铁氧化物在转炉渣微晶玻璃中的作用机制解析

在冶金尾矿和废渣中均含有一定量的FeO和Fe2O3，而这种氧化物的存在，对矿渣微晶玻璃的结构和性能均可以产生一定的影响作用。应系统研究铁在矿渣微晶玻璃中作用机制，进而确定合理的FeO和Fe2O3含量，而国内外针对FeO和Fe2O3在微晶玻璃中作用机制的研究相对较少。由于FeO和Fe2O3的含量在微晶玻璃制备过程中很难控制，一般在硅酸盐玻璃中Fe2＋和Fe3＋总是同时存在。在制备过程中，随着氧化—还原条件的变化，二者之间的比例也发生改变。具体影响Fe2＋／Fe3＋比值的因素如下。

①玻璃熔制温度和时间的影响作用。提高熔制温度，可以使反应式向生成FeO方向移动，也就是向Fe2O3大量解离的方向进行；反之，降低熔制温度将有利于增加Fe2O3的相对含量。

②气氛的影响作用。如果制备过程是在氧化气氛条件下进行的，将有利于使反应式向生成Fe2O3方向进行；反之，如果制备过程是在还原气氛条件下进行的，则有利于增加FeO含量。

③基础玻璃成分的影响作用。在碱性硅酸盐玻璃系统中，Na2O含量的增加，将有助于Fe3＋含量的增加。

由于FeO和Fe2O3在微晶玻璃中的作用机制非常复杂，一些学者集中研究了Fe2O3在微晶玻璃中的作用机制，并取得了一些研究成果，但缺乏对二者的综合研究和对比分析。

李彬等［189］认为Fe2O3能够促进玻璃的析晶行为，如果将Fe2O3作为玻璃原组分，那么玻璃体系中不需外加晶核剂。

潘普林B R等［186］认为添加Fe2O3可以制备出具有较好烧结性、较高的相对密度和力学性能的微晶玻璃。(www.xing528.com)

张术根等［191］认为Fe2O3能够降低玻璃整体析晶温度，并在热处理过程中可以诱导玻璃的分相，从而可以促进玻璃的成核和晶体生长。

吴丹丹等［192］认为当玻璃基体成分中Fe2O3的含量在0～2%时，随着Fe2O3含量的增加，有利于玻璃析晶能力的提高，而当Fe2O3的含量接近或超过3%时，玻璃的析晶能力降低。

M.Romero等［193］研究了铁氧化物对透辉石微晶玻璃析晶行为的影响，认为当Fe2O3含量的不同时，所得到的晶相也是不同的，锌铁尖晶石的晶体尺寸和形态也不相同；同时还利用针铁矿和其他原料制备了微晶玻璃，当Fe2O3含量接近30 wt%时，可以显著影响微晶玻璃的析晶，晶体形态主要以枝状分布。

Karamamov A［194］研究了富铁成分的玻璃析晶过程，他认为玻璃析晶是从自发形成磁铁矿开始的，磁铁矿是以辉石相作为晶核析出的。

转炉渣的成分非常复杂，FeO和Fe2O3在转炉渣中所占的百分含量较大，全铁含量一般为25 wt%左右，如果利用其制备微晶玻璃，铁的作用是不容忽视的。为了研究二者对微晶玻璃析晶行为的影响，必须讨论n（Fe2＋）／n（Fe3＋）在微晶玻璃中的作用机制，为转炉渣制备微晶玻璃提供理论基础。