CN109265010A - 一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，其特点是以锂瓷石尾矿为主要原料，添加一定量的方解石和澄清剂，制备微晶玻璃。其基本过程为将原料混合，熔化，水淬，研磨筛选，装模，热处理得到微晶玻璃。本发明以锂瓷石尾矿为主要原料制备高强耐磨微晶玻璃，实现了锂瓷石尾矿的资源化综合利用，其在微晶玻璃原材料中最高掺杂量可达80%，显著降低了微晶玻璃生产成本，有效解决了锂瓷石尾矿自然堆放产生的一系列安全和环境问题。

Description

一种锂瓷石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，尤其涉及一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
近些年来，随着我国经济的迅猛发展，矿产资源开发活动所带来的环境压力也越来越大，工业固体废弃物的排放量日益增多。而尾矿作为工业固体废弃物的一大类，是指矿山的选矿厂将矿石破碎、筛分、研磨、分级、再经重选浮选等选别工艺流程，选出有用金属后剩余部分，其一般以SiO2 为主要成分。据不完全统计，我国由于矿产资源开发而产生的尾矿的累积堆存总量已达110 亿吨以上，年产出量达到了12 亿吨，占全世界尾矿产出量的50%以上。目前尾矿除作为低附加值的水泥、墙体砖等建材原料，大部分还露天堆放，这样既造成了占用土地、环境污染、安全隐患，还使得资源浪费。因此，如何将这些资源整体高值利用，特别是开发低成本、高性能的微晶玻璃建筑、装饰材料，受到广泛的关注。
微晶玻璃又称微晶石或玻璃陶瓷，是通过控制玻璃的晶化而得到的多晶固体材料，是由康宁公司于1957 年首次研制成功并商品化。微晶玻璃相比传统的陶瓷和玻璃，具有优异的耐高温、耐磨性、及耐化学腐蚀性，还具有高强度、高硬度、高绝缘性、低介电损耗等优良性能，在国防、航空航天、电子、生物医学、建材等领域得到广泛的应用。传统微晶玻璃主要以化学原料为主，生产成本高、资源和能源消耗比较大，而尾矿中的化学成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO 和CaO 等，这些成分都是制备微晶玻璃所需的，所以利用尾矿为主要原料制备微晶玻璃，已成为微晶玻璃发展的重要方向。近年来，对尾矿微晶玻璃的研究和应用开发十分活跃，已成为新型材料开发应用的热点之一。
近年来，由于锂离子电池的大量制造和使用造成大量提取锂之后的锂瓷石尾矿的存在，如何将该尾矿有效利用是亟待解决的问题。目前现有技术多是将锂瓷石原矿以极低比例加入至微晶玻璃的制备中，无法起到消化和处理大量锂瓷石尾矿变废为宝的作用。
发明内容
为了弥补现有技术在回收锂瓷石尾矿再利用上的不足，本发明提供了一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，在解决锂瓷石尾矿污染，改善矿山环境的同时，制备出性能优异，具有高附加值的微晶玻璃产品。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃，其特征在于，所述的微晶玻璃的原料配比按照质量百分比计包括：锂瓷石尾矿60-80%，方解石10-30%，澄清剂0-10%。
所述锂瓷石尾矿成分按质量百分比计，SiO2 65-75％，Al2O3 15-25％，Na2O 2-5％，K2O 2-5%，杂质1-2％。
所述澄清剂为白砒、氧化锑、硝酸钠、硝酸铵或二氧化铈中的一种或多种。
所述澄清剂的添加量是根据玻璃熔液的澄清程度确定。
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃的制备方法包括如下步骤：
（1）熔料，将原料按比例混合，加热熔化，1350-1450℃，保温2小时，得玻璃熔液；
（2）水淬，玻璃熔液经水冷却，形成玻璃颗粒；
（3）研磨筛选，将玻璃颗粒研磨筛分，选取粒度1-8mm烘干；
（4）装模：烘干后的玻璃颗粒均匀装入板状模具；
（5）烧结热处理；将模具经核化、晶化、保温、退火冷却热处理后得到微晶玻璃初品；
（6）研磨、抛光、切割，对微晶玻璃初品进行研磨、抛光、切割，获得不同规格和亮度的微晶玻璃成品。
所述烧结热处理的具体步骤为：在烧结区中，以8-15℃ /min 的加热速度升温至800-950℃保温1-3h ；进入晶化区，以5-8℃ /min 的加热速度升温至1050-1130℃保温1-3h ；进入降温区，以5-10℃ /min 的速度降至520-680℃，保温0.1-2h ；然后以15-20℃ /min 的速度降至100℃以下出炉。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
（1）本发明以锂瓷石尾矿为主要原料制备高强耐磨微晶玻璃，实现了锂瓷石尾矿的资源化综合利用，其在微晶玻璃原材料中最高掺杂量可达80%，显著降低了微晶玻璃生产成本，并有效解决了锂瓷石尾矿自然堆放产生的一系列安全和环境问题。
（2）本发明没有额外加入助熔剂，而是利用锂瓷石尾矿中自身含有的Na2O和K2O作为助熔剂，熔融温度可降至1350-1450℃，至少节约15～20％左右的能耗成本，符合国家节能减排政策。
（3）本发明利用锂瓷石尾矿制得的微晶玻璃具有胜于天然石材的强度、耐磨性、耐酸、耐碱、耐化学腐蚀等性能，且没有放射性，对人体无害，是理想的室内装饰材料。
附图说明
图1为本发明提供的制备锂瓷石尾矿微晶玻璃的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。而且本发明通过下面实施例，本领域技术人员是能够完全实现本发明权利要求记载的所有内容的。
如图1所示，本发明提供的锂瓷石尾矿微晶玻璃的制备方法，包括下述步骤：
（1）熔料，将原料按比例混合，加热熔化，1350-1450℃，保温2小时，得玻璃熔液；
（2）水淬：玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（3）研磨筛选：将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（4）装模：玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。
（5）热处理：包括核化、晶化、保温、退火冷却。
（6）研磨、抛光、切割。对制备的微晶玻璃研磨、抛光、切割，获得不同规格和亮度的微晶玻璃。
下面表1为实施例中所使用的锂瓷石尾矿的成分组成。
下面表2为实施例提供的方法中的原料成分及组成。
下面表3为本发明实施例及对比例提供的微晶玻璃主要性能检测结果。
表1实施例1-6中使用的锂瓷石尾矿的成分组成
表2实施例1-6提供的方法中的原料成分及组成
实施例1
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将锂瓷石尾矿与方解石、澄清剂称重混合，加热熔化并充分搅拌，保证熔化温度在1350℃，保温2小时，得到玻璃熔液；
（2）玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（4）将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（5）玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。在烧结区中，以7℃/min的加热速度升温至800℃，并保温2h；
( 6 )进入晶化区，以6℃/min的加热速度升温至1100℃保温，并保温2h；
( 7 )进入降温区，以6℃/min的速度降至550℃，保温1h；然后以16℃/min的速度降至100℃以下出炉，得到微晶玻璃；
实施例2
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将锂瓷石尾矿与方解石、澄清剂称重混合，加热熔化并充分搅拌，保证熔化温度在1380℃，保温2小时，得到玻璃熔液；
（2）玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（4）将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（5）玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。在烧结区中，以10℃/min的加热速度升温至880℃，并保温2.5h；
( 6 )进入晶化区，以7℃/min的加热速度升温至1130℃保温，并保温2.5h；
( 7 )进入降温区，以10℃/min的速度降至570℃，保温1h；然后以17℃/min的速度降至100℃以下出炉，得到微晶玻璃；
实施例3
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将锂瓷石尾矿与方解石、澄清剂称重混合，加热熔化并充分搅拌，保证熔化温度在1400℃，保温2小时，得到玻璃熔液；
（2）玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（4）将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（5）玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。在烧结区中，以12℃/min的加热速度升温至910℃，并保温2h；
( 6 )进入晶化区，以7℃/min的加热速度升温至1130℃保温，并保温2h；
( 7 )进入降温区，以9℃/min的速度降至590℃，保温1h；然后以18℃/min的速度降至100℃以下出炉，得到微晶玻璃；
实施例4
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将锂瓷石尾矿与方解石、澄清剂称重混合，加热熔化并充分搅拌，保证熔化温度在1410℃，保温2小时，得到玻璃熔液；
（2）玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（4）将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（5）玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。在烧结区中，以11℃/min的加热速度升温至900℃，并保温2h；
( 6 )进入晶化区，以8℃/min的加热速度升温至1180℃保温，并保温2h；
( 7 )进入降温区，以6℃/min的速度降至580℃，保温1h；然后以19℃/min的速度降至100℃以下出炉，得到微晶玻璃；
实施例5
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将锂瓷石尾矿与方解石、澄清剂称重混合，加热熔化并充分搅拌，保证熔化温度在1420℃，保温2小时，得到玻璃熔液；
（2）玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（4）将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（5）玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。在烧结区中，以10℃/min的加热速度升温至880℃，并保温2h；
( 6 )进入晶化区，以8℃/min的加热速度升温至1160℃保温，并保温2h；
( 7 )进入降温区，以8℃/min的速度降至550℃，保温1h；然后以20℃/min的速度降至100℃以下出炉，得到微晶玻璃；
实施例6
一种锂瓷石尾矿微晶玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将锂瓷石尾矿与方解石、澄清剂称重混合，加热熔化并充分搅拌，保证熔化温度在1450℃，保温2小时，得到玻璃熔液；
（2）玻璃熔液经过玻璃池炉出料口流出，液体流入水冷却池后，进行水淬处理，形成玻璃颗粒。
（4）将玻璃颗粒进行研磨筛分处理，选取粒度在1-8mm之间的玻璃颗粒，进行烘干处理。
（5）玻璃颗粒烘干后均匀装入板状模具内，进入烧结区。在烧结区中，以14℃/min的加热速度升温至950℃，并保温2h；
( 6 )进入晶化区，以9℃/min的加热速度升温至1200℃保温，并保温2h；
( 7 )进入降温区，以12℃/min的速度降至680℃，保温1h；然后以21℃/min的速度降至100℃以下出炉，得到微晶玻璃；
对比例1
如实施例3所述的方法，不同的是锂瓷石尾矿的用量是55%，方解石的用量是45%，不添加澄清剂，并且熔融温度为1550℃。本例提供的方法中方解石的用量过高，锂瓷石尾矿的含量过低，使锂瓷石尾矿中起助熔作用的Na2O和K2O含量偏低，熔融温度提高。同时，所得产品的综合性能较差。
对比例2
如实施例3所述的方法，不同的是锂瓷石尾矿用量85%，方解石的用量是15%，不添加澄清剂。本例提供的方法中锂瓷石尾矿的用量过高，方解石的含量过低无法构成微晶玻璃，故所得产品综合性能也较差。
本发明实施例及对比例提供的微晶玻璃主要性能的监测标准如下：
光泽度的检测方法参考GB/T 13891-1992；
弯曲强度的检测方法参考GB/T 9966 .2-2001；
吸水率的检测方法参考GB/T 9966 .3-2001；
表面气孔率、耐酸性(1.0％硫酸溶液室温浸泡650小时)、耐碱性(1.0％氢氧化钠溶液室温浸泡650小时)、莫氏硬度、耐急冷急热的检测方法参考JC/T 872-2000。
表3实施例1-6及对比例1-2提供的微晶玻璃的主要性能检测结果
项目 莫氏硬度 光泽度 弯曲强度 耐酸性 耐碱性 表面气孔率 吸水率 耐急冷急热
单位 - - MPa 质量损失率（K） 质量损失率（K） 个/m<sup>2</sup> %
合格指标 ≥5 ≥75 ≥30MPa ≤0.2 ≤0.2 ≤10 无具体指标 无裂缝
实施例1 7 83 41.4 0.08 0.07 2 0.07 无裂缝
实施例2 6 79 41.5 0.10 0.09 3 0.09 无裂缝
实施例3 7 84 42.1 0.09 0.08 3 0.06 无裂缝
实施例4 6 80 38.2 0.13 0.12 6 0.10 无裂缝
实施例5 7 82 37.1 0.14 0.13 7 0.06 无裂缝
实施例6 6 78 38.1 0.14 0.14 6 0.12 无裂缝
对比例1 3 49 24 0.42 0.39 23 2.1 有裂缝
对比例2 4 45 21 0.52 0.51 20 1.3 有裂缝
由上面表3中的实验结果可以得出，本发明实施例提供的锂瓷石尾矿微晶玻璃具有较好的综合性能。特别的，本发明实施例1-3所提供的锂瓷石尾矿微晶玻璃具有更好的综合性能。
需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂瓷石尾矿微晶玻璃，其特征在于：所述的微晶玻璃由锂瓷石尾矿、方解石和澄清剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种锂瓷石尾矿微晶玻璃，其特征在于，原料包括：以质量百分比计，锂瓷石尾矿60-80%，方解石10-30%，澄清剂0-10%。
3.根据权利要求1所述的一种锂瓷石尾矿微晶玻璃，其特征在于：所述锂瓷石尾矿成分按质量百分比计， SiO2 65-75％，Al2O3 15-25％，Na2O 2-5％，K2O 2-5%，杂质1-2％。
4.根据权利要求1所述的一种锂瓷石尾矿微晶玻璃，其特征在于：所述澄清剂为白砒、氧化锑、硝酸钠、硝酸铵或二氧化铈中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种锂瓷石尾矿微晶玻璃，其特征在于：所述澄清剂的添加量是根据玻璃熔液的澄清程度确定。
6.一种制备权利要求1-5任一所述锂瓷石尾矿微晶玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔料，将原料按比例混合，加热熔化，1350-1450℃，保温2小时，得玻璃熔液；
（2）水淬，玻璃熔液经水冷却，形成玻璃颗粒；
（3）研磨筛选，将玻璃颗粒研磨筛分，选取粒度1-8mm烘干；
（4）装模：烘干后的玻璃颗粒均匀装入板状模具；
（5）烧结热处理；将模具经核化、晶化、保温、退火冷却热处理后得到微晶玻璃初品；
（6）研磨、抛光、切割，对微晶玻璃初品进行研磨、抛光、切割，获得不同规格和亮度的微晶玻璃成品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（5）具体为：在烧结区中，以8-15℃ /min 的加热速度升温至800-950℃保温1-3h ；进入晶化区，以5-8℃ /min 的加热速度升温至1050-1130℃保温1-3h ；进入降温区，以5-10℃ /min 的速度降至520-680℃，保温0.1-2h ；然后以15-20℃ /min 的速度降至100℃以下出炉。
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