Influence of Ferrum on Crystallization and Microstructure of Steel Slag Based Glass-Ceramics

Abstract

The influence of iron content and oxidation state on the crystallization and microstructure of steel slag based glass-ceramics was investigated in the CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -MgO-FeO x system. The crystallization mechanism of parent glass and microstructure of final products were studied by thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The results indicate that part of Fe 3+ appeared as six-coordinated [FeO 6 ] octahedron and acted as network modifier with more ferrous or metallic irons being further oxidized to ferric irons. The crystalline temperatures of glass samples shifted to higher values as the iron content became lower supported by the result of crystallization activation energy. The crystal morphology of low iron content samples appeared mainly in the form of cluster or column and limited amount of granule, while sample with high iron content was principally composed of granular crystals.

Materiales vitrocerámicos obtenidos a partir de residuos sólidos tales como cenizas, escorias y vidrio: revisión

“…La escoria de acero, el principal desecho sólido metalúrgico, es más difícil de utilizar debido a su pobre molienda e inestabilidad de volumen, que se caracteriza por una gran cantidad de óxidos de hierro y CaO/MgO. Sin embargo, bajo la acción de un modificador o activador químico, por ejemplo, cenizas volantes, arena de cuarzo, Na 2 SiO 3 , entre otros, la escoria de acero se convierte en un buen candidato para su uso en vitrocerámicas y cemento (Liu et al, 2015). De acuerdo con lo reportado por Liu et al (2015), es posible ajustar la composición de una escoria mediante reducción térmica de carbono para reducir los óxidos de hierro en la escoria fundida, implementando además modificadores como cenizas volantes o relaves, que contienen sílice y alúmina para reducir la viscosidad y la basicidad de la vitrocerámica.…”

“…Sin embargo, bajo la acción de un modificador o activador químico, por ejemplo, cenizas volantes, arena de cuarzo, Na 2 SiO 3 , entre otros, la escoria de acero se convierte en un buen candidato para su uso en vitrocerámicas y cemento (Liu et al, 2015). De acuerdo con lo reportado por Liu et al (2015), es posible ajustar la composición de una escoria mediante reducción térmica de carbono para reducir los óxidos de hierro en la escoria fundida, implementando además modificadores como cenizas volantes o relaves, que contienen sílice y alúmina para reducir la viscosidad y la basicidad de la vitrocerámica. Después del proceso de fusión y temple de la mezcla, se separa magnéticamente el hierro sólido de la frita, debido a la generación de magnetita cuando el hierro fundido y reducido reacciona con el agua en condiciones de alta temperatura.…”

“…Durante el proceso de reducción, el estado de ocurrencia de hierro en la escoria se debe controlar de acuerdo con los requisitos de la cerámica de vidrio. Por lo general, Fe 3+ por debajo del 3 % en peso o Fe 2+ por debajo del 4,5 % en peso en vitrocerámica tendría un efecto favorable en sus propiedades (Liu et al, 2015).…”

Preparation and characterization of glass–ceramic under various sintering atmospheres

“…Take the transitional metal for example, Fe will make the glass frits have a high driving force to facilitate the crystallization process since the high field strength of Fe 3+ . On the other hand, the increase of viscosity value resulting from the transition of Fe 2+ /Fe to Fe 3+ /Fe 2+ will interfere implementation of crystallization [7,8].…”

Preparation of slag glass ceramic from electric arc furnace slag, quartz sand and talc under various MgO/Al2O3ratios

“…1,2 Unfortunately, the volume instability caused by free CaO/MgO and phase transition of β-C 2 S to γ-C 2 S imposes restrictions on the utilisation of EAF. 3,4 The ordinary treatments such as paving, stockpile and cement production are far behind their promising values. Meanwhile, these low value added disposal methods may lead to the occurrence of secondary particle pollution.…”