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1. 研究目的与意义（文献综述）
冶金工业是重要的原材料工业部门，为国民经济的各部门提供金属材料，是经济发展的物质基础。随之而来的是冶金工业生产的各个环节所产生的大量固体废弃物。如，炼铁产生的高炉渣； 炼钢产生的钢渣； 铁合金生产过程产生的铁合金渣； 不锈钢产业中镍矿提铁后产生的镍渣；选铁过程中产生的铁尾矿； 有色金属冶炼产生的各种废渣尾矿； 还有瓦斯泥、除尘灰、煤矸石，粉煤灰等等。2018年，从有色行业冶炼废渣情况来说，产生量达到1.28亿吨，综合利用量为2240万吨，利用率仅为17.5 %，这些都给自然环境造成了巨大的压力。
中国四川省攀枝花市矿产资源丰富，是中国西部最大的钢铁钒钛和能源基地，被誉为“富甲天下的聚宝盆”、“中国西部工业明珠”，但冶炼而来的冶金渣废弃物不仅占地大，而且严重污染环境：仅2006年，攀枝花市产生冶金渣共计328.32万吨，除了外卖小冶金企业，生产建筑用品外，仍有不少部分分散填埋于地方小流域治理，占用大量土地，污染生态环境；不仅如此，冶金渣还能通过空气，地下水等传播途径，生物富集作用而使食品中的重金属含量显著增高，进入人们身体，造成重金属中毒，日本当年著名的水俣病就是重金属中毒的案例：50年代初，在日本九州岛南部熊本县一个叫水俣镇的地方，出现了一种因长期食用水俣湾中含有汞的海产品而导致的中枢神经性疾病。患者初期口齿不清、面部痴呆、手脚发抖、步履不稳。此病经久难愈，发展到后期，会出现耳聋眼瞎，神经异常，全身弯曲，骨骼变脆，只要轻微活动，甚至从床上坐起，都会发生骨折而悲惨死去，所以称“水俣病”。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究的基本内容：
材料制备：模拟冶金渣成分，对CaO-MgO-Al2O3-SiO2 （CMAS）系玻璃，进行合适的组分设计，对多组样品，控制成分的含量，将材料熔制成玻璃，对其进行切割、粉磨、筛分。
材料表征：对不同组分的玻璃进行性能测试，分析成分含量和实验条件变化对性能的影响；运用现代测试技术手段如电子万能材料试验机进行力学强度检测；XRD、SEM、DSC等对玻璃样品进行测试，分析组分与结构和性能变化的关系。
2.2 研究目标
1、选择合适的基础玻璃体体系，进行组分设计，制备工业微晶玻璃样品；
2、利用现代测试技术手段，研究晶核剂组合，热处理温度制度变化对微晶玻璃材料结构与性能的影响；
3、分析并总结数据，系统分析与讨论封接玻璃成分变化对其结构与性能之间的关系。
2.3拟采用的技术方案及措施：
2.3.1玻璃材料的制备
据统计，2014 年我国高炉渣产生量别约为75570万t，利用率约为 76. 7%。仍然还有大部分冶金渣进行填埋，本次研究以高炉渣、电炉镍铁渣为模拟，以高炉渣：电炉镍铁渣=5：4，添加适量的石英砂和晶核剂，进行CMAS组分设计。通过改变晶核剂的含量，设计一系列方案。通过改变晶核剂组合CeO2与Cr2O3的含量，设计了一系列的配方。从CeO2含量为0wt%开始为第一组，每组间隔0.5 wt%，相应的Cr2O3含量增加，其它成分的含量不变。设计的玻璃组分如下标所示。
| 编号 | SiO2 | BaO | Al2O3 | MgO | Ti2O | Fe2O3 | CaO | CeO2 | Cr2O3 | 总计 |
| 1 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 0 | 3 | 100 |
| 2 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 0.5 | 2.5 | 100 |
| 3 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 1 | 2 | 100 |
| 4 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 1.5 | 1.5 | 100 |
| 5 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 2 | 1 | 100 |
| 6 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 2.5 | 0.5 | 100 |
| 7 | 42.3 | 3 | 8.62 | 19.84 | 0.39 | 6.47 | 16.38 | 3 | 0 | 100 |
将原料准确称量后混合均匀，分别装入刚玉坩埚。在电炉中以5 ℃/min的升温速率升温至1200 ℃，保温1 h，继续升温至1600 ℃，保温2h。将玻璃液倒入去离子水中淬冷，得到基础玻璃。 得到的玻璃一部分用于基础玻璃测试（包括DSC、热膨胀曲线），比较成分含量对玻璃性能的影响；在上述实验后，选择一组性能表现良好的玻璃样品，将玻璃在球磨机中磨成粉料，压块，根据DSC所测得的析晶温度范围，选择两个不同的析晶温度，放在高温晶化炉进行热处理，分别保温1 h、2 h、5h，得到微晶玻璃。探究不同处理温度和处理时间对玻璃性能的影响，并且对该组玻璃进行热膨胀系数测试，对比热处理前后玻璃CTE值的变化。
2.3.2玻璃材料的测试与表征
将切割好的玻璃材料进行测试与表征：玻璃的力学性能可通过电子万能材料试验机测试得来；玻璃的热膨胀曲线、热膨胀系数、玻璃转变温度、玻璃软化温度等数据可由热膨胀测试和DSC测试得到；玻璃的化学稳定性利用玻璃遇水会产生碱性反应，用盐酸滴定玻璃转入溶液中的含碱量来表示；利用SEM对玻璃晶粒进行观察分析；通过XRD对玻璃进行成分分析，分析晶相种类及含量；用矢量网络分析仪可测试玻璃的介电性质；采用红外吸收光谱测试，分析不同分子基团和化学键的变化。
3. 研究计划与安排
第1-3周：查阅国内外冶金渣工业微晶玻璃的相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备以及封接玻璃的主要性能。结合文献资料，确定系统的实验技术方案，并完成开题报告；
第4-8周：选择合适的工业微晶玻璃体体系，进行组分设计和微晶玻璃样品的制备；
第9-12周：利用现代测试技术手段，对微晶玻璃的结构与性能进行分析；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] h. l. zhou, k. q. feng, c. h. chen, et al. influence of ceo2 addition on the preparation of foamed glass-ceramics from high-titanium blast furnace slag[j]. international journal of minerals metallurgy and materials, 2018, 25(6): 689-695.
[2] c. p. xi, f. zheng, j. h. xu, et al. preparation of glass-ceramic foams using extracted titanium tailing and glass waste as raw materials[j]. construction and building materials, 2018, 190: 896-909.
[3] [1] shuai zhang, yanling zhang, zhenmin qu. effect of soluble cr2o3 on the silicate network, crystallization kinetics, mineral phase, microstructure of cao-mgo-sio2-(na2o) glass ceramics with different cao/mgo ratio[j]. ceramics international, 2019.
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