CN101024554B - 富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法 - Google Patents

富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法，属于工业废弃物的综合利用。特点是：该微晶玻璃的制备原料为稀选尾矿、石英砂，其化学组成按重量百分比为：SiO230～70％，CaO 5～20％，Al2O35～15％，CaF2 3～15％，ReO 3～15％，Nb2O5 0～5％，TiO2 0-10％。本发明采用包钢稀选尾矿作为原料制取微晶玻璃更有优势的是：含有的氧化铌能够使微晶更为细小，显著提高断裂韧度；含有的氧化铁可作为形核剂，不需形核剂的特意加入，且可开发出高档建筑装饰或工业用耐磨损耐腐蚀材料，提高了材料的技术含量和附加值，使资源获得再生。

Description

富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法，具体地说，它是利用稀选尾矿为原料，制备的微晶玻璃及其制造方法，属于工业废弃物的综合利用。
背景技术：
尾矿的废弃不仅占用大量土地，而且对周边的水资源和土壤造成严重污染。近年来，国内外对CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的研究日益增多，CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的主晶相多为β-硅灰石，利用烧结法制造的该系统微晶玻璃，具有强度高、耐酸碱性好等优异性能。虽然近年来少数矿山的尾矿已被回收并制成微晶玻璃，但需补加添加剂、形核剂，存在生产成本高等问题，而且晶化率低，机械性能较差。
发明内容：
本发明解决的技术问题是：提供一种以稀选尾矿为主要原料制备微晶玻璃，达到综合利用白云鄂博矿资源的目的，使微晶玻璃的微晶更为细小，断裂韧度显著提高，且不需加入形核剂的一种富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法。
技术解决方案：
本发明微晶玻璃的制备原料为稀选尾矿、石英砂，其化学组成按重量百分比为：SiO230-70％，CaO 5-20％，Al2O35-15％，CaF23-15％，ReO 3-15％，Nb2O50-5％，TiO20-10％。
稀土氧化物ReO为氧化铈、氧化镧、氧化钕。
富稀土、铌、萤石的稀选尾矿微晶玻璃的制造方法，方法步骤包括：
1)根据稀选尾矿的化学组成以及产品的要求，按重量比配料，稀选尾矿10％～70％，石英砂10％～50％。
2)混料：采用球磨混合，混料时间为30～300min。
3)熔化：在高温炉内进行，熔化温度为1350～1600℃，保温时间为60～300min。
4)淬水或浇注：将玻璃熔体水淬成0.1～3mm的玻璃颗粒，烘干待用；或将玻璃熔体直接浇入预热的模具内，成型后进行热处理。
5)成型：将水淬后的玻璃颗粒筛分，将粒度：0.1-2mm细玻璃粉末装入模具中，压制成型。
6)处理：将压制成型的玻璃颗粒放入高温炉内，以3～30℃/min的升温速率加热到700～1000℃，保温60～240min，然后以5～30℃/min的升温速率加热到800～1100℃，晶化60～240min，然后炉冷到室温，最后经切割、打磨、抛光等表面处理。
7)玻璃熔体浇注成型后，立即进行退火处理，退火温度为500～800℃，保温60～180min，然后执行和烧结法相同的晶化工艺。
本发明采用尾矿来制备微晶玻璃，可开发出高档建筑装饰或工业用耐磨损耐腐蚀材料，提高了尾矿的技术含量和附加值，使资源获得再生，避免用于技术含量不高，附加值低的领域，如普通水泥、筑路等。在传统的微晶玻璃生产中，除了CaO、Al2O3、SiO2作为主要原料外，还要补充澄清剂、形核剂，以起到消除气孔、形核、晶化的作用。但由于包钢稀选尾矿不仅含有制备微晶玻璃所需的主要化学成分，而且富含为降低玻璃熔制温度而添加的碱土氧化物，以及作为玻璃澄清剂使用的萤石，且富含的稀土、铌能促进玻璃的晶化，使微晶更为细小，显著提高微晶玻璃的机械性能。这样就使生产该尾矿微晶玻璃的成本大幅降低。具体表现在，因富含萤石而使熔制温度降低，不需添加剂，节省燃料消耗；富含铌、稀土，可不加形核剂，且氧化铌、氧化稀土能够使微晶更为细小。因此，与一般尾矿相比，利用包钢稀选尾矿的各种矿物的共生特点，生产的微晶玻璃，具有多方面的优势。
本发明针对富含稀土、铌以及萤石的稀选尾矿还未利用的现状，提供一种以稀选尾矿为主要原料，以代替微晶玻璃基本原料配方中的石英、长石、石灰石组分。其关键技术在于掌握不同类型产品中的富含稀土、铌以及萤石的稀选尾矿的配比加入量，在不加形核剂、澄清剂的情况下，经过工艺优化，生产出性能良好的微晶玻璃。稀选尾矿加入量为30～70％。
本发明为工业废弃物的高端产品利用，所制备的微晶玻璃显微硬度HV700～1200，抗压强度400～600Mpa，抗折强度150～185Mpa，体积密度2.8～3.2gcm-3，耐酸性0.10，耐碱性0.07，性能优异，在尾矿微晶玻璃的同类产品中，具有较高的机械性能。本发明的尾矿微晶玻璃可作为建筑上的装饰材料，也可作为化工设备上的防腐材料，还可作为冶金、煤炭、电力等的耐磨、耐腐蚀材料。
具体实施方式：
实施例1
1、配料：原料按重量配比为：稀选尾矿30％，石英砂50％，石灰石10％，长石5％，TiO23.7％，ZnO1.3％。
2、混料：将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min。
3、熔化：将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min。
4、浇注：将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实。
晶化处理：将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为：SiO254.6％，Al2O37.0％，CaO17.1％，Fe2O34.6％，B2O32.0％，Na2O+K2O4.6％，ZnO1.5％，Nb2O50.05％，ReO1.2％，CaF3.8％，TiO23.7％。该微晶玻璃的性能指标为：密度2.9g.cm_3，硬度HV850，抗折强度180Mpa，抗压强度450Mpa，耐酸性0.08，耐碱性0.06。
实施例2
1、配料：原料按重量配比为：稀选尾矿50％，石英砂35％，石灰石5％，长石5％，氧化铝5％。
2、混料：将配好的原料用球磨混合，混料时间为100min。
3、熔化：将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1430℃，保温时间为120min。
4、浇注：将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实。
5、晶化处理：将成型玻璃以10℃/min升温到800℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到900℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为：SiO250％，Al2O39％，CaO17.6％，Fe2O39％，Na2O+K2O1.6％，Nb2O50.09％，ReO2.0％，CaF6.4％，MgO0.9，BaO2％，P0.5％，S1.5％。该微晶玻璃的性能指标为：密度3.1g.cm_3，硬度HV1100，抗折强度185Mpa，抗压强度480Mpa，耐酸性0.07，耐碱性0.058。
实施例3
1、配料：原料按重量配比为：稀选尾矿70％，石英砂26％，石灰石4％。
2、混料：将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min。
3、熔化：将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min。
4、浇注：将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。
5、晶化处理：将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为：SiO245.6％，Al2O35.5％，CaO10.6％，Fe2O312.6％，Na2O+K2O4.6％，Nb2O50.15％，ReO3.5％，CaF9.3％，MgO1.5，BaO3％，P1.2％，S2.3％。该微晶玻璃的性能指标为：密度3.3g.cm_3，硬度HV1120，抗折强度160Mpa，抗压强度450Mpa，耐酸性0.078，耐碱性0.07。

Claims (3)

1.富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃的制造方法，其特征在于，制造方法如下：
1)配料：原料按重量配比为：稀选尾矿30％，石英砂50％，石灰石10％，长石5％，TiO23.7％，ZnO1.3％；
2)混料：将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min；
3)熔化：将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min；
4)浇注：将玻璃熔体浇入预热好的模具内，模具预热温度为900℃，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min，或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实；
5)晶化处理：将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
2.富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃的制造方法，其特征在于，制造方法如下：
1)配料：原料按重量配比为：稀选尾矿50％，石英砂35％，石灰石5％，长石5％，氧化铝5％；
2)混料：将配好的原料用球磨混合，混料时间为100min；
3)熔化：将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1430℃，保温时间为120min；
4)浇注：将玻璃熔体浇入预热好的模具内，模具预热温度为900℃，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min；或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实；
5)晶化处理：将成型玻璃以10℃/min升温到800℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到900℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
3.富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃的制造方法，其特征在于，制造方法如下：
1)配料：原料按重量配比为：稀选尾矿70％，石英砂26％，石灰石4％；
2)混料：将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min；
3)熔化：将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min；
4)浇注：将玻璃熔体浇入预热好的模具内，模具预热温度为900℃，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min；
5)晶化处理：将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
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