TFT-LCD廢玻璃混合轉爐石資材化燒製輕質骨材之發泡機制研究

Abstract

本研究以薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD)廢素玻璃及煉鋼副產物轉爐石(Basic Oxygen Furnace Slag, BOF slag)為原料，利用熱分析質譜儀對原料進行產氣機制分析。將原料透過不同比例混合後，研析可產生發泡反應之配比及其發泡溫度區間，並以此發泡溫度區間分別持溫10 min、20 min及30 min進行高溫熱處理，研究熱處理溫度及持溫時間對體密度、吸水率及抗壓強度等發泡特性之影響，評估以TFT-LCD廢素玻璃混合轉爐石燒製輕質骨材之可行性。 試驗結果顯示當TFT-LCD廢素玻璃與轉爐石之比例為8:2(配比B2)、7:3(配比B3)與6:4(配比B4)時，可產生發泡反應，其發泡溫度區間分別為1040 oC─1160 oC、1040 oC─1080 oC與1020 oC─1080 oC，經分析造成發泡反應之氣體為轉爐石中Fe2O3於1000 oC以上進行還原反應所釋出之CO2。體密度變化大致隨著熱處理溫度及持溫時間之增加而降低，惟持溫30 min時，配比B2試體因內部大孔隙互相影響結合而使孔隙減少，以及配比B4試體因黏滯性液相有足夠時間產生黏滯流動而填補連通孔隙，致造成體密度在較高熱處理溫度時可因之略增。吸水率變化趨勢因成分而異，玻璃成分較多之配比(B2)，試體表面玻璃化後，溫度與持溫時間增加將使表面玻璃化更加完整，吸水率因此下降，但持溫時間由20 min增加至30 min時，因氣體產量過多，破壞表面玻璃化結構，造成吸水率因之上升；反之，玻璃成分較少之配比(B4)，試體表面無玻璃化形成，吸水率因此隨溫度與持溫時間增加而上升。抗壓強度則隨熱處理溫度上升及持溫時間增加而下降。 應用方面，配比B2於熱處理溫度1100 oC、持溫時間10 min之體密度為1.15 g/cm3、吸水率為5.84%、抗壓強度為26 Mpa，具有製造結構用輕質骨材之潛力。配比B3於熱處理溫度1080 oC、持溫時間20 min之體密度為0.85 g/cm3、吸水率為17.93%、抗壓強度為5 Mpa，具有製造非結構用輕質骨材之潛力。