CN101786796A - 用高硅铁尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
一种低膨胀微晶玻璃，其特征在于：配合比按重量百分比的组合为：铁尾矿30～35；石英40～45；氧化铝16～18；碳酸锂5～10；氧化锌0.2～2；碳酸钡0.1～2；硼酸0.1～1；氧化锌、碳酸钡、硼酸、这3种组分的合量在1～4之间；氧化钛1～4；氧化锆1～4；氧化钛与氧化锆的合量在3～5之间。本发明解决了利用废弃物制造低膨胀微晶玻璃的问题，具有减少环境污染、提高产品性能、降低生产成本的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种低膨胀微晶玻璃以及这种低膨胀微晶玻璃的制造方法。
背景技术
自从人们1950年代后期发明微晶玻璃以来至今已经有半个多世纪了，国内外众多研究机构和厂商在这方面进行了大量的开发与研究工作。到目前为止微晶玻璃已经形成了一种特别门类的材料，其品种繁多，性能各异，具有十分广泛的用途。
微晶玻璃是通过控制玻璃的结晶而得到的一种多晶材料。低膨胀微晶玻璃主要是指Li2O-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃。由于它同时具备了抗温度冲击，高频绝缘，高机械强度，高化学稳定性这四个方面的优良性能，所以能够广泛应用于天文望远镜、高温电光源玻璃、实验室用加热器具、高温热交换器、代石英玻璃、高温窗、炊具、餐具等领域，目前已成为微晶玻璃乃至材料科学中的一个重要分支。具有适当组成的Li2O3-Al2O3-SiO2系统玻璃经过受控晶化热处理后可析出大量低膨胀甚至负膨胀的β-石英固溶体微小晶相。这使得此类制品具有良好的抗热震、耐高温、耐腐蚀及高机械强度等性能。
目前生产低膨胀微晶玻璃所使用的原料除了石英砂以外基本上都是化工原料。用常规原料制造低膨胀微晶玻璃的一般方法是：玻璃配合料的成分为(重量％)：石英砂60～65，氧化铝20～24，碳酸锂9.5～9.9，氧化镁0～1，二氧化钛2～4，二氧化锆2～4，氧化锌1～2，碳酸钠0.5～0.7，碳酸钾0.6～0.8，碳酸钡1.5～3.2，玻璃熔化温度：1620～1650℃，热处理制度与尾矿微晶玻璃相同。
现有的玻璃配合料的缺点是：原料成本高；玻璃熔化温度高，一般在1600-1650℃之间，这势必增加燃料消耗，还加剧了玻璃液对窑炉耐火材料的侵蚀；化工原料与矿物原料相比较，在氧化物组成及熔化温度相同的条件下，玻璃配合料中的化工原料越多则对熔炉耐火材料的侵蚀越重。
发明内容
本发明提供一种用高硅铁尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，要解决现有的微晶玻璃制造方法不能用铁尾矿、原料成本高以及熔化温度高的问题。
本发明所带来的积极效果是：
1.铁尾矿是一种矿山废弃物，它侵占耕地、污染环境甚至有可能造成溃坝等危及生命财产的灾害性事故。将它作为工业原料加以利用可以减少其堆存量，减轻尾矿对环境的危害。
2.因为铁尾矿是一种矿山废弃物，所以它除了运输费用以外其它成本基本为零。将其用在玻璃配合料中可以代替部分石英砂、氧化铝、氧化镁、纯碱、碳酸钾等常规原料，能够降低玻璃配合料成本20％以上。
3.引入铁尾矿后，减少了纯碱、碳酸钾等化工原料的用量，而这些原料都对耐火材料具有很强的侵蚀作用。因此在氧化物组成及熔化温度不变的条件下，可以减轻玻璃液对熔炉耐火材料的侵蚀。
4.用铁尾矿代替部分化工原料后，SiO2、Al2O3这两种难熔组分中有一部分已经成为化合物，因此还可以降低玻璃的熔化温度，同时提高玻璃的熔制速度，从而提高了熔窑效率，降低了能耗。在上述3、5两项因素的共同作用下，玻璃的熔化温度能够从1650℃降低至1550℃。
总之，本发明带来的好处是减少环境污染、降低生产成本。
本发明用三点弯曲法测定材料的抗弯强度为140(MPa)，采用热膨胀仪测试本发明的热膨胀系数仅为2×10-7/℃。
本发明进行X射线衍射分析结果如下：
| 编号 | 铝硅酸锂 | 锂辉石 | 尖晶橄榄石 | 平均晶粒大小 |
| 1 | ≥95％ | - | - | 30mm |
| 2 | - | 90％ | 10％ | 45mm |
具体实施方式
实施例1：
通过称量、混合制成玻璃配合料，其组成按重量百分比为：铁尾矿30、石英45、氧化铝17、碳酸锂9.6、氧化锌1.0、碳酸钡2.0、硼酸0.8、氧化钛2.0、氧化锆2.0。
将上述玻璃在1600℃的温度下熔化4小时；将熔化好的玻璃液浇注成直径100毫米，厚度5毫米的圆片，立即送入窑炉中进行退火，温度为680℃，时间为1小时；完成退火后直接升温进行核化和晶化，核化温度为700℃，时间1.5小时，晶化温度为810℃，时间2小时；晶化结束后以5℃/小时的速度降温至室温即可得到结晶均匀、晶粒尺寸小于50纳米的成品。产品的膨胀系数为5×10-7/℃，抗弯强度100Mpa，产品色泽为透明深棕色。
实施例2：
通过称量、混合制成玻璃配合料，其组成按重量百分比为：铁尾矿35、石英40、氧化铝18、碳酸锂7.6、氧化锌1.0、碳酸钡2.0、硼酸0.8、氧化钛4.0、氧化锑1.0。
将上述玻璃在1580℃的温度下熔化4小时；将熔化好的玻璃液浇注成直径100毫米，厚度5毫米的圆片，立即送入窑炉中进行退火，温度为670℃，时间为1小时；完成退火后直接升温进行核化和晶化，核化温度为700℃，时间1.5小时，晶化温度为950℃，时间2小时；晶化结束后以5℃/小时的速度降温至室温即可得到结晶均匀、晶粒尺寸小于1000纳米的成品。产品的膨胀系数为12×10-7/℃，抗弯强度140Mpa，产品色泽为不透明浅棕色。
实施例3：
通过称量、混合制成玻璃配合料，其组成按重量百分比为：铁尾矿35、石英40、氧化铝18、碳酸锂9.6、碳酸钡2.0、氧化钛2.0、氧化锆2.0。
将上述玻璃在1560℃的温度下熔化4小时；将熔化好的玻璃液浇注成直径100毫米，厚度5毫米的圆片，立即送入窑炉中进行退火，温度为620℃，时间为1小时；完成退火后直接升温进行核化和晶化，核化温度为680℃，时间1.5小时，晶化温度为780℃，时间2小时；晶化结束后以5℃/小时的速度降温至室温即可得到结晶均匀、晶粒尺寸小于50纳米的成品。产品的膨胀系数为8×10-7/℃，抗弯强度100Mpa，产品色泽为透明深棕色。
实施例4：
通过称量、混合制成玻璃配合料，其组成按重量百分比为：铁尾矿32、石英45、氧化铝16、碳酸锂6、氧化锌0.5、碳酸钡1.6、硼酸0.8、氧化钛3.0、氧化锆1.0、氧化锑0.5。
将上述玻璃在1560℃的温度下熔化4小时；将熔化好的玻璃液浇注成直径100毫米，厚度5毫米的圆片，立即送入窑炉中进行退火，温度为620℃，时间为1小时；完成退火后直接升温进行核化和晶化，核化温度为700℃，时间1.5小时，晶化温度为920℃，时间2小时；晶化结束后以5℃/小时的速度降温至室温即可得到结晶均匀、晶粒尺寸小于1000纳米的成品。产品的膨胀系数为15×10-7/℃，抗弯强度140Mpa，产品色泽为不透明浅棕色。
Claims (8)
1.一种低膨胀微晶玻璃，其特征在于：其配合比按重量百分比的组合为：
铁尾矿 30～35
石英 40～45
氧化铝 16～18
碳酸锂 5～10
氧化锌 0.2～2
碳酸钡 0.1～2
硼酸 0.1～1
氧化锌、碳酸钡、硼酸、这3种组分的合量在1～4之间
氧化钛 1～4
氧化锆 1～4
氧化钛与氧化锆的合量在3～5之间。
2.根据权利要求1所述的低膨胀微晶玻璃，其特征在于：其配合比按重量百分比的组合为：
铁尾矿 30～35
石英 40～45
氧化铝 16～18
碳酸锂 5～10
氧化锌 0.2～2
碳酸钡 0.1～2
硼酸 0.1～1
氧化锌、碳酸钡、硼酸、这3种组分的合量在1～4之间
氧化钛 1～4
氧化锆 1～4
氧化钛与氧化锆的合量在3～5之间
氧化锑 ≤1。
3.根据权利要求1所述的低膨胀微晶玻璃，其特征在于：其配合比按重量百分比的组合为：
铁尾矿 30～35
石英 40～45
氧化铝 16～18
碳酸锂 6～9.6
碳酸钡 1～2
氧化钛 2～4。
4.根据权利要求1所述的低膨胀微晶玻璃，其特征在于该玻璃配合料按重量百分比配比为：
铁尾矿 30～35
氧化铝 16～18
石英 40～45
碳酸锂 6～9.6
碳酸钡 1～2
氧化钛 2～4
氧化锌 ≤1
硼酸 ≤1
氧化锆 ≤2
氧化锑 ≤1。
5.一种制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1，将玻璃配合料在1550～1620℃的温度下在窑炉中熔化4小时；
步骤2，将熔化好的玻璃液成型；
步骤3，成型后立即送入窑炉中进行退火，温度为600-690℃，退火时间为1-2小时；
步骤4，核化和晶化处理，核化温度为650-750℃，时间1-2小时，晶化温度为750-1000℃，时间1-2小时；
步骤5，晶化结束后降温至室温。
6.根据权利要求5所述的制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征在于：上述步骤1中玻璃配合料熔化所用的窑炉为坩埚窑或池窑。
7.根据权利要求5所述的制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征在于：上述步骤2中将熔化好的玻璃通过浇注、压制或压延的方法成型。
8.根据权利要求5所述的制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征在于：上述步骤3中退火所用的窑炉为室式窑炉或连续式窑炉。
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