近年来我国不锈钢产量迅速增加,对铬铁的需求量也越来越大。同时,铬是一种重金属元素,会对环境造成一定的污染。随着国家对环保要求越来越高,与铬相关的生产企业面临的压力也越来越大。因此,找到合理方法综合利用铬铁合金渣,对于资源利用、节能减排和环境保护具有重要意义。低碳铬铁合金渣是铬铁矿在1700℃下,以碳为还原剂经过高温还原制备铬铁合金过程中产生的冶金废渣。低碳铬铁合金渣的主要成分为Ca O、Si O₂、Al₂O₃、MgO,另外还有少量的Cr₂O₃和Fe₂O₃,而利用工业固废制备的建筑装饰微晶玻璃基本上属于Ca O-Si O₂-Al₂O₃或Ca O-Si O₂-MgO-Al₂O₃体系,同时,铬铁合金渣中Fe₂O₃,Cr₂O₃以及高熔点物质,为异相形核创造条件,对微晶玻璃的制备起到积极作用。本文根据MgO含量为5%的Ca O-Al₂O₃-Si O₂三元相图设计基础玻璃组分点,利用Fact Sage热力学软件模拟计算基础玻璃组分点,通过单因素实验,结合DSC曲线,探究了以铬铁合金渣为主要原料、石英砂为调质剂,采用烧结法制备微晶玻璃的相关工艺参数。利用XRD、SEM-EDS对制备的微晶玻璃试样进行了析晶矿物组成和显微结构分析,检测了微晶玻璃的理化性能及铬的重金属浸出率。利用Fact Sage热力学软件计算了以熔融态铬铁合金渣为原料,熔制玻璃液的补热问题。根据MgO含量为5%的Ca O-Al₂O₃-Si O₂三元相图设计基础玻璃化学成分组成范围为Ca O:37.1%~38.1%,Si O₂:50.5%~51.8%,Al₂O₃:5.6%~6.0%,MgO:5.5%~5.7%。结合铬铁合金渣及石英砂成分,确定基础玻璃原料成分:铬铁合金渣占比72%~74%,石英砂占比26%~28%。针对铬铁合金渣碱度高、析晶性强的特点,本文采用了快速升温至接近玻璃渣熔点以完成烧结过程,然后降温至晶化温度以完成晶化过程的新型烧结工艺,达到了制备性能优良的矿渣建筑装饰微晶玻璃的目的。研究发现,在铬铁合金渣占比72%~74%,石英砂占比26%~28%范围内,基础玻璃原料熔制温度应控制在1325℃以上,才能保证原料的完全熔化,使玻璃液具有良好的流动性,顺利实现水淬。以铬铁合金渣与石英砂配比为74%:26%的基础玻璃配方,以抗折强度作为检测指标,进行工艺参数探究,得到的最优工艺参数为:烧结温度1190℃、烧结时间5min、晶化温度1003℃、晶化时间60min、基础玻璃粒度200~250网目,制样压力2MPa。结合XRD及SEM-EDS分析,制备的微晶玻璃试样析出的主晶相为透辉石(Ca Mg Si₂O₆)、硅灰石(Ca Si O₃)及铁辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆),与Fact Sage热力学模拟计算的预期主晶相一致。显微结构显示:试样析晶量大,结晶度高,大量晶体联结在一起体呈不规则的块状,铬铁合金渣本身带有的Cr₂O₃和Fe₂O₃可以充分充当晶核剂,诱导玻璃分相,利于微晶玻璃析晶。制备的微晶玻璃试样理化性能为:抗折强度(73.14~125.15MPa)、莫氏硬度(6~7)、密度(2.5~2.7g/cm~3)、吸水率(2.18%~3.12%)、耐酸性(99.14%~99.29%)、耐碱性(98.21%~98.88%)、铬的重金属浸出率为1.25 mg/L,符合国家标准(<10mg/L),综合性能优于天然大理石、花岗岩材料。通过Fact Sage热力学软件计算铬铁合金渣出渣温度为1700℃时,1kg液态铬铁合金渣具有1.1087×10~3k J的热量;在铬铁合金渣占比72%~74%,石英砂占比26%~28%范围内,在1500℃熔制1kg玻璃液所需要的热量为1.17301×10~3~1.17555×10~3k J;热补偿量占熔制玻璃液所需热量的30.06%~32.09%,铬铁合金渣的热量利用率约70%,满足炉渣的显热回收率要求。综上,本文采用铬铁合金渣和石英砂为原料通过新型烧结法制备的矿渣微晶玻璃,具有良好的理化性能,其铬的重金属浸出率符合国家标准,综合性能优于传统建筑装饰材料,可以作为传统建筑装饰材料的替代品。因此,研究结果为铬铁合金渣的综合利用找到了一条新途径,对于固废资源综合利用、节能减排和环境保护具有非常重要的意义。