CN109320089A

CN109320089A - 一种以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃

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Publication number: CN109320089A
Application number: CN201811318309.XA
Authority: CN
Inventors: 彭同江; 郑文苗; 孙红娟; 丁文金; 周果
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2019-02-12
Anticipated expiration: 2038-11-07
Also published as: CN109320089B

Abstract

本发明提供了一种以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃。所述微晶玻璃由包含石棉尾矿的原料制备得到，石棉尾矿在原料中的质量占比为90％～100％。所述微晶玻璃包括玻璃相和微晶相，所述玻璃相与微晶相的质量比为35:65～5:95，所述微晶相包括镁铁尖晶石相。本发明的有益效果可包括：能够实现石棉尾矿的综合利用，微晶玻璃的原料中石棉尾矿利用率为90～100％；微晶玻璃的性能优异，具有明显的软磁性。

Description

一种以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃

技术领域

本发明涉及石棉尾矿综合利用与资源化利用领域，特别地，涉及一种以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃。

背景技术

石棉尾矿是温石棉(纤蛇纹石石棉)矿开采和选矿过程中产生的尾渣，其主要物相为蛇纹石，还含有少量非蛇纹石族共生或伴生矿物。由于纤蛇纹石矿石含棉率低，约5～10％(西部矿山含量率约为5～7％)，目前生产1吨纤蛇纹石石棉产生约20～30吨尾矿，部分地区甚至更高，然而中国对纤蛇纹石石棉尾矿的利用率整体较低，加上历史积累，使得纤蛇纹石石棉尾矿的堆积量大约为5亿吨。石棉尾矿大量堆积不仅占用大量土地，同时造成资源的浪费，且由于石棉是致癌物质(具有纳米纤维结构)，对环境和人体具有严重的危害性。目前国家全力提倡构建资源节约型和环境友好型社会，而石棉尾矿一直未得到产业化开发和利用。目前急需探寻和研究高效、高附加值利用的环境友好和资源节约型产业化集成创新技术。

微晶玻璃，又名玻璃陶瓷、微晶陶瓷，是以玻璃与陶瓷成型技术为基础，通过控制热处理制度，得到的微晶相与玻璃相并存的一类多晶材料，因其具有良好的机械性能，高硬度，高耐磨及耐酸碱腐蚀等，可用作高档建筑装饰材料和多种功能材料等。

现有的微晶玻璃生产工艺主要包括：整体析晶法、熔融烧结法和溶胶-凝胶法，对于工业废渣微晶玻璃，其主要生产工艺为前两种。整体析晶法的生产流程为配料→高温熔融→浇筑成型→退火→核化晶化→抛光切边→产品，熔融烧结法的生产流程为配料→高温熔融→水淬→球磨→压片→核化晶化→抛光切边→产品。整体析晶法和熔融烧结法均含有高温熔制过程，同时二者均需二次高温处理过程，因而存在能耗高，工艺流程长、工序繁琐，而且工业废渣利用率低等弊端或缺陷。此外，从现有的研究情况来看，采用工业固体废弃物制备的微晶玻璃通常用作结构材料，因此研究重点主要集中在如何提升力学性能上，而对于功能化的研究很少，产品的附加值较低从而限制了微晶玻璃的产品化。

目前没有通过一次烧结石棉尾矿而制备出的功能化磁性微晶玻璃，且微晶玻璃产品很难实现高附加值利用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种以石棉尾矿为主要原料的功能性微晶玻璃，来实现石棉尾矿的高效利用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种功能性微晶玻璃。所述微晶玻璃由包含石棉尾矿的原料制备得到，石棉尾矿在原料中的质量占比可为90％～100％，所述微晶玻璃的微晶相中包括镁铁尖晶石相。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数可为85～95％，所述微晶相可包括质量比为(45～60)：(30～48)：(4～18)：(3～15)的镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述镁橄榄石相的形态可包括短条状，长度为850～2000nm，宽度可为500～1200nm；所述顽火辉石相的形态可包括球粒状，粒径为300～1250nm；所述镁铁尖晶石相的形态可包括浑圆棒状，长度为1500～3800nm，宽度为850～1800nm；所述透辉石相的形态可包括长柱状，长度为1350～3400nm，宽度为600～1850nm。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，具有所述镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相的微晶玻璃可包括按照质量百分数计的如下成分：40～50％MgO、30～50％SiO₂、5～20％Fe₂O₃、3～10％CaO、0.5～1.2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％NiO、0.2～0.3％K₂O和0.1～0.3％MnO。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数可为68～85％，所述微晶相可包括质量比为(32～55)：(20～48)：(15～28)：(5～20)的镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数可为80～92％，所述微晶相包括质量比可为(35～58)：(20～45)：(12～28)：(8～20)的镁橄榄石相、镁黄长石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数可为78～90％，所述微晶相可包括质量比为(36～50)：(25～38)：(18～28)的镁橄榄石相、透辉石相和镁铁尖晶石相。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，具有上述微晶相的微晶玻璃中，气孔体积占比可为1.5～6％，所述气孔包括显气孔和闭气孔，其中，65％以上的显气孔可位于微晶玻璃内部，60％以上的闭气孔可位于微晶玻璃表面。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数可为88～95％，所述微晶相包括质量比为(30～48)：(25～40)：(8～20)：(15～36)的镁橄榄石相、钙镁橄榄石相、镁铁尖晶石相和顽火辉石相。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃的体密度可为2.0～3.36g/cm²，吸水率可为0.02～0.35％，抗折强度可为68～125MPa，耐酸性可为99.8％以上，耐碱性为99.9％以上。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述微晶玻璃的饱和磁感应强度可为0.01～10emu/g，矫顽力可为120～1000Oe。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：微晶玻璃的原料中石棉尾矿的利用率高，在90％以上；微晶玻璃的抗压、抗折强度较高，耐酸碱性好，同时具有明显的软磁性。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了示例1中功能性微晶玻璃样品的X射线衍射图；

图2示出了示例1中功能性微晶玻璃样品扫描电镜图；

图3示出了示例1中功能性微晶玻璃磁滞回线曲线图；

图4示出了示例2中功能性微晶玻璃样品的X射线衍射图；

图5示出了示例2中功能性微晶玻璃样品扫描电镜图；

图6示出了示例2中功能性微晶玻璃磁滞回线曲线图；

图7示出了示例3中功能性微晶玻璃样品的X射线衍射图；

图8示出了示例3中功能性微晶玻璃样品扫描电镜图；

图9示出了示例3中功能性微晶玻璃磁滞回线曲线图；

图10示出了示例4中功能性微晶玻璃样品的X射线衍射图；

图11示出了示例4中功能性微晶玻璃样品扫描电镜图；

图12示出了示例4中功能性微晶玻璃磁滞回线曲线图；

图13示出了示例5中功能性微晶玻璃样品的X射线衍射图；

图14示出了示例5中功能性微晶玻璃样品扫描电镜图；

图15示出了示例5中功能性微晶玻璃磁滞回线曲线图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃。

本发明的功能性微晶玻璃是以石棉尾矿为主要原料，添加少量配料，或者直接以石棉尾矿为原料，整个制备过程省略了高温熔融阶段，通过直接烧结来制备。微晶玻璃的原料中石棉尾矿的质量分数在90％以上，综合利用率高、附加值高。所述配料可包括：工业烧碱、钾长石、霞石、珍珠岩、废玻璃和硼砂中的至少一种。原料可包括按照质量百分数计的：烧碱0～10％、钾长石0～7％、霞石0～5％、珍珠岩0～10％、废玻璃0～10％和硼砂0～5％。原料还可包括微晶玻璃制备过程中的抛光与切边废料，其在原料中质量占比可为0～2％。

本发明的功能性微晶玻璃可实现石棉尾矿的低成本、高利用率和高附加值利用。微晶玻璃产品具有独特的磁学性能，是一类非常重要的功能材料，可应用于电子、信息、航空、军事等领域。

在本发明的一个示例性实施例中，所述功能性微晶玻璃由包含石棉尾矿的原料制备得到，石棉尾矿在原料中的质量占比为90％～100％，例如95±3％。

微晶玻璃可的微晶相可包括磁性晶相，磁性晶相可为镁铁尖晶石，镁铁尖晶石相为三八面体结构由于其具有较强的内部交换场，因而表现出磁性。

所述微晶玻璃包括玻璃相和微晶相。在微晶玻璃中，玻璃相与微晶相的质量比可为35:65～5:95，即微晶相在微晶玻璃中的质量分数可为65～95％，例如，87±4％。微晶玻璃中晶粒的平均粒径可在440～560nm，例如可在450、500或550nm等。

玻璃相整体上较均匀地填充于微晶相之间的空隙，联结不同类型晶体。各晶体的尺寸大小不等，小尺寸晶粒填充于大尺寸晶粒之间，整体形成级密堆积，有利于提高微晶玻璃的机械性能。

微晶玻璃中还可存在气孔，气孔占比约为1.5～6％，气孔包括显气孔和闭气孔。其中，显气孔孔径可为250～3500nm。闭气孔孔径可为100～3200nm不。

在本实施例中，石棉尾矿可包括纤蛇纹石石棉尾矿。所述石棉尾矿可包括按照质量百分比计的如下成分：40～50％MgO、30～50％SiO₂、5～20％Fe₂O₃、3～10％CaO、0.5～1.2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％NiO、0.1～0.3％K₂O、0.1～0.2％MnO、0.02～0.08％BaO、0.01～0.05％Co₃O₄，余量为烧失量，例如烧失量可为2.46～15.65％。例如，石棉尾矿可包括：44％MgO、32％SiO₂、11％Fe₂O₃、6％CaO、0.9％Al₂O₃、0.6％Cr₂O₃、0.4％NiO、0.2％K₂O、0.14％MnO、0.04％BaO、0.03％Co₃O₄、余量为烧失量。

在本实施例中，所述微晶玻璃的物相可包括以下五类。

第一类：

微晶玻璃中微晶相所占的质量分数可为85～95％，此含量的晶相可明显提高微晶玻璃的韧性，抗压抗折等性能；剩余5～15％的玻璃相在微晶玻璃结构中以网状结构交织于微晶相之间，可显著提高微晶玻璃的韧性，同时使之具有较好的光泽度。

如图1所示，所述微晶相可包括镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。其中，微晶相中各相质量占比可为：镁橄榄石相：45～60％，顽火辉石相：30～48％，镁铁尖晶石相：4～18％，透辉石相：3～15％。在微晶相中，镁橄榄石相含量最高，上述含量能够使微晶玻璃具有耐高温，抗浸蚀，化学稳定性好等优点；上述含量的顽火辉石相可填充镁橄榄石相与镁铁尖晶石相的晶界孔隙，形成级密堆积体，可提高微晶玻璃致密性；上述含量镁铁尖晶石相能够使微晶玻璃具有明显软磁性；透辉石含量在较高温度其热稳定性差，部分晶相与镁橄榄石和顽辉石形成固溶体，有效降低了微晶玻璃结构孔隙。

镁橄榄石相的形态可包括短条状，长度可为850～2000nm，宽度可为500～1200nm。顽火辉石相的形态可包括球粒状，粒径可为300～1250nm。镁铁尖晶石相的形态可包括浑圆棒状，长度可为1500～3800nm，宽度可为850～1800nm。透辉石相的形态可包括长柱体，长度可为1350～3400nm，宽度可为600～1850nm。

原料中蛇纹石含量越高，微晶玻璃中镁橄榄石相和顽火辉石相含量越高；原料中水镁石含量越高，微晶玻璃中镁橄榄石相含量越高；原料中磁铁矿含量越高，微晶玻璃玻璃中镁铁尖晶相石含量越高，原料中白云石含量越高，微晶玻璃中透辉石相含量越高。

具有该晶相的微晶玻璃可包括按照质量百分数计的如下成分：

40～50％MgO、30～50％SiO₂、5～20％Fe₂O₃、3～10％CaO、0.5～1.2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％NiO、0.2～0.3％K₂O和0.1～0.3％MnO。

具有该微晶相的微晶玻璃中，气孔的体积占比可为3～5％。气孔包括显气孔和闭气孔。其中，显气孔中的75～90％位于微晶玻璃内部，闭气孔中的60～85％位于微晶玻璃表面。显气孔的孔径可为350～2400nm，闭气孔的孔径可为120～1850nm。

图2示出了具有上述微晶相微晶玻璃的一个扫描电镜图，图中晶粒的平均粒径在500nm左右，晶粒间结合较致密且分布较均匀。

第二类：

微晶玻璃的微晶相含量可为68～85％，此含量的晶相可提高微晶玻璃的韧性，抗压抗折等性能；剩余15～32％的玻璃相在微晶玻璃结构中以带状结构与微晶相紧密结合，可显著提高微晶玻璃的韧性，同时较高的玻璃相含量可明显提高微晶玻璃的光泽度，以及有效降低孔隙大小和孔隙率。

所述微晶相可包括镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

其中，镁橄榄石相、顽火辉石相为主晶相，镁铁尖晶石相、透辉石相为副晶相。在微晶相中，镁橄榄石相的质量分数可为32～55％、顽火辉石相的质量分数可为20～48％、镁铁尖晶石相的质量分数可为15～28％，透辉石相的质量分数可为5～20％。镁橄榄石相含量在上述范围可提高微晶玻璃耐高温，抗浸蚀，化学稳定性等性能；上述含量的顽火辉石相含的晶体可填充镁橄榄石晶相与镁铁尖晶石晶相晶界孔隙，形成级密堆积体，可提高微晶玻璃致密性；上述含量的镁铁尖晶石相能够使微晶玻璃具有较明显的软磁性；上述含量的透辉石相含量在较高温度其热稳定性差，部分晶相与镁橄榄石相和顽辉石相形成固溶体，有效降低了微晶玻璃结构孔隙。

其中，镁橄榄石相的形态可包括短条状，长度可为650～2000nm，宽度可为480～1200nm。顽火辉石相的形态可包括球粒状，粒径可为250～1250nm。镁铁尖晶石相的形态可包括浑圆棒状，长度可为1500～3600nm，宽度可为800～1800nm。透辉石相的形态可包括长柱体，长度可为1250～3200nm，宽度可为600～1850nm。

30～45％MgO、28～45％SiO₂、6～15％Fe₂O₃、3～10％CaO、0.8～1.2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％NiO、0.2～0.3％K₂O、0.1～0.3％MnO。

具有该微晶相的微晶玻璃中，气孔的体积占比可为1.5～3％。气孔包括显气孔和闭气孔。其中，显气孔中的72～88％位于微晶玻璃内部，闭气孔中的68～92％位于微晶玻璃表面。显气孔的孔径可为350～2400nm，闭气孔的孔径可为280～2400nm。

第三类：

微晶玻璃中微晶相所占的质量分数可为80～92％，此含量的晶相可明显提高微晶玻璃的韧性，抗压抗折等性能；剩余8～20％的玻璃相在微晶玻璃结构中以网状结构交织于微晶相之间，可显著提高微晶玻璃的韧性，同时使之具有较好的光泽度。

微晶相可包括镁橄榄石相、镁黄长石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。其中，镁橄榄石相和镁黄长石相为主晶相，镁铁尖晶石相和辉石相为副晶相。在微晶相中，镁橄榄石相的质量分数可为35～58％，镁黄长石相的质量分数可为20～45％，镁铁尖晶石相的质量分数可为12～28％，透辉石相的质量分数可为8～20％。镁橄榄石相含量最高，其可提高微晶玻璃耐高温，抗浸蚀，化学稳定性等性能；上述占比的镁黄长石相可提高微晶玻璃化学稳定性以及热稳定性；上述占比的镁铁尖晶石相含量使微晶玻璃具有较明显的软磁性；透辉石相在较高温度其热稳定性差，部分晶相与镁橄榄石形成固溶体，可有效降低了微晶玻璃结构孔隙率。

其中，镁橄榄石相的形态可包括短条状，长度可为850～2000nm，宽可为500～1250nm。镁黄长石相的形态可包括的方粒状，尺寸可为250～1200nm。镁铁尖晶石相的形态可包括浑圆棒状，长度可为1500～3800nm，宽度可为850～1800nm。透辉石相的形态可包括长柱体，长度可为1350～3400nm，宽度可为600～1850nm。

35～48％MgO、25～40％SiO₂、8～20％Fe₂O₃、15～30％CaO、0.8～1.2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％％NiO、0.2～0.3％K₂O、0.1～0.3％MnO。

具有该微晶相的微晶玻璃中，气孔占比可为1.8～4％。气孔包括显气孔和闭气孔。其中，显气孔中的85～92％位于微晶玻璃内部，闭气孔中的65～85％位于微晶玻璃表面。显气孔的孔径可为280～1850nm，闭气孔的孔径可为150～1350nm。

第四类：

微晶玻璃中，微晶相含量可达78～90％，此含量的晶相可显著提高微晶玻璃的抗压抗折等性能；剩余10～22％是玻璃相，玻璃相在微晶玻璃结构中以条带状结构与微晶相紧密结合，可提高微晶玻璃的韧性。

微晶相可包括镁橄榄石相、透辉石相和镁铁尖晶石相。主晶相：镁橄榄石相和透辉石相，副晶相：镁铁尖晶石相。

在微晶相中，镁橄榄石相质量占比可为36％～50％，其可提高微晶玻璃耐高温，抗浸蚀，化学稳定性等性能；透辉石相质量占比可为25～38％，在较高温度其热稳定性差，部分的透辉石相与镁橄榄石相形成固溶体，有效降低了微晶玻璃结构孔隙；镁铁尖晶石相质量占比可为18～28％，该含量的使微晶玻璃具有较明显的软磁性。

其中，镁橄榄石相的形态可包括短条状，长度可为850～2000nm，宽度可为450～1180nm；透辉石相的形态可包括板块状，长度可为1200～3400nm，宽度可为800～2000nm。镁铁尖晶石相的形态可包括浑圆棒状，长度可为1500～3600nm，宽度可为850～1800nm。

具有该晶相的微晶玻璃可包括按照质量百分比计的如下成分：35～50％SiO₂、28～38％MgO、12～25％Fe₂O₃、3～8％CaO、0.8～2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％NiO、0.1～0.4％K₂O、0.1～0.3％MnO。

具有该微晶相的微晶玻璃中，气孔占比可为1.8～3.5％。气孔包括显气孔和闭气孔。其中，显气孔中的68～82％位于微晶玻璃内部，闭气孔中的60～85％位于微晶玻璃表面。显气孔的孔径可为420～2500nm，闭气孔的孔径可为280～2250nm。

含有以上四类物相的微晶玻璃中，显气孔绝大部分在微晶玻璃结构内部，表面很少有显气孔，这种气孔分配使得微晶玻璃基本不吸水，同时内部显气孔可利于降低微晶玻璃体密度，制备较轻质微晶玻璃。

第五类：

微晶玻璃中微晶相所占的质量分数可为88～95％，此含量的晶相可显著提高微晶玻璃的抗压抗折等性能；剩余5～12％的玻璃相在微晶玻璃结构中以网状结构与微晶相紧密结合，可提高微晶玻璃的韧性。

微晶玻璃的微晶相可包括镁橄榄石相、钙镁橄榄石相、镁铁尖晶石相和顽火辉石相。其中，镁橄榄石相和钙镁橄榄石相为主晶相，镁铁尖晶石相和顽火辉石相为副晶相。在微晶相中，镁橄榄石相的质量分数可为30～48％，钙镁橄榄石相的质量分数可为25～40％，镁铁尖晶石相的质量分数可为8～20％，顽火辉石相的质量分数可为15～36％。上述占比的镁橄榄石相和钙镁橄榄石相可提高微晶玻璃耐高温，抗浸蚀，化学稳定性等性能；上述占比的镁铁尖晶石相含量使微晶玻璃具有较明显的软磁性；上述含量的顽火辉石相含的晶体可填充镁橄榄石晶相、钙镁橄榄石晶相与镁铁尖晶石晶相晶界孔隙，形成级密堆积体，可提高微晶玻璃致密性。

其中，镁橄榄石相的形态可包括短条状，长度可为800nm～1850nm，宽度可为500～1200nm；钙镁橄榄石相的形态可包括短柱状，长度可为950nm～2000nm，宽度可为550nm～1650nm；镁铁尖晶石相的形态可包括浑圆棒状，长度可为1500nm～3600nm，宽度可为850nm～1800nm。顽火辉石相的形态可包括的球粒状，尺寸可为250nm～1500nm。

具有上述晶相的微晶玻璃可包括按照质量百分比计的如下成分：32～45％MgO、28～40％SiO₂、12～20％CaO、3～10％Fe₂O₃、0.8～2％Al₂O₃、0.2～0.8％Cr₂O₃、0.2～0.5％NiO、0.1～0.3％K₂O、0.1～0.3％MnO。

具有上述微晶相的微晶玻璃中，气孔占比可为4～6％。气孔包括显气孔和闭气孔。其中，显气孔中的20～45％位于微晶玻璃内部，闭气孔中的30～50％位于微晶玻璃表面。显气孔的孔径可为480～2500nm，闭气孔的孔径可为300～2200nm。显气孔绝大部分在微晶玻璃结构表面，内部很少有显气孔，这种气孔分配使得微晶玻璃具有部分吸声降噪的性能；以及吸收部分粉尘气体净化空气的能力。

在本实施例中，本发明的微晶玻璃可以包括通过下述方法制备出的微晶玻璃：

(1)以石棉尾矿为原料，或者以石棉尾矿和配料为原料，对原料进行预处理，得到粒度不大于80μm的素坯粉体。当原料只有石棉尾矿时，预处理可包括粉碎、干燥；当原料包含有石棉尾矿和配料时，预处理可包括干燥、粉碎和混合等环节。其中，粉碎可包括破碎、粉磨；进一步地，预处理在粉磨之后，粉碎还可包括粒度分级的步骤。素坯粉体(或者原料)中石棉尾矿的质量分数在90％以上，这可以满足石棉尾矿的高利用率需求。素坯粉体的粒度进一步地可控制在10～80μm，不仅有利于坯体成型，而且还有利于提高样品的性能；如果粒度大于80μm会限制会影响烧结反应，进而降低产品微晶玻璃的致密性；粉体粒度低于10μm则需进行深入加工处理，能耗较高。配料可包括：工业烧碱、钾长石、霞石、珍珠岩、废玻璃、硼砂、抛光与切边废料中的至少一种。

(2)将素坯粉体压制成型，得到微晶玻璃的坯体。压制成型的步骤可包括：将所述素坯粉体均匀平铺于成型磨具中，在20～100MPa的压力下保压10～60s，然后脱模得到坯体。若压力过大，素坯易被压裂难以成形；若压力过少，颗粒间粘接效果差，空隙较多；且保压时间长空隙小，但能耗增加，会影响成本。进一步地，压制成型过程中，可在40～80MPa的压力下保压，例如压力可控制在50或70MPa，时间可控制在20或50s。其中，制坯的环境条件可为室温，或者略高于室温的温度，例如30～100℃。

(3)将所述坯体加热至750～900℃(可称为低温阶段)并保温，以促使坯体成核结晶，例如可加热至820±30℃；然后再加热至1100～1250℃(可称为高温阶段)烧结，例如可加热至1160±50℃，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃。低温阶段的温度控制在750～900℃，若温度过高会导致结晶体过于长大，破坏晶体间致密化结合状态进而影响微晶玻璃结构性能；若温度过低导致结晶不充分，使晶相含量降低进而影响微晶玻璃结构性能。高温阶段的温度控制在1100～1250℃，若温度过高会使微晶玻璃过烧，出现气泡，裂纹等缺陷；若温度过低，则微晶玻璃未完全烧结，影响致密性。在低温阶段，可以5～10℃/min的升温速率将所述坯体加热至750～950℃，然后保温30～60min。在高温阶段，可以以3～5℃/min的升温速率将所述坯体再加热至1100～1250℃，然后保温30～90min。

原料成分以及含量决定微晶玻璃微晶相的种类和各晶相比例。

在本实施例中，所述微晶玻璃性能优异，磁性较强，具备吸收微波、电磁波等功能。微晶玻璃的体密度可为2.0-3.36g/cm²，例如2.8±0.36g/cm²；吸水率可0.01～0.035％；抗压强度可为180～250MPa；抗折强度可为68～125MPa，例如，90±15MPa；耐酸性可为99.8％以上，例如99.85～99.9％；耐碱性可为99.9％以上，例如99.9～99.99％；饱和磁感应强度可为0.01～10emu/g，例如5±3emu/g；矫顽力可为120～1000Oe，例如300±80Oe。

为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

1)将石棉尾矿和配料预处理后，称重配合混合均匀获得微晶玻璃素坯粉体。石棉尾矿化学成分以重量百分比计：MgO 40％，SiO₂ 35％，Fe₂O₃ 10％，CaO 6％，Al₂O₃ 1％，Cr₂O₃ 0.5％，NiO 0.3％，K₂O 0.2％，MnO 0.1％,BaO 0.05％，Co₃O₄ 0.03％，烧失量6.82％；辅料：废玻璃、长石(即钾长石或钠长石)，分别占石棉尾矿质量分数为5％、3％；预处理：石棉尾矿在700℃预焙烧1h脱水后与辅料均匀混合球磨至50um得素坯粉体。

2)将步骤1)获得的微晶玻璃素坯粉体平铺于成型磨具中，采用坯体成型压力机干压成型，获得微晶玻璃素坯。其中，干压成型的压力为30MPa，保压时间为60s。

3)将步骤2)中获得的微晶玻璃素坯置于隧道窑中进行分段加热处理，然后随窑降温冷却至200℃左右后取出，对其进行抛光、切边后获得微晶玻璃制品。抛光与切边产生的废料作为配料回收利用。素坯分段热处理：室温加热至850℃，升温速度10℃/min，保温1h；850℃加热至1200℃，升温速度5℃/min，保温1h。

本示例所得产物X射线衍射分析结果见图1，图中表明所得产物中生成了镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。本示例所得产物的扫描电镜图见图2，图中晶粒的平均粒径在500nm左右，晶粒间结合较致密且分布较均匀。本示例所得产物的磁滞回线图见图3，所得微晶玻璃的饱和磁感应强度为1.652emu/g，矫顽力为185.256Oe，表现明显的软磁性。产物各理化性能如下：密度3.16g/cm³、抗压强度192Mpa、抗折强度88Mpa、吸水率0.026％、耐酸性99.88％、耐碱性99.985％。

示例2

1)将石棉尾矿和配料预处理后，称重配合混合均匀获得微晶玻璃素坯粉体；其中，石棉尾矿化学成分以重量百分比计：MgO 38％，SiO₂ 35％，CaO 15％，Fe₂O₃ 8％，Al₂O₃ 1％，Cr₂O₃ 0.5％，NiO 0.3％，K₂O 0.2％，MnO 0.1％，BaO 0.05％，Co₃O₄ 0.02％，烧失量1.83％；辅料：烧碱、钾长石，分别占石棉尾矿质量分数为5％、3％。预处理：石棉尾矿在750℃预焙烧1h脱水后与辅料均匀混合球磨至50um得素坯粉体。

2)将步骤1)获得的微晶玻璃素坯粉体平铺于成型磨具中，采用坯体成型压力机干压成型，获得微晶玻璃素坯。其中，干压成型的压力为50MPa，保压时间为60s。

3)将步骤2)中获得的微晶玻璃素坯置于隧道窑中进行分段加热处理，然后随窑降温冷却至200℃左右后取出，对其进行抛光、切边后获得微晶玻璃制品。抛光与切边产生的废料作为配料回收利用。其中，素坯分段热处理：室温加热至800℃，升温速度为5℃/min，保温1h；800℃加热至1250℃，升温速度为3℃/min，保温1h。

图4示出了本示例所得产物X射线衍射分析结果，图4表明所得产物中生成了镁橄榄石相、镁黄长石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。本示例所得产物的扫描电镜图如图5所示，晶粒的平均粒径在450nm左右，晶粒间结合较致密且分布较均匀。本示例所得产物的磁滞回线图中如图6所示，微晶玻璃的饱和磁感应强度为2.556emu/g，矫顽力为235.628Oe，表现明显的软磁性。产物各理化性能如下：密度3.28g/cm³、抗压强度235Mpa、抗折强度92Mpa、吸水率0.028％、耐酸性99.82％、耐碱性99.976％％。

示例3

1)将石棉尾矿和配料预处理后，称重配合混合均匀获得微晶玻璃素坯粉体。石棉尾矿化学成分以重量百分比计：MgO 40％，SiO₂ 38％，Fe₂O₃ 8％，CaO 6％，Al₂O₃ 1％，Cr₂O₃0.5％，NiO 0.3％，K₂O 0.2％，MnO 0.1％，BaO 0.05％，Co₃O₄ 0.03％，烧失量5.82％；辅料：烧碱、钾长石，分别占石棉尾矿质量分数为5％、3％；预处理：石棉尾矿在750℃预焙烧1h脱水后与辅料均匀混合球磨至50um得素坯粉体。

2)将步骤1)获得的微晶玻璃素坯粉体平铺于成型磨具中，采用坯体成型压力机干压成型，获得微晶玻璃素坯。干压成型的压力为80MPa，保压时间为60s。

3)将步骤2)中获得的微晶玻璃素坯置于隧道窑中进行分段加热处理，然后随窑降温冷却至200℃左右后取出，对其进行抛光、切边后获得微晶玻璃制品。抛光与切边产生的废料作为配料回收利用。素坯分段热处理：室温升至800℃，升温速度为10℃/min，保温0.5h；800℃升至1250℃，升温速度为5℃/min，保温1h。

本示例所得产物X射线衍射分析结果如图7所示，所得产物中生成了镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。本示例所得产物的扫描电镜图如图8所示，图中晶粒的平均粒径在450nm左右，晶粒间结合较致密且分布较均匀。本示例所得产物的磁滞回线图中如图9所示，微晶玻璃的饱和磁感应强度为2.036emu/g，矫顽力为208.625Oe，表现明显的软磁性。产物各理化性能如下：密度3.25g/cm³、抗压强度220Mpa、抗折强度85Mpa、吸水率0.035％、耐酸性99.85％、耐碱性99.979％。

示例4

1)将石棉尾矿和配料预处理后，称重配合混合均匀获得微晶玻璃素坯粉体。石棉尾矿化学成分以重量百分比计：MgO 38％，SiO₂ 34％，Fe₂O₃ 6％，CaO 15％，Al₂O₃ 1.5％，Cr₂O₃ 0.5％，NiO 0.3％，K₂O 0.2％，MnO 0.1％,BaO0.06％，Co₃O₄ 0.03％，烧失量4.31％；辅料：废玻璃、钾长石，分别占石棉尾矿质量分数为5％、3％；预处理：石棉尾矿在750℃预焙烧0.5h脱水后与辅料均匀混合球磨至50um得素坯粉体。

3)将步骤2)中获得的微晶玻璃素坯置于隧道窑中进行分段加热处理，然后随窑降温冷却至200℃左右后取出，对其进行抛光、切边后获得微晶玻璃制品。抛光与切边产生的废料作为配料回收利用。素坯分段热处理：室温加热至850℃，升温速度为10℃/min，保温1h；850℃加热至250℃，升温速度为5℃/min，保温1h。

本示例所得产物X射线衍射分析结果如图10所示，所得产物中生成了镁橄榄石、钙镁橄榄石、镁铁尖晶石和顽火辉石。本示例所得产物的扫描电镜图中如图11所示，晶粒的平均粒径在550nm左右，晶粒间结合较致密且分布较均匀。本示例所得产物的磁滞回线图中如图12所示，微晶玻璃的饱和磁感应强度为1.286emu/g，矫顽力为125.362Oe，表现明显的软磁性。产物各理化性能如下：密度2.862g/cm³、抗压强度182Mpa、抗折强度78Mpa、吸水率0.018％、耐酸性99.81％、耐碱性99.973％。

示例5

1)将石棉尾矿和配料预处理后，称重配合混合均匀获得微晶玻璃素坯粉体。石棉尾矿化学成分以重量百分比计：MgO 32％，SiO₂ 40％，Fe₂O₃ 16％，CaO 5％，Al₂O₃ 1％，Cr₂O₃ 0.5％，NiO 0.3％，K₂O 0.3％，MnO 0.2％,BaO 0.05％，Co₃O₄ 0.03％，烧失量4.62％；辅料：废玻璃、珍珠岩，分别占石棉尾矿质量分数为5％、3％；预处理：石棉尾矿在700℃预焙烧1.5h脱水后与辅料均匀混合球磨至20um得素坯粉体。

2)将步骤1)获得的微晶玻璃素坯粉体平铺于成型磨具中，采用坯体成型压力机干压成型，获得微晶玻璃素坯。干压成型的压力为100MPa，保压时间为60s。

3)将步骤2)中获得的微晶玻璃素坯置于隧道窑中进行分段加热处理，然后随窑降温冷却至200℃左右后取出，对其进行抛光、切边后获得微晶玻璃制品。抛光与切边产生的废料作为配料回收利用。素坯分段热处理：室温加热至850℃，升温速度为10℃/min，保温1h；850℃加热至1200℃，升温速度为5℃/min，保温1.5h。

本示例所得产物X射线衍射分析结果如见图13所示，所得产物中生成了镁橄榄石、镁铁尖晶石和透辉石。本示例所得产物的扫描电镜图如图14所示，晶粒的平均粒径在500nm左右，晶粒间结合较致密且分布较均匀。本示例所得产物的磁滞回线图如图15所示，微晶玻璃的饱和磁感应强度为7.816emu/g，矫顽力为482.258Oe，表现明显的软磁性。产物各理化性能如下：密度3.352g/cm³、抗压强度208Mpa、抗折强度116Mpa、吸水率0.012％、耐酸性99.898％、耐碱性99.982％。

综上所述，本发明利用石棉尾矿制备出的微晶玻璃相对于现有技术具有显著性的进步，其有益效果如下：

1)微晶玻璃的原料中石棉尾矿利用率高，可达到90％以上，且原料可包括微晶玻璃抛光与切边产生的废料。

2)本发明所述方法制备的微晶玻璃制品体密2.0～3.36g/cm²，吸水率0.01～0.035<0.10～0.02％，抗折强度68～125MPa，耐酸性99.8～99.998～99.5％，耐碱性99.9～99.9997～99.8％。各项指标均可与大理石、花岗岩、瓷砖媲美，可作高档建筑装饰材料、工艺雕刻和功能陶瓷材料等。

3)基于石棉尾矿原料中富含铁的特性，通过控制热处理制度，实现微晶玻璃制备过程中磁性晶相的可控析晶，得到具有突出软磁性能和良好使用性能的磁性微晶玻璃(饱和磁感应强度：0.01～10emu/g，矫顽力：120～1000Oe)，有望应用于生物学和电子工程等领域；为石棉尾矿的高附加值利用或者生产功能化磁性微晶玻璃提供一种新的途径和方法。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃由包含石棉尾矿的原料制备得到，石棉尾矿在原料中的质量占比为90％～100％，所述微晶玻璃的微晶相中包括镁铁尖晶石相。

2.根据权利要求1所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数为85～95％，所述微晶相包括质量比为(45～60)：(30～48)：(4～18)：(3～15)的镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

3.根据权利要求2所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述镁橄榄石相的形态包括短条状，长度为850～2000nm，宽度可为500～1200nm；所述顽火辉石相的形态包括球粒状，粒径为300～1250nm；所述镁铁尖晶石相的形态包括浑圆棒状，长度为1500～3800nm，宽度为850～1800nm；所述透辉石相的形态包括长柱状，长度为1350～3400nm，宽度为600～1850nm。

4.根据权利要求2所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃包括按照质量百分数计的如下成分：

5.根据权利要求1所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数为68～85％，所述微晶相包括质量比为(32～55)：(20～48)：(15～28)：(5～20)的镁橄榄石相、顽火辉石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

6.根据权利要求1所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数为80～92％，所述微晶相包括质量比为(35～58)：(20～45)：(12～28)：(8～20)的镁橄榄石相、镁黄长石相、镁铁尖晶石相和透辉石相。

7.根据权利要求1所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数为78～90％，所述微晶相包括质量比为(36～50)：(25～38)：(18～28)的镁橄榄石相、透辉石相和镁铁尖晶石相。

8.根据权利要求2～7中任意一项所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中气孔体积占比为1.5～6％，所述气孔包括显气孔和闭气孔，其中，65％以上的显气孔位于微晶玻璃内部，60％以上的闭气孔位于微晶玻璃表面。

9.根据权利要求1所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中微晶相的质量分数为88～95％，所述微晶相包括质量比为(30～48)：(25～40)：(8～20)：(15～36)的镁橄榄石相、钙镁橄榄石相、镁铁尖晶石相和顽火辉石相。

10.根据权利要求1所述的功能性微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的饱和磁感应强度为0.01～10emu/g，矫顽力为120～1000Oe。