandEngineeringNanchangHangkongUniversity，Nanchang，PRChinaNovember，2015摘要冶金硅渣作为晶体硅冶炼的固体残渣，含有一定量的Si和SiO2，被用作铺路和建筑填充材料。本文以冶金硅渣作为研究

3、对象，开展冶金硅渣的氧化动力学及其多孔材料制备研究。采用XRD、TG-DTA-MS、SEM等手段，研究其氧化行为以及多孔材料的结构和性能。本研究工作不仅提供了一种冶金硅渣利用的新途径，而且能够显著降低多孔材料生产成本，具有显著的经济和生态效益。冶金硅渣的氧化过程极其复杂，在升高氧化温度和延长氧化时间时，C、Si、SiC均呈现逐渐减少趋势。C在温度高于1000℃时基本消失，方石英相与结晶度均随温度升高而减少。在1100℃保温时方石英和鳞石英逐渐增多，结晶度在10h前逐渐减少，超过10h快速增加。利用Coats-Redfern积分法推导出冶金硅渣三个氧化阶段的活化能E，晶

4、体硅和碳化硅氧化增重阶段（820~1200℃）E最大，混合氧化失重阶段（420~820℃）E次之，碳氧化失重阶段（100~420℃）E最小。采用直接烧结法制备冶金硅渣多孔材料，平均孔径随玻璃粉添加量增大和烧结温度升高而增大，随保温时间延长和升温速率增大而减小；表观密度随玻璃粉添加量增加和升温速率增大而减小，随保温时间延长而增大，随烧结温度升高呈现先减小后增大的规律。气孔率变化趋势与之相反。烧结温度升高时抗压强度先增大后减小。直接烧结法制备冶金硅渣多孔材料的表观密度为0.37~0.47g/cm3，抗压强度为0.67~1.60MPa。采用水淬-烧结法制备冶金硅渣多孔材料，

5、平均孔径随烧结温度升高和保温时间延长而增大，随升温速率增大呈现先增大后减小的变化。表观密度随保温时间延长逐渐增大；随烧结温度升高和升温速率增大，呈现出先减小后增大的规律。气孔率变化趋势与表观密度相反。烧结温度升高使得抗压强度先缓慢增大后急剧降低。多孔材料的表观密度为0.65~1.12g/cm3，抗压强度提高到1.96~4.55MPa。冶金硅渣制备多孔材料具有烧结温度低、强度适中、工艺简单等特点。硅渣利用率高于60%，且无需添加发泡剂，有望实现低成本、规模化生产多孔材料，应用于保温隔热、过滤介质、催化剂载体等领域。关键词：冶金硅渣，氧化动力学，多孔材料，气孔结构，抗压强

6、度IAbstractMetallurgicalsiliconslagconsistingofacertainamountofSiandSiO2isthesolidresidueofsiliconmetallurgy,whichisusedaspavingandbuildingmaterials.Inthispaper,oxidationkineticsofmetallurgicalsiliconslagandpreparationofporousmaterialswereinvestigated.Theoxidationbehaviorofmetallurgicals

7、iliconslagandstructureandpropertyofporousmaterialswereinvestigatedbyXRD、TG-DTA-MS、SEM.Theseresearchesnotonlyprovideanewwaytosolvetherecyclingproblemofmetallurgicalsiliconslag,butalsohelpreducetheproductioncostofporousmaterial,leadingtosignificanteconomicandecologicalbenefits.Th