CN103553333A - 富铁镍渣微晶玻璃及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富铁镍渣微晶玻璃：由镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%组成。本发明还提供了上述富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，该方法无需将镍渣进行还原除铁，只需外加一定量的氧化剂和澄清剂进行高温熔融即可得到基础玻璃。本发明具有作为工业废弃物的镍渣利用率高，制备的富铁镍渣微晶玻璃物理性能好，耐腐蚀性好，制备工艺简单等优点。

Description

富铁镍渣微晶玻璃及制备方法

技术领域

本发明属于微晶玻璃材料领域，具体涉及一种富铁镍渣微晶玻璃及制备方法。

背景技术

镍渣是金属镍冶炼过程中所产生的一种工业废弃物。我国镍渣的年产量达到了500万吨，累计存积镍渣已达4000余万吨，但镍渣的综合利用率仅有15%～25%。由于缺乏合理的利用方式，废弃的镍渣占用了大量的土地，对环境造成了消极的影响。因此如何有效高地利用镍渣已成为目前各大镍矿冶炼企业急需解决的问题。

目前镍渣的主要处理方式有三种：

1）、从镍渣中提取Ni、Co、Cu等元素。利用酸浸工艺可一次提取Ni、Co、Cu等元素，然后分多次提纯和分离得到硫酸镍、硫酸铜和硫酸钴。工艺流程简单，需要的设备少。

2）、利用镍渣生产建材产品。镍渣可取代部分铁质和硅质校正料，应用于水泥熟料烧成；也可以和其它混合材复掺制备复合硅酸盐水泥；还可破碎分级后作为集料生产建筑砌块。

3）、利用镍渣作井下填充材料。将镍渣粉磨至比表面积大于300m²/kg，可作为胶凝材料组分参与制备井下充填专用水泥，同时也可以将镍渣破碎后作为填充骨料，共同制备矿井的填充材料。

虽然镍渣已得到了部分应用，但其处理还存在一些问题，主要表现在以下两个方面：

从镍渣中提取有用元素后，残余废水及废渣中含有大量的废酸及重金属离子，对其处理的难度较大。另外，酸浸法提取元素的成本较高，技术含量低，镍渣利用附加值低。利用镍渣生产建筑砌块和矿井填充料也存在这个问题。

镍渣中含有部分镁橄榄石，硬度大，难以磨细，烧制熟料过程中增大了球磨耗，磨机的磨损率大。从而造成生产成本提高，设备使用寿命缩短，带来的经济效益不明显；镍渣作为混合材时其活性难以被激发，配制的水泥强度难以达到理想水平，效果不如同类其他混合材。

中国专利CN101020968A公开了一种综合利用高温镍渣冶炼熔融渣的方法。其做法是将镍冶炼渣中的铁和镍还原出来，余下的硅酸盐熔渣经过澄清均化和热处理得到微晶玻璃制品。但是该工艺存在一个除铁的过程，需要另外加设一个还原炉，需要消耗大量的能源，此外在该法对应的微晶玻璃在熔制过程中采用了价格较高的Cr₂O₃、TiO₂作为晶核剂，造成了微晶玻璃的成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述已有技术的不足，提供一种生产工艺简单，综合利用效率高的富铁镍渣微晶玻璃及制法，该微晶玻璃具有高强度、耐腐蚀等优良性能。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的富铁镍渣微晶玻璃，其组成按质量百分比计为：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%。

所述的KNO₃可以作为富铁镍渣微晶玻璃的氧化剂，Sb₂O₃可以作为富铁镍渣微晶玻璃的澄清剂。

上述富铁镍渣微晶玻璃矿物相组成为斜辉石晶相和玻璃相，其中斜辉石晶相含量在30%～50%，斜辉石呈链状分布于玻璃相中。

本发明提供的富铁镍渣微晶玻璃，其制备方法是包括以下步骤：

（1）称料混合：

按质量百分数配比准确称量镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，并混合均匀；

（2）熔制成型：

将混合好的原材料在670℃下预热35±10min，加入到1300℃的高温炉内，以3℃/min的速度升温至1500℃，保温100±10min，然后将熔制好的玻璃液倒入模具内浇注成形，随即在650℃保温8±2min退火，随炉冷却到室温，得到基础玻璃；

（3）玻璃晶化：

将已得到的基础玻璃放入晶化炉内，以3℃/min的速度升温至860～880℃，保温10～30min晶化，随炉冷却至室温，得到富铁镍渣微晶玻璃。

所述的KNO₃和Sb₂O₃粉末细度应控制在不超过75μm。

所述的镍渣细度应控制在不超过45μm。

按质量百分数计，所述镍渣的主要化学成分组成为：SiO₂47.0～55.0%，Fe₂O₃8.2～10.1%，Al₂O₃1.1～9.6%，CaO 10.2～13.1%，MgO 18.0～21.0%。

本发明方法制备出的富铁镍渣微晶玻璃矿物相组成为斜辉石晶相和玻璃相，其中斜辉石晶相含量在30%～50%，斜辉石呈链状分布于玻璃相中。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1）作为固体废物的镍渣利用率高，达到了90.27±0.02wt%。而中国专利CN101020968A公开的一种利用镍渣制备微晶玻璃的方法，其镍渣掺量在60wt%～80wt%；中国专利CN1683265A公布了一种用含铁冶金废渣制备微晶玻璃的方法，其含铁冶金废渣的掺量在45wt%～65wt%。

2）工艺流程较为简单：不需要还原镍渣中所含的铁。而中国专利CN101020968A和CN101020968A公开制备镍渣微晶玻璃的方法中均存在将铁还原的步骤，工序较为复杂。

3）富铁镍渣微晶玻璃的配方组成简单：本发明配方组成简单，只需以镍渣为主要原料，外加一定量的KNO₃和Sb₂O₃，仅3种原材料。而中国专利CN101020968A公布的方法中的原材料有5种；中国专利CN1683265A公布的方法中的原材料在4种以上。更少的配方组成会为实际生产带来便捷。

4）富铁镍渣微晶玻璃的物理性能良好。国家标准GB/T9966-2001对建筑微晶玻璃的要求是抗折强度大于30MPa，耐酸耐碱性不低于0.2%，本发明的富铁镍渣微晶玻璃均能满足要求，表现出了较好的抗折强度和耐腐蚀性。

附图说明

图1是本发明的富铁镍渣微晶玻璃产品的显微结构图片，其显示富铁镍渣微晶玻璃产品的矿物相组成为斜辉石晶相和玻璃相，其中斜辉石晶相含量在30%～50%，斜辉石呈链状分布于玻璃相中。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本申请之发明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。

实施例1.

1.一种富铁镍渣微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为860℃，晶化时间为10min。分别测试了富铁镍渣微晶玻璃的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。

具体结果见附表1中的样品1。

由表1可知，富铁镍渣微晶玻璃的耐腐蚀性好，尤其是耐碱性能，经酸碱溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度达到了56.87MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

1）、称料混合：按上述重量配比准确称量镍渣、KNO₃和Sb₂O₃，并混合均匀；

2）、熔制成型：将玻璃配合料在670℃下预热35±5min，加入到1300℃的高温炉内，然后升温至1500℃，保温100±10min。将玻璃液倒入模具内浇注成形，随即在650℃保温8+2min退火，随炉冷却到室温，得到基础玻璃；

3）、玻璃晶化：将已得到的基础玻璃放入晶化炉内，然后升温至860℃，保温10min晶化，随炉冷却至室温，得到富铁镍渣微晶玻璃。

实施例2.

1.一种富铁镍渣微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为860℃，晶化时间选择20min。分别测试了富铁镍渣微晶玻璃的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品2。

由表1可知，富铁镍渣微晶玻璃的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达65.87MPa，远大于国标要求的30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至860℃，保温20min晶化。

实施例3.

1.一种富铁镍渣微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为860℃，晶化时间取30min。分别测试了富铁镍渣微晶玻璃的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见附表中的样品3。

由表1可知，富铁镍渣微晶玻璃的耐腐蚀性能好，力学性能也很优越，腐蚀24h后质量基本无变化；抗折强度高达69.84MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至860℃，保温30min晶化。

实施例4.

1.一种富铁镍渣微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为870℃，晶化时间取10min。分别测试了富铁镍渣的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品4。

由表1可知，富铁镍渣的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达64.58MPa，远大于国标要求的之间30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至870℃，保温10min晶化。

实施例5.

1.一种富铁镍渣微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为870℃，晶化时间为20min。分别测试了富铁镍渣的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品5。

由表1可知，富铁镍渣的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达676.73MPa，远大于国标要求的之间30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至870℃，保温20min晶化。

实施例6.

1.一种富铁微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为870℃，晶化时间为30min。分别测试了富铁镍渣的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品6。

由表1可知，富铁镍渣的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达87.52MPa，远大于国标要求的之间30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至870℃，保温30min晶化。

实施例7.

1.一种富铁微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为880℃，晶化时间为10min。分别测试了富铁镍渣微晶玻璃的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品7。

由表1可知，富铁镍渣微晶玻璃的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达64.44MPa，远大于国标要求的之间30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至880℃，保温10min晶化。

实施例8.

1.一种富铁微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为880℃，晶化时间为20min。分别测试了富铁镍渣微晶玻璃的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品8。

由表1可知，富铁镍渣微晶玻璃的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达71.14MPa，远大于国标要求的之间30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至880℃，保温20min晶化。

实施例9.

1.一种富铁微晶玻璃：

该富铁镍渣微晶玻璃的组成：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，其晶化温度为880℃，晶化时间为30min。分别测试了富铁镍渣微晶玻璃的抗折强度、耐酸性、耐碱性、密度、吸水率等，并与国标相对比。具体结果见表1中的样品9。

由表1可知，富铁镍渣微晶玻璃的耐腐蚀性能好，经NaOH和HCl溶液腐蚀24h后质量变化较小；抗折强度高达76.86MPa，远大于国标要求的之间30MPa，各项指标满足国标要求。

2.上述富铁镍渣微晶玻璃的制备：

其熔制方法与实施例1基本相同。但其晶化制度为升温至880℃，保温30min晶化。

附表

表1 860℃晶化富铁镍渣微晶玻璃的性能

Claims (8)

1.富铁镍渣微晶玻璃，其特征是按质量百分比计，该玻璃原材料组成为：镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%。

2.根据权利要求1所述的富铁镍渣微晶玻璃，其特征是KNO₃作为富铁镍渣微晶玻璃的氧化剂，Sb₂O₃作为富铁镍渣微晶玻璃的澄清剂。

3.富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）称料混合：

按质量百分数配比准确称量镍渣90.27±0.02wt%，KNO₃2.11±0.01wt%，Sb₂O₃7.62±0.01wt%，并混合均匀；

（2）熔制成型：

将混合好的原材料在670℃下预热35±10min，加入到1300℃的高温炉内，以3℃/min的速度升温至1500℃，保温100±10min，然后将熔制好的玻璃液倒入模具内浇注成形，随即在650℃保温8±2min退火，随炉冷却到室温，得到基础玻璃；

（3）玻璃晶化：

将已得到的基础玻璃放入晶化炉内，以3℃/min的速度升温至860～880℃，保温10～30min晶化，随炉冷却至室温，得到富铁镍渣微晶玻璃。

4.根据权利要求3所述的富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，其特征是所用的KNO₃和Sb₂O₃粉末细度应控制在不超过75μm。

5.根据权利要求3所述的富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，其特征是所述镍渣细度应控制在不超过45μm。

6.根据权利要求3或5所述的富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，其特征是按质量百分数计，所述镍渣的主要化学成分组成为：SiO₂47.0～55.0%，Fe₂O₃8.2～10.1%，Al₂O₃1.1～9.6%，CaO 10.2～13.1%，MgO 18.0～21.0%。

7.根据权利要求3所述的富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，其特征是该方法制备出的富铁镍渣微晶玻璃该矿物相组成为斜辉石晶相和玻璃相，其中斜辉石晶相含量在30%～50%，斜辉石呈链状分布于玻璃相中。

8.根据权利要求1或2所述的富铁镍渣微晶玻璃，其特征是该富铁镍渣微晶玻璃矿物相组成为斜辉石晶相和玻璃相，其中斜辉石晶相含量在30%～50%，斜辉石呈链状分布于玻璃相中。