CN108358455B - 一种利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法，将铅锌尾矿、石英尾砂和改质剂，加热熔化得玻璃熔液，水淬处理，形成玻璃颗粒，进行球磨处理，将球磨得到的浆料进行干燥，形成玻璃粉料，铺至模具上，进行烧结、晶化、退火冷却，对产品表面进行抛光打磨，得到成品微晶玻璃。本发明的方法对铅锌尾矿和石英尾砂综合利用率高，且制备方法简单，原料来源方便，成本低廉，制得的微晶玻璃具有优良的抗弯强度和显微硬度，且具有较高的附加值，为铅锌尾矿和石英尾砂的资源化综合利用提供了新的途径，具有显著的经济与社会效益。

Description

一种利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种以工业废渣为原料制备微晶玻璃的方法，具体涉及一种利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法。
背景技术
微晶玻璃又称玻璃陶瓷，是将加有晶核剂(或者不加晶核剂)的特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制备出的一种含有大量微晶相和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃具有无脆性、强度高、化学稳定性好、热稳定性和硬度比较高等特点，已经成为一类独特的新型材料。
在建筑装饰领域中，与大理石、花岗岩相比，由于微晶玻璃组成是均匀细小晶体，因此其机械性能、耐化学腐蚀、硬度等主要物化性能均优于大理石、花岗岩，具有广泛的发展前途和应用价值。
铅锌尾矿是铅锌原矿石在分选出铅、锌精矿后残余的一种固体废弃物。铅锌尾矿的主要成分是硅、铝、铁、钙的氧化物，适合做建筑材料。我国铅锌矿的原矿品位不高，尾矿产率超过70％，尾矿年均排放量超过1000万吨，但尾矿的利用率仅7％左右。当前，处理铅锌尾矿的主要方式是利用尾矿库堆存。但尾矿库不仅是一种人造泥石流危险源，易发生安全事故，还会引起资源浪费和环境污染。由此可见，根据铅锌尾矿资源化处理的现有技术发展水平和趋势，结合尾矿资源特点和未来环保发展需求，研究开发市场前景广阔、尾矿利用量大的高附加值产品，是解决铅锌尾矿循环利用，实现资源化的有效途径。
石英尾矿包括矿石开采中的废渣、加工过程中的尾砂和尾泥，其中尾砂占绝大多数。石英尾砂的化学成分主要是SiO2，杂质主要是长石、粘土、云母、铁矿物等。从其化学成分看，石英尾砂完全可以广泛用于建材生产，也能满足耐火材料C级以及铸造三级和四级用石英砂对各成分含量的要求。长期以来，大量的石英尾砂被废除，除少数堆存在厂区内，大部分堆放在路边或农田里，不仅造成资源浪费，而且对空气、河流等造成不利影响。由此可见，解决石英尾砂和其他尾矿资源一起综合再利用问题，是节约资源、提高经济效益的一项重要内容，同时也是防止环境污染和生态破坏的最佳途径。
如中国专利申请CN103319090A(公开日为2013年9月25日)公开了一种铅锌尾矿制备深色微晶玻璃的工艺方法，所述方法为：将原料混合均匀后进行熔制，采用Sb2O3做澄清剂，得到澄清玻璃液，并对其进行水淬，经烘干后筛分；再将烘干后的物料辅入瓷舟，放入电阻炉加热，依次经过退火、研磨、抛光、切割后，获得深色微晶玻璃成品。
如中国专利申请CN104355558A(公开日为2015年2月18日)公开了一种以铅锌尾矿为原料的水泥及其制备方法，所述方法为：将原料配比后经粉磨，按配比配料并进行预均化，于1350～1400℃进行高温煅烧，在空气中冷却至室温，得到水泥熟料。熟料球磨过至粒径不超过74μm，熟料与二水石膏的质量比为95.5：4.5，混合均匀，制成水泥成品。
如中国专利申请CN106145686A(公开日为2016年11月23日)公开了一种复合利用铅锌尾矿、电解锰废渣的微晶玻璃及其制作方法，所述方法为：将烘干后的铅锌尾矿、电解锰废渣与废玻璃粉按一定比例混合均匀后，添加少量助熔剂，在高温快烧工艺条件下熔制成基础玻璃液，将基础玻璃液水淬、烘干、磨细并筛分，得到基础玻璃粉，将筛分后的基础玻璃粉压制成型，置于瓷舟内，经核化、晶化工序得到微晶玻璃。
如中国专利申请CN106186892A(公开日为2016年12月07日)公开了一种利用石英尾砂生产建筑用保温材料的方法，所述方法为：将水泥、电石渣与水混合，制成浆体，向该浆体中依次加入石英尾砂和石粉，搅匀后，再加入发泡剂和稳泡剂，在50～60℃下搅拌1～2小时，再将得到的浆料注模，先在70～80℃下养护20～30小时，再在150～180℃下养护5～6小时，即可得到成品。
综合有关铅锌尾矿和石英尾砂等固废的现有研究和利用情况来看，我国大多数铅锌矿山资源工作已经开展，但目前铅锌尾矿利用率低，尾矿综合利用技术攻关投入不足，尾矿综合利用发展并不平衡。石英尾砂的利用率也相对较低，且产品附加值较低。利用尾矿生产高附加值的微晶玻璃是一条解决尾矿资源综合利用的高效产业化途径，从现有研究及应用看，利用铅锌尾矿、电解锰废渣生产微晶玻璃已经受到关注，但利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃还未见报道，值得开展深入研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法，同时合理利用了铅锌尾矿和石英尾砂，以提高铅锌尾矿和石英尾砂的回收再利用率。
具体的，本发明的利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法，包括下述步骤：
(1)配料：所述方法利用的原料包括铅锌尾矿、石英尾砂、改质剂；所述铅锌尾矿的含量是30～40％，所述石英尾砂的含量是32～38％，余量为改质剂，所述含量为质量百分含量；
其中，上述铅锌尾矿包含的化学成分按质量百分比计，主要包含：60～65％的二氧化硅、5～10％的氧化铝、10～15％的氧化钙、0～1％的氧化钾、0～1％的氧化钠、10～15％的氧化铁、0～1％的氧化镁，其他成分的含量为1％以下，(铅锌尾矿灼减在3％以下)；优选的，铅锌尾矿粒度为100目以上。
上述石英尾砂包含的化学成分按质量百分比计，主要包含：80～85％的二氧化硅、5～10％的氧化铝、3～8％的氧化钙、0～1％的氧化钾、1～3％的氧化钠、1～3％的氧化铁、0～1％的氧化镁、0～1％的二氧化钛，其他成分的含量为1％以下(石英尾砂灼减在0-1％左右)；优选的，石英尾砂粒度为100目以上。
上述改质剂选自工业用氧化铝、方解石、钾长石、碳酸钡、氧化锌、纯碱中的一种或多种，按质量百分比计，主要包含：55～60％的氧化钙、20～23％的氧化钡、5～7％的氧化锌、15～18％氧化钠，其他成分的含量为1％以下；优选的，改质剂粒度为200目以上。
(2)熔料：将铅锌尾矿、石英尾砂与改质剂混合均匀，加热熔化并充分搅拌，得到玻璃熔液；其中，熔化温度宜保持在1450～1550℃；
上述混合过程中，采用V型混料机混合。
上述熔料过程中，保温时间为2～3小时(h)。
上述熔料过程中，采用搅拌浆搅拌均匀。
(3)水淬：将玻璃熔液流入水淬池，进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
上述水淬工艺中，水淬池水温为常温，玻璃溶液进入水淬池后，在1～2秒内冷却至常温。
(4)球磨：将玻璃颗粒进行球磨，球磨后浆料过200目筛；
上述球磨过程中，采用陶瓷罐配加陶瓷球或刚玉球加水进行球磨。
上述球磨过程中，陶瓷罐中按质量1∶1∶1装入球、料、水；
上述球磨过程中，球磨时间为10～20h；
(5)干燥：过筛后的浆料泵入喷雾干燥塔中进行干燥；
上述干燥过程中，干燥后大部分玻璃粉形成30～60微米的小球；
(5)装模：玻璃粉铺至模具上，进行烧结和晶化；
上述模具材质为氧化铝、氧化锆或碳化硅硼板等耐高温材质；
上述烧结和晶化工艺中，升温速度为5～8℃/min，升温至1000～1050℃保温；
上述保温工艺中，温度为1000～1050℃保温1～2h。
(6)退火冷却。
上述退火冷却工艺中，以5～10℃/分钟(min)的降温速度降至700～800℃，保温1～2h，以10～15℃/min的降温速度降温至100℃以下。
(7)磨抛：对产品表面进行抛光打磨，得到成品微晶玻璃。
本发明的方法对铅锌尾矿和石英尾砂综合利用率高，且制备方法简单，原料来源方便，成本低廉，制得的微晶玻璃具有优良的抗弯强度和显微硬度，且具有较高的附加值，为铅锌尾矿和石英尾砂的资源化综合利用提供了新的途径，具有显著的经济与社会效益。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的材料，如无特殊说明，均可由自由市场获得。
表1实施例中所使用的铅锌尾矿和石英尾砂的主要成分(质量百分数wt％)
原料名称 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> 其它
铅锌尾矿 8.0-9.0 82.5-83.6 2.1-2.6 4.0-5.0 0.2-0.4 0.1-0.3 0.2-0.4 ＜0.1 ＜1.0
石英尾砂 7.2-8.5 63.8-65.2 10.6-11.7 12.5-13.5 0.8-1.5 0.5-1 0.5-1.0 0.2-0.4 ＜1.0
实施例1
表2实施例1中所使用的改质剂的主要成分(质量百分数wt％)
Figure BDA0001671179460000061
表3实施例1的原料组成
名称 比例(wt％)
铅锌尾矿 33
石英尾砂 40
改质剂 27
按照上述的原料组成采用下述步骤制备微晶玻璃板：
(1)将铅锌尾矿筛分，得到粒度100目以上的颗粒料；
(2)将石英尾砂筛分，得到粒度100目以上的颗粒料；
(3)使用的改质剂粒度在200目以上；
(4)将铅锌尾矿、石英尾砂、改质剂粒料烘干后称重，按比例混合；
(5)混合后的原料加热熔化，熔化温度保持在1450～1500℃，保温2.5h，得到玻璃熔液；
(6)玻璃熔液出料口流入水淬池，得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨，筛分后得到粒度为小于200目的浆料；
(7)将玻璃浆料泵入喷雾干燥塔中进行干燥，得到玻璃粉；
(8)将玻璃粉平铺到模具中，厚度20～30mm；
(9)将铺好料的模具放入加热炉中；
(10)以5～10℃/min的速度升温至1030℃，保温1.5h；
(11)以10～15℃/min的速度降温至100℃以下出炉；
(12)得到的材料为微晶玻璃板，将冷却至室温的微晶玻璃板进行切割打磨抛光，得到成品微晶玻璃板。
实施例2
表4实施例2中所使用的改质剂的主要成分(质量百分数wt％)
Figure BDA0001671179460000071
表5实施例2的原料组成
名称 比例(wt％)
铅锌尾矿 36
石英尾砂 36
改质剂 28
按照上述的原料组成采用下述步骤制备微晶玻璃板：
(1)将铅锌尾矿筛分，得到粒度100目以上的颗粒料；
(2)将石英尾砂筛分，得到粒度100目以上的颗粒料；
(3)使用的改质剂粒度在200目以上；
(4)将铅锌尾矿、石英尾砂、改质剂粒料烘干后称重，按比例混合；
(5)混合后的原料加热熔化，熔化温度保持在1450～1500℃，保温2.5h，得到玻璃熔液；
(6)玻璃熔液出料口流入水淬池，得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨，筛分后得到粒度为小于200目的浆料；
(7)将玻璃浆料泵入喷雾干燥塔中进行干燥，得到玻璃粉；
(8)将玻璃粉平铺到模具中，厚度20～30mm；
(9)将铺好料的模具放入加热炉中；
(10)以5～10℃/min的速度升温至1030℃，保温1.5h；
(11)以10～15℃/min的速度降温至100℃以下出炉；
(12)得到的材料为微晶玻璃板，将冷却至室温的微晶玻璃板进行切割打磨抛光，得到成品微晶玻璃板。
实施例3
表6实施例3中所使用的改质剂的主要成分(质量百分数wt％)
Figure BDA0001671179460000081
表7实施例3的原料组成
名称 比例(wt％)
铅锌尾矿 40
石英尾砂 34
改质剂 26
按照上述的原料组成采用下述步骤制备微晶玻璃板：
(1)将铅锌尾矿筛分，得到粒度100目以上的颗粒料；
(2)将石英尾砂筛分，得到粒度100目以上的颗粒料；
(3)使用的改质剂粒度在200目以上；
(4)将铅锌尾矿、石英尾砂、改质剂粒料烘干后称重，按比例混合；
(5)混合后的原料加热熔化，熔化温度保持在1450～1500℃，保温2.5h，得到玻璃熔液；
(6)玻璃熔液出料口流入水淬池，得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨，筛分后得到粒度为小于200目的浆料；
(7)将玻璃浆料泵入喷雾干燥塔中进行干燥，得到玻璃粉；
(8)将玻璃粉平铺到模具中，厚度20～30mm；
(9)将铺好料的模具放入加热炉中；
(10)以5～10℃/min的速度升温至1030℃，保温1.5h；
(11)以10～15℃/min的速度降温至100℃以下出炉；
(12)得到的材料为微晶玻璃板，将冷却至室温的微晶玻璃板进行切割打磨抛光，得到成品微晶玻璃板。
表8实施例1～3制得的微晶玻璃的性能
Figure BDA0001671179460000091
于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种利用铅锌尾矿和石英尾砂制备微晶玻璃的方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、按计量比称取原料，所述的原料包括30～40wt％的铅锌尾矿、32～38wt％的石英尾砂，余量为改质剂；
S2、将所述的原料混合均匀，加热熔化并充分搅拌，得到玻璃熔液；
S3、对所述的玻璃熔液进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
S4、对所述的玻璃颗粒进行球磨处理，球磨后浆料全部过200目筛，将形成的浆料采用喷雾干燥塔进行干燥，得玻璃粉料；
S5、将烘干后的玻璃粉料铺至模具上，进行烧结和晶化；
S6、晶化后进行退火冷却，退火冷却工艺条件为，以5～10℃/min的降温速度降至700～800℃，保温1～2h，以10～15℃/min的降温速度降温至100℃以下；
S7、对产品表面进行抛光打磨，得到成品微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铅锌尾矿粒度为100目以上，按质量百分比计，包含：60～65％的二氧化硅、5～10％的氧化铝、10～15％的氧化钙、0～1％的氧化钾、0～1％的氧化钠、10～15％的氧化铁、0～1％的氧化镁，其他成分的含量为1％以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石英尾砂粒度为100目以上，按质量百分比计，包含：80～85％的二氧化硅、5～10％的氧化铝、3～8％的氧化钙、0～1％的氧化钾、1～3％的氧化钠、1～3％的氧化铁、0～1％的氧化镁、0～1％的二氧化钛，其他成分的含量为1％以下。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的改质剂为粒度为200目以上的工业用氧化铝、方解石、钾长石、碳酸钡、氧化锌、纯碱中的一种或多种，按质量百分比计，主要包含：55～60％的氧化钙、20～23％的氧化钡、5～7％的氧化锌、15～18％氧化钠，其他成分的含量为1％以下。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，熔化温度为1450～1550℃保温2～3h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，水淬处理时水温为常温。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，烧结和晶化工艺条件为，以5～8℃/min的升温速度升温至1000～1050℃保温1～2h。
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