利用工业固废,采用烧结法制备的微晶玻璃常出现表面凹凸不平、内部气孔增多或结晶度偏低等问题。为了解决这一问题,实现工业固废的资源化利用,本文通过分析常用于制备微晶玻璃的工业固废的成分特点,发现其大多含有少量的镁、铁或氟元素且难以去除。这些元素的存在会对微晶玻璃的晶化行为和产品性能质量产生重要影响,但是目前关于镁、铁或氟对微晶玻璃烧结协同晶化行为的影响,尤其是低元素含量或多元素共存时的影响机制尚不清楚,急需开展深入系统的研究,以构建规律性认识,为协同利用多种工业固废制备微晶玻璃提供科学依据。为此,首先以利用纯试剂原料配制的CaO-Al2O3-SiO2系统基础玻璃为对象,研究了 MgO、CaF2和Fe2O3对微晶玻璃烧结收缩、晶化行为、显微组织及其性能的影响交互作用机理,确定了含镁、铁或氟元素微晶玻璃的最优成分体系与热处理工艺参数。以上述研究结果为基础,利用青石粉、高炉渣和萤石尾矿等典型工业固废,制备了性能优异的硅灰石和透辉石基微晶玻璃,实现了多种工业固废的成分互补利用。本研究结果可为利用含镁、铁或氟元素的工业固废制备微晶玻璃提供科学依据和技术路线,对提高废弃物综合利用比率、改善微晶玻璃性能、降低生产成本和保护环境等具有重要的经济与社会效益。在本文的工作中,首先从单一元素的角度,分析了 MgO对CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃烧结晶化行为和性能的影响。研究结果表明,MgO的加入将促进次晶相—透辉石(CaMgSi2O6)相的析出,抑制主晶相—硅灰石(CaSiO3)的析出,从而使微晶玻璃的晶相由硅灰石转变成透辉石。这将导致微晶玻璃的显微硬度和抗弯强度提高,耐酸性增强。但是,进一步提高MgO将导致致密化烧结温度范围变窄、结晶度下降,不利于获得结晶度较高且表面平整的微晶玻璃。因此,CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃中MgO含量不宜超过3 wt.%(质量分数)。由于MgO的存在使微晶玻璃的晶相由硅灰石类型转变成透辉石类型,本文进一步研究了 CaF2在透辉石基微晶玻璃中的作用机理。结果表明,加入2 wt.%CaF2比不含CaF2的微晶玻璃的抗弯强度几乎提高一倍,但继续提高CaF2含量将导致微晶玻璃的性能变差,可能与其析出的独立萤石相有关。CaF2能促进微晶玻璃快速析晶、阻碍烧结,随着热处理温度的升高,已晶化的玻璃颗粒将产生塑性变形,导致在颗粒间烧结颈处形成一种新非晶相。该非晶相的存在将有利于促进烧结致密化。因此,CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃中CaF2含量不宜超过2 wt.%,且CaF2的作用需要与相应的热处理工艺参数密切配合,才能够获得较好的微晶玻璃性能。Fe2O3含量的提高,可促进CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃中次晶相—锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)在低温下析出,但将导致微晶玻璃的热处理温度范围变窄,并使其显微硬度和抗弯强度降低、吸水率变小、耐酸性增强、耐碱性减弱。为获得表面光滑、性能良好的微晶玻璃,其Fe2O3含量应控制在3 wt.%以下。当Fe2O3和MgO同时存在时,由于两者的交互作用,Fe2O3的存在加强了 MgO促进透辉石析出的趋势,同时MgO也加剧Fe2O3使玻璃热处理温度范围变窄的趋势。因此,两者同时存在时,Fe2O3和MgO含量应分别低于4 wt.%和 1.2 wt.%。在上述研究基础上,利用实际的高炉渣、青石粉和萤石尾矿工业固废为原料,分别制备了硅灰石基和透辉石基微晶玻璃,研究结果与上述利用纯试剂配制的实验样品研究结果得到了很好的吻合。研究中进一步分析Fe2O3和CaF2同时存在时对硅灰石基微晶玻璃的影响,以及MgO、Fe2O3和CaF2三者同时存在时对硅灰石基微晶玻璃与透辉石基微晶玻璃显微组织与性能的影响。本文协同利用三种工业固废所制得的实验样品,硅灰石基微晶玻璃抗弯强度为71.84 MPa、硬度为596.70 HV、吸水率和耐酸碱腐蚀性均小于0.2%,废弃物综合利用率达80.10%;透辉石基微晶玻璃的抗弯强度高达104.77 MPa、硬度为634.32 HV、吸水率和耐酸碱腐蚀性均小于0.2%,废弃物综合利用率达78.61%。