CN103086602B

CN103086602B - 微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法

Info

Publication number: CN103086602B
Application number: CN201310067629.3A
Authority: CN
Inventors: 张雪峰; 李保卫; 贾晓林; 邓磊波
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: CN103086602A

Abstract

本发明涉及一种利用微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，原料重量组成：金尾矿40～50%、石英20～25%、氧化铝13～18%、碳酸锂5～13%、氧化镁2～4%、氧化钛2～4%、氧化锆0.5～1%、硼砂1～3%，将原料混合均匀，置于氧化铝坩埚，经微波加热熔融得到玻璃液，将成型后的玻璃液送入工业微波炉，经退火、晶化处理得到产品。本发明将矿山废弃物金尾矿作为主要原料，变废为宝，实现了废物的综合利用；采取一步法热处理工艺，缩短了生产周期；熔融、退火和晶化过程采用工业微波炉加热，加热速度快、无污染，得到的样品晶粒细化，结构均匀，节约能源，得到的微晶玻璃热膨胀系数低，热稳定性较高。

Description

微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃的制造方法，特别是涉及一种利用微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法。

背景技术

据统计，在黄金矿石开采过程中黄金矿山尾矿的排出量占入选矿石的90%以上，数量巨大。随着矿床类型及围岩条件的不同，尾矿在组分种类和含量上各具特色，但基本上都是以铝硅酸盐矿物为主的复合矿物原料，其矿物成分通常以石英、长石、云母类、碳酸盐类、粘土类、角闪石、石榴石、硅灰石、绿泥石及残留金属矿物为主，其组分及工艺性能均适合工业利用，可作为生产新型建材、化工、轻工陶瓷及部分新材料的原料，这样不仅可以减少尾矿的堆存量，减轻尾矿对环境的危害，而且还能降低原料成本，减少能源消耗。

锂铝硅(Li₂O-Al₂O₃-SiO₂，LAS)系统微晶玻璃是一种具有极高研究价值的微晶玻璃，该玻璃热学性能卓越，热膨胀系数较低，甚至可以达到零膨胀(30~700℃)，因而具有较高的热稳定性，通常提到的低膨胀或零膨胀微晶玻璃一般是指LAS系微晶玻璃。由于低膨胀微晶玻璃的膨胀系数较小，晶相含量较高，晶体尺寸小，含碱量较低，所以具有良好的抗热震、耐高温、耐腐蚀以及较高的机械强度，还能够制成透明材料。目前其他材料尚不能同时具备这些特性，该材料已构成材料科学中一个新的门类，被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、雷达天线罩、炊具和餐具等领域。该体系微晶玻璃用途广泛，一直受到国内外材料科研工作者的极大关注。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术中微晶玻璃成本高、玻璃熔化温度高、晶化时间长等缺陷，提供一种成本和能耗低、工艺简单、产品性能较好的用微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法。

本发明的技术方案：

一种微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

1）按重量比计量原料：金尾矿40～50%、石英20～25%、氧化铝13～18%、碳酸锂5～13%、氧化镁2～4%、氧化钛2～4%、氧化锆0.5～1%、硼砂1～3%，以上原料总量为100%，将所有原料加入混料机中，混合均匀得配合料；

2）将配合料置于氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚送入工业微波炉，配合料经微波加热熔融得到玻璃液，将玻璃液成型；

3）将成型后的玻璃液送入工业微波炉，经微波退火处理和晶化处理，得到低膨胀微晶玻璃。

所述原料的粒径均小于0. 088mm。

所述熔融时以每分钟5～15℃的升温速率升温至1350～1500℃，并在此温度下保温15～35min；所述成型是将熔融的玻璃液通过浇注法或压延法成型。

所述工业微波炉的功率为30～60KW；退火处理时的温度为570～630℃，保温时间为25～35min；晶化处理时的温度为780～850℃，晶化时间为20～30min。

本发明的积极有益效果：

（1）本发明利用金尾矿为主要原料，将其用在玻璃原料中代替部分常规原料如石英砂、氧化铝、氧化镁和碱等制造低膨胀微晶玻璃，金尾矿的加入量较大（可达50%），能够节省原料成本20%以上。本发明可将金尾矿废弃物有效利用，变废为宝，减少了金尾矿的堆存量，减轻对环境的危害，节能降耗，实现了废物的综合利用。

（2）本发明采取一步法热处理工艺，缩短了生产周期，有利于产品质量的控制。

（3）本发明中玻璃配合料的熔融、退火和晶化过程均采用工业微波炉加热，该加热方法能使材料自身整体同时升温，加热速度快、无污染，得到的样品晶粒细化，结构均匀；同时微波处理过程能精确控制，缩短了热处理时间，节约能源。

（4）本发明的低膨胀微晶玻璃热膨胀系数α在（15-37）×10^-7K^-1(25-500℃)之间，热膨胀系数较低，热稳定性较高。

附图说明

图1：本发明的低膨胀微晶玻璃的XRD图谱；

图1中所有衍射峰表明，产品具有良好的晶体结构，得到了相对单一的 β-锂辉石相，说明生成的是LAS低膨胀微晶玻璃。

图2：本发明的低膨胀微晶玻璃的SEM照片；

图2中样品晶粒尺寸约为50-150nm，大小分布均匀。

具体实施方式

实施例一：微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

1）准确称量金尾矿44kg、石英23kg、氧化铝15kg、碳酸锂9kg、氧化镁2.5kg、氧化钛3kg、氧化锆0.5kg、硼砂3kg，将上述原料一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；上述原料的粒径均小于0. 088mm；

2）将配合料置于氧化铝坩埚中，再将坩埚放入工业微波炉中，配合料经微波加热熔融得到玻璃液，熔融时以每分钟10℃的升温速率升温到1350℃，并在此温度下保温25min；

3）将熔融好的玻璃液通过浇铸成型，然后置于功率为60KW工业微波炉中进行退火处理，处理温度为580℃，保温时间为30min；

4）继续微波加热升温到810℃，在此温度下晶化处理25min，即得到本发明的低膨胀微晶玻璃。

经测定，该例中样品的热膨胀系数α＜25×10^-7K^-1(25-400℃)。

实施例二：微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

1）准确称量金尾矿46kg、石英23kg、氧化铝14kg、碳酸锂10kg、氧化镁2kg、氧化钛3kg、氧化锆1kg、硼砂1kg，将上述原料一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；上述原料的粒径均小于0. 088mm；

2）将配合料置于氧化铝坩埚中，再将坩埚放入微波炉中，配合料经微波热处理熔融得到玻璃液；熔融时以每分钟10℃的速率升温到1450℃，保温20min；

3）将熔融好的玻璃液浇铸成型，然后置于40KW工业微波炉中，经微波退火处理，处理温度为620℃，保温时间为35min；

4）继续微波加热升温到800℃，进行晶化处理30min，即得到低膨胀微晶玻璃。

该例中样品的热膨胀系数α＜15×10^-7K^-1(25-400℃)。

实施例三：微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

1）准确称量金尾矿40kg、石英25kg、氧化铝16kg、碳酸锂11kg、氧化镁2kg、氧化钛3kg、氧化锆0.5kg、硼砂2.5kg，将上述原料一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；上述原料粒径均小于0. 088m；

2）将配合料置于氧化铝坩埚并将坩埚放入微波炉中，经微波热处理熔融得到玻璃液；熔融时以每分钟10℃的速率升温到1400℃，并在此温度下保温30min；

3）将熔融好的玻璃液浇铸成型，然后置于30KW的工业微波炉中，经微波退火处理，处理温度为600℃，保温时间为25min；

4）继续微波加热升温到850℃，晶化处理25min，即得到低膨胀微晶玻璃。

该例中样品的热膨胀系数α＜37×10^-7K^-1(25-500℃)。

实施例四：微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

1）准确称量金尾矿50kg，石英20kg、氧化铝13kg、碳酸锂9kg、氧化镁2kg、氧化钛3kg、氧化锆0.5kg、硼砂2.5kg，将以上原料加入混料机中混合均匀，得到配合料；上述原料的粒径均小于0. 088m；

2）将配合料置于氧化铝坩埚并将坩埚放入微波炉中，经微波加热熔融；熔融时以每分钟10℃的速率升温到1430℃，保温20min；

3）将熔融好的玻璃液通过压延法成型，然后置于功率为60KW的工业微波炉中，经微波退火处理，处理温度为620℃，保温时间25min；

4）继续微波加热升温到820℃，晶化处理20min，即制造出低膨胀微晶玻璃。

该例中样品的热膨胀系数α＜29×10^-7K^-1(25-500℃)。

表1：实施例中金尾矿的化学组成（wt%）

注：金尾矿的烧失量为0.88-1.94 wt%。

表2：实施例中LAS基础玻璃的化学组成（wt%）

Claims

1.一种微波热处理金尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

3）将成型后的玻璃液送入工业微波炉，经微波退火处理和晶化处理，得到低膨胀微晶玻璃；

所述金尾矿的化学组成，以重量百分比表示为：

。

2.根据权利要求1所述制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征是：所述原料的粒径均小于0. 088mm。

3.根据权利要求1所述制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征是：所述熔融时以每分钟5～15℃的升温速率升温至1350～1500℃，并在此温度下保温15～35min。

4.根据权利要求1所述制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征是：所述成型是将熔融的玻璃液通过浇注法或压延法成型。

5.根据权利要求1所述制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征是：所述工业微波炉的功率为30～60KW。

6.根据权利要求1～5任一项所述制造低膨胀微晶玻璃的方法，其特征是：所述退火处理时的温度为570～630℃，保温时间为25～35min；晶化处理时的温度为780～850℃，晶化时间为20～30min。