CN101891389B

CN101891389B - 一种温石棉尾矿微晶玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN101891389B
Application number: CN 201010233847
Authority: CN
Inventors: 陈吉明; 彭同江; 孙红娟
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: CN101891389A

Abstract

本发明公开了一种温石棉尾矿微晶玻璃及其制备方法，属于温石棉尾矿治理与综合利用技术领域。它包括如下原料，以重量百分比计：温石棉尾矿30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9-10％，工业硝酸钡0-4％，工业萤石0-4％，工业纯碱4-6％。其制备方法包括步骤如下：1)将温石棉尾矿进行预匀化处理；2)配制混合料；3)熔化玻璃液；4)水淬制粉；5)压制成型；6)晶化与烧结；7)脱模与后加工；经上述方法制备得到的微晶玻璃可应用于建筑、化工防腐、矿山耐磨衬里等。本发明配方合理、可有效提高温石棉尾矿综合利用率，减轻环境污染；同时通过对温石棉尾矿无害化转相，降低了温石棉尾矿废弃物的处理成本，有益于推广应用。

Description

一种温石棉尾矿微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃及其制备方法，特别是一种温石棉尾矿微晶玻璃及其制备方法，属于温石棉尾矿治理与综合利用技术领域。

背景技术

温石棉尾矿是在纤蛇纹石石棉采选过程中排弃的一种废石尾渣，主要成分为蛇纹石。由于石棉矿石品位低，每生产一吨温石棉产品，就要排掉几十立方米的尾矿，长期堆存，没有得到利用。众所周知，石棉是致癌物，温石棉尾矿对环境和人体具有严重的危害性。目前对石棉废物和石棉尾矿的处理一般采用混凝土固化、玻璃化烧结固化等固化后深埋，尾矿综合利用率低，处理成本较高。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可提高温石棉尾矿利用率，减轻环境污染、实现温石棉尾矿综合利用的一种温石棉尾矿微晶玻璃，同时还提供一种温石棉尾矿微晶玻璃的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种温石棉尾矿微晶玻璃，其特点为：它包括如下原料，以重量百分比计：温石棉尾矿30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9-10％，工业硝酸钡0-4％，工业萤石0-4％，工业纯碱4-6％。

上述原料中，还可以加入以重量百分比计的硅砂0～18％，长石0～40％。

本发明第二个目的，是提供一种上述温石棉尾矿微晶玻璃的制备方法，它包括步骤如下：

1)将温石棉尾矿进行预匀化处理；

2)配制混合料；以重量百分比：该混合料中含有温石棉尾矿30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9-10％，工业硝酸钡0-4％，工业萤石0-4％，工业纯碱4-6％；将所述混合料投入球磨机球磨混合60～240min，出料粒度小于0.074mm；

3)熔化玻璃液；将步骤2)球磨后的混合料投入到玻璃窑炉中，在1300～1500℃高温下熔化成玻璃液，并保温60～240min；

4)水淬制粉；将步骤3)熔化后的玻璃液进行水淬处理，得到的水淬玻璃颗粒，再烘干、球磨成粒度小于0.074mm的玻璃粉末备用；

5)压制成型；将步骤4)的玻璃粉末装满于预制的模具中且压制成型为素坯，模具压力为20～25MPa；

6)晶化与烧结；将步骤5)成型的素坯置于隧道窑炉内，以3～10℃/min的升温速率升温至800～1000℃；恒温晶化90～240min后，再以3～10℃/min的升温速率升温至850～1150℃，恒温烧结90～240min；最后，以3～10℃/min的速率退火至600℃，保温30min；自然冷却至室温；

7)脱模与后加工；将步骤6)冷却后的素坯依次进行脱模，采用常规方法将脱模后的产品打磨、抛光、切割冷加工，并对其成品进行检验；得到所述温石棉尾矿微晶玻璃。

其中，通过步骤1)匀化处理后的温石棉尾矿的化学成分为：SiO₂40.42％，MgO39.87％，Al₂O₃0.36％，CaO0.07％，Fe₂O₃5.31％，Cr₂O₃0.06％，NiO0.43％，烧失量13.48％。

步骤2)所用的粉煤灰，其化学成分为：SiO₂46.57％，Al₂O₃14.95％，K₂O4.63％，MgO3.11％，CaO6.45％，Fe₂O₃9.10％，TiO₂1.52％，烧失量13.67％。

在步骤2)配制的混合料中，不足部分还可以加入工业矿物，如硅砂和长石；其中硅砂加入量(以重量百分比计)为0～18％，长石加入量(以重量百分比计)为0～40％。

由于采用的上述技术方案，本发明的有益效果如下：1)由于温石棉尾矿微晶玻璃配方中氧化铝和氧化钙组分可由含有氧化铝和氧化钙成分的工业原料或废渣提供，一般使用工业原料长石和石灰石。而作为工业废渣的粉煤灰，其化学成分适合用作本发明温石棉尾矿微晶玻璃配方中所需的硅、铝和钙等组分。因此，优选使用工业废渣粉煤灰，有效减少了工业矿物长石和石灰石的使用量，达到了减排的目的。2)本发明利用温石棉尾矿中SiO₂和MgO的成分特点，配以氧化钙和氧化铝组分，构成CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系统基础玻璃，并加入适当晶核剂，制得以透辉石为主晶相的温石棉尾矿微晶玻璃；其具有良好的耐磨性、耐冲击性能。3)利用其制造方法对温石棉尾矿进行无害化转相，使温石棉尾矿废弃物得到无害化处理，节约了温石棉尾矿废弃物的处理费用。4)鉴于该方法制备成的微晶玻璃对环境无害，可放心地应用于建筑物中，具有美化建筑物的特殊效果；可作为防腐贴块应用于化工设备中，具有良好的耐化学防腐功能，应用于矿业管道、化工及矿业等领域；也可作为耐磨衬里用于矿业管道、设备；提高了温石棉尾矿的综合利用率，减轻了温石棉尾矿堆积造成的环境污染。5)制备方法简单，安全，易于操作；利用现有设备均可实现。

具体实施方式

针对温石棉尾矿等固体废弃物处理利用的现状和成分特点，本发明提供一种以温石棉尾矿为主要原料，加入工业废渣粉煤灰、少量的工业矿物和化工原料的混合料制备而成的微晶玻璃制品；其成分含量为(以重量百分比计)：温石棉尾矿30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9-10％，工业硝酸钡0-4％，工业萤石0-4％，工业纯碱4-6％。

其中，所采用的温石棉尾矿主要矿物成分为蛇纹石，其次含有滑石、水镁石和磁铁矿等，其化学成分为(以重量百分比计)：SiO₂：28～45％，MgO：25～44％，FeO：1～5％，Fe₂O₃：1～10％，H₂O：11～14％；

由于本发明的温石棉尾矿微晶玻璃配方中氧化铝和氧化钙组分优选使用工业废渣粉煤灰，因而减少了工业矿物长石和石灰石的使用量，达到降低成本及减排的目的。

本发明的另一个目的，则提供一种温石棉尾矿微晶玻璃的制备方法，该制备方法适用于成熟的烧结法和整体析晶法等现有的微晶玻璃的制造方法。而关键技术在于掌握不同类型温石棉尾矿的配比加入量和热工工艺，经过大量的优化实验，形成了适用温石棉尾矿微晶玻璃产品的配料比和热工工艺。

具体步骤如下：

1)将温石棉尾矿进行预匀化处理；

2)配制混合料：根据对微晶玻璃产品的要求及温石棉尾矿的化学组成分析结果，按重量比配料，不足部分由工业原料，如长石和石灰石补足。其配比组分为：以重量百分比计：温石棉尾矿为30～50％，粉煤灰为27％～50％，长石为0～40％，硅砂为0～18，石灰石为9～10％，工业硝酸钡为0～5％，工业萤石为0～5％，工业纯碱为4～6％；将配制好的料投入球磨机球磨混合，混料时间为60～240min，出料粒度小于0.074mm；

3)熔化玻璃液：将步骤2)球磨后的混合料投入到玻璃窑炉中加热熔化，保温；其中，熔化温度为1300～1500℃，保温时间为60～240min；

4)水淬制粉：将熔化后的玻璃液倾入水中，水淬成碎玻璃颗粒，再烘干、球磨成粒度小于0.074mm的玻璃粉末备用；

5)压制成型：将玻璃粉末装入模具中，在20～25MPa压力下压制成素坯；

6)晶化与烧结：将压制成型的素坯置于隧道窑炉内，以3～10℃/min的升温速率升温到800～1000℃，恒温晶化90～240min，然后以3～10℃/min的升温速率升温到850～1150℃，恒温烧结90～240min，600℃退火、自然冷却至室温；

7)脱模与后加工：将步骤6)冷却后的素坯依次进行脱模，采用常规方法将脱模后的产品打磨、抛光、切割冷加工，并对其成品进行检验；得到所述温石棉尾矿微晶玻璃。

本发明制备的温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，化学成分(重量百分比)为：SiO₂：40～70％，Al₂O₃：5～15％，MgO：15～30％，CaO：4～15％，Fe₂O₃：2～10％，Na₂O+K₂O：0.5～6％。

本发明制备的温石棉尾矿微晶玻璃的性能指标为：体积密度为2.6～2.7g/cm²，莫氏硬度6～7.5，抗折强度150～190MPa，耐酸性(1％H₂SO₄)≤0.1％，耐碱性(1％NaOH)≤0.1％。

上述温石棉尾矿微晶玻璃的性能指标参照建筑装饰用微晶玻璃JCT872-2000标准的测试方法进行测试。

以下通过具体实例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

实例1

1)将温石棉尾矿进行匀化处理：由于不同时期、不同矿点产出的温石棉尾矿的成分不统一，如果直接用于生产微晶玻璃，将导致微晶玻璃制品的成分和性能指标出现波动，不一致。需要在生产前对所选用的温石棉尾矿进行预匀化处理；预匀化处理的方法为常规方法，通常利用现有的干粉混合机，通过干式机械混合或人工搅拌拌合将其温石棉尾矿匀化，达到温石棉尾矿成分的均一性；

匀化后的温石棉尾矿成分为：以重量百分比计：SiO₂40.42％，MgO39.87％，Al₂O₃0.36％，CaO0.07％，Fe₂O₃5.31％，Cr₂O₃0.06％，NiO0.43％，烧失量13.48％；

与其混合的工业废渣粉煤灰的成分为，以重量百分比：SiO₂46.57％，Al₂O₃14.95％，K₂O4.63％，MgO3.11％，CaO6.45％，Fe₂O₃9.10％，TiO₂1.52％，烧失量13.67％。

2)配制混合料(以重量百分比计)：取匀化后的温石棉尾矿50％，粉煤灰30％，石灰石10％，工业硝酸钡4％，工业纯碱6％；将该混合料投入球磨机中球磨120min，混合后的出料粒度小于0.074mm；

3)熔化玻璃液：将球磨后的混合料投入玻璃窑炉中加热，熔化温度为1400℃±1500℃，保温时间为120min；

4)水淬玻璃粉：将步骤3的玻璃熔体倾入水中，水淬成碎玻璃颗粒，再烘干、球磨成粒度小于0.074mm的玻璃粉末备用；

5)压制成型：将步骤4)的玻璃粉末装满于模具中填实，在25MPa的压力下压制成型为玻璃素坯；

6)晶化与烧结：取步骤5)压制成型的玻璃素坯置于隧道窑炉中，以5℃/min的升温速率升温至950℃，恒温晶化120min，然后以5℃/min的升温速率升温至1100℃，恒温烧结120min；以3℃/min的速率退火至600℃，保温30min；自然冷却至室温。

所制备的温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，基础玻璃化学成分为：SiO₂：46.25％，Al₂O₃：6.64％，CaO：9.95％，MgO：27.44％，Fe₂O₃：7.12％，Na₂O+K₂O：2.60％。参照建筑装饰用微晶玻璃JCT872-2000标准的测试方法进行测试，得到该温石棉微晶玻璃的性能指标为：密度2.81g/cm²、硬度7.0、抗折强度181MPa，耐酸性(1％H₂SO₄)0.02％，耐碱性(1％NaOH)0.05％。

实例2

步骤1)、步骤4)和步骤7)均与实例1相同，在此不再赘述；其不同点在于：

步骤2)配制混合料(以重量百分比计)：取温石棉尾矿30％，粉煤灰50％，石灰石10％，工业萤石3％；工业硝酸钡3％，工业纯碱4％；将该混合料投入球磨机内球磨120min，混合后的出料粒度小于0.074mm；

步骤3)熔化玻璃液的熔化温度为1450℃，保温时间为120min；

步骤5)压制成型：将玻璃粉末装入模具中，在20MPa压力下压制成型；

步骤6)烧结与晶化：将压制成型的玻璃素坯置于隧道窑炉内，以10℃/min的升温速率升温至930℃，恒温晶化120min，然后以5℃/min的升温速率升温至1000℃，恒温烧结150min，以10℃/min的速率退火至600℃，保温30min；自然冷却至室温。

所制备的温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，基础玻璃化学成分为：SiO₂：47.96％，Al₂O₃：10.61％，CaO：12.87％，MgO：17.79％，Fe₂O₃：8.29％，Na₂O+K₂O：2.75％。参照建筑装饰用微晶玻璃JCT872-2000标准的测试方法进行测试，得到该温石棉微晶玻璃的性能指标为：密度2.78g/cm²，硬度6.5，抗折强度180MPa，耐酸性(1％H₂SO₄)0.02％，耐碱性(1％NaOH)0.05％。

实例3

步骤2)配制混合料(以重量百分比计)：取温石棉尾矿36％，粉煤灰27％，硅砂18％，石灰石9％，工业萤石4％；工业纯碱6％；将该混合料投入球磨机内球磨120min，球磨后的出料粒度小于0.074mm；

步骤3)熔化玻璃液的熔化温度为1400℃，保温时间为90min；

步骤5)压制成型：将玻璃粉末装入模具中，在25MPa压力下压制成型；

步骤6)晶化与烧结：将压制成型的玻璃素坯置于高温炉内，以10℃/min的升温速率升温至930℃，恒温晶化120min，然后以8℃/min的升温速率升温至1000℃，恒温烧结150min，以10℃/min的速率退火至600℃，保温30min；自然冷却至室温。

所制备的温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，基础玻璃化学成分为：SiO₂：57.59％，Al₂O₃：5.45％，CaO：9.62％，MgO：19.03％，Fe₂O₃：5.51％，Na₂O+K₂O：2.80％。参照建筑装饰用微晶玻璃JCT872-2000标准的测试方法进行测试，得到该温石棉微晶玻璃的性能指标为：密度2.68g/cm²、硬度7.0，抗折强度182MPa，耐酸性(1％H₂8O₄)0.02％，耐碱性(1％NaOH)0.05％。

实施例4

步骤2)配制混合料(以重量百分比计)：取温石棉尾矿40％，钾长石40％，石灰石10％，工业萤石5％；工业硝酸钡5％；将该混合料投入球磨机内球磨120min，球磨后的出料粒度小于0.074mm；

步骤3)熔化玻璃液的熔化温度为1430℃，保温时间为90min；

步骤6)烧结与晶化：将压制成型的玻璃素坯置于隧道窑炉内，以10℃/min的升温速率升温至930℃，恒温晶化120min，然后以8℃/min的升温速率升温至980℃，恒温烧结150min，以10℃/min的速率退火至600℃，保温30min；自然冷却至室温。

所制备的温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，基础玻璃化学成分为：SiO₂：51.87％，Al₂O₃：9.61％，CaO：9.84％，MgO：19.86％，Fe₂O₃：2.83％，Na₂O+K₂O：5.98％。参照建筑装饰用微晶玻璃JCT872-2000标准的测试方法进行测试，得到该温石棉微晶玻璃的性能指标为：密度2.67g/cm²、硬度7.0，抗折强度178MPa，耐酸性(1％H₂SO₄)0.02％，耐碱性(1％NaOH)0.05％。

Claims

1.一种温石棉尾矿微晶玻璃，其特征在于：它包括如下原料，以重量百分比计：温石棉尾矿30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9-10％，工业硝酸钡0-4％，工业萤石0-4％，工业纯碱4-6％；所述温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，化学成分(重量百分比)为：SiO₂：46.25～57.59％，Al₂O₃：5.45～10.61％，MgO：17.79～27.44％，CaO：9.62～12.87％，Fe₂O₃：2.83～8.29％，Na₂O+K₂O：2.60～5.98％。

2.根据权利要求1所述的温石棉尾矿微晶玻璃，其特征在于：它还加入有以重量百分比计：硅砂0～18％，长石0～40％。

3.一种温石棉尾矿微晶玻璃的制备方法，包括步骤如下：

1)将温石棉尾矿进行预匀化处理；

3)熔化玻璃液；熔化温度为1300～1500℃，保温60～240min；

6)晶化与烧结；将步骤5)成型的素坯置于隧道窑炉内，以3～10℃/min的升温速率升温到800～1000℃；恒温晶化90～240min后，再以3～10℃/min的升温速率升温到850～1150℃，恒温烧结90～240min；以3～10℃/min的速率退火至600℃，保温30min；自然冷却至室温；

7)脱模与后加工；得到所述温石棉尾矿微晶玻璃；

该温石棉尾矿微晶玻璃的主晶相为透辉石，化学成分(重量百分比)为：SiO₂：46.25～57.59％，Al₂O₃：5.45～10.61％，MgO：17.79～27.44％，CaO：9.62～12.87％，Fe₂O₃：2.83～8.29％，Na₂O+K₂O：2.60～5.98％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤1)匀化处理后的温石棉尾矿的化学成分为，以重量百分比计：SiO₂40.42％，MgO39.87％，Al₂O₃0.36％，CaO0.07％，Fe₂O₃5.31％，Cr₂O₃0.06％，NiO0.43％，烧失量13.48％；所述粉煤灰的化学成分为，以重量百分比计：SiO₂46.57％，Al₂O₃14.95％，K₂O4.63％，MgO3.11％，CaO6.45％，Fe₂O₃9.10％，TiO₂1.52％，烧失量13.67％。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述混合料还加入有以重量百分比计的硅砂0～18％，长石0～40％。