CN118344010A - 采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，属于节能建筑材料领域。本发明工艺步骤包括：铜矿尾渣粉体中加入钠钙硅酸盐玻璃粉，机械混合均匀，得到尾渣混合粉体1；混合粉体1中加入发泡剂，机械混合均匀后，得到尾渣混合粉体2；将尾渣混合粉体2铺展于耐火模具，整平后，继续铺展尾渣混合粉体1；耐火模具放入快速烧结炉中低温烧结，继续升温至高温，釉烧发泡，制备出轻质釉面微晶玻璃。本发明利用铜矿尾渣粉体低温下烧结致密化、高温下釉烧发泡，制备出轻质釉面微晶玻璃，实现铜矿尾渣增值利用，在建筑、环保等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及节能建筑材料领域，具体涉及一种以铜矿尾渣为原料，两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法。
背景技术
铜矿尾渣又称铜尾砂，由矿石经粉碎、精选后形成的细粉砂粒组成，每生产1 t铜会有400 t废石和尾矿产生。据统计，2011-2018年，我国铜矿尾渣产生量约为3.02亿t，占尾矿总生产量的24.94%，这说明我国虽然铜矿资源储量相对丰富，但产生的铜矿尾渣量却相当大。铜矿尾渣主要含有铜、铅、锌、金等有价金属，以及一些有害物质，如重金属、硫化物等，因此大量堆积的铜矿尾渣会对环境造成严重的污染，长期接触这些有害物质，甚至会对人体健康产生很大的危害。因此，铜矿尾渣的有效处置和利用对于发展循环经济具有重要的现实意义。
关于铜矿尾渣的资源化利用，申请号201210446992.1公开一种铜矿尾矿渣多孔陶瓷材料及制备方法，仅利用铜矿尾渣和少量添加剂将尾渣进行资源化利用，成本低且工艺简单。与此类似，申请号201710189625.0公开了一种抗裂防渗混凝土及其制备方法，其选用铜矿尾渣等作为主要原料提高了混凝土的抗磨和抗冲蚀能力。铜矿尾渣的利用方式具有多样性，开发一种利用铜矿尾渣制备微晶玻璃的方法具有重要的意义。
多孔微晶玻璃的制备方法分为粉体直接烧结法和熔融-烧结法，前者是将粉体与发泡剂、助溶剂、稳泡剂等助剂混合均匀后，装入耐火模具直接烧结制备出多孔微晶玻璃，与申请号201210520916.4和201210496820.5所使用的方法相似；后者是将原料粉体混合均匀后，在1450°C附近高温熔融，水淬成玻璃颗粒，研磨粉碎后的玻璃粉与发泡剂（成孔剂）、粘接剂混合造粒，在模具内加压成型后进行烧结晶化，制备出多孔微晶玻璃，与申请号200810144537.X，201210110719.1及201310025575.4所使用的方法相似。
多孔微晶玻璃制备方法涉及原料粉体与发泡剂混合后烧结、发泡、析晶而形成多孔结构，其不同之处在于粉体制备方式，粉体直接烧结法中，原料粉体经过机械混合后进行烧结；熔融-烧结法中，原料粉体先在高温下熔融均化，然后水淬玻璃颗粒，最后进行烧结。在两种方法中，发泡剂在烧结过程中热分解产生气体，这些气体在烧结体内膨胀形成气泡，与烧结体内部原有的气孔叠加，造成气孔尺寸均匀性差，气泡之间存在开孔和闭孔的混杂情况。此外，在相同温度区间内，发泡行为和析晶行为相互制约，导致无法调控多孔微晶玻璃的力学和电学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，以铜矿尾渣为原料，与钠钙硅酸盐玻璃粉和发泡剂混合均匀，在低温下烧结致密化；高温下釉烧发泡，制备出以三维闭合气孔为主、气孔尺寸均匀的釉面微晶玻璃。这种釉层微晶玻璃具有气孔尺寸均匀、轻质、高强度、抗腐蚀、隔热等优点，满足节能建筑材料的性能要求，并且粉体在耐火模具中铺展的工艺有利于工业规模生产从而实现铜矿尾渣的节能环保、高附加值利用。
本发明的一种采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃，其特征在于通过以下工艺步骤实现：
1）铜矿尾渣粉体，加入钠钙硅酸盐玻璃粉，机械混合均匀，得到尾渣混合粉体一；
2）尾渣混合粉体一中加入发泡剂，机械混合均匀后，得到尾渣混合粉体二；
3）尾渣混合粉体二铺展于耐火模具，整后平，继续铺展尾渣粉体一并整平；
4）放入快速烧结炉中低温烧结，烧结完成后继续升温进行高温釉烧发泡，制备出轻质釉面微晶玻璃。
所述的铜矿尾渣粉体是铜矿尾渣预处理后，颗粒粒径为1-10 μm；钠钙硅酸盐玻璃粉颗粒粒径为200 μm，以质量分数计，其添加量是铜矿尾渣粉体的5%。
所述的发泡剂是SiC，以质量分数计，其添加量是铜矿尾渣粉体1%-5%。
所述的低温烧结升温速率为3-5 ℃/min，烧结温度为1050-1150 ℃，保温时间120min。
所述的高温釉烧发泡升温速率为10-30 ℃/min，发泡温度为1200-1300 ℃，保温时间0~30 min。
与现有的多孔微晶玻璃相比，本发明采用上述组分及工艺方法，具有以下显著特点和实质性进步：
（1）利用铜矿尾渣制备微晶玻璃，不仅降低微晶玻璃的生产成本，而且实现铜矿尾渣的资源化利用，具有显著的经济和环境效益。
（2）本发明方法简单易行，釉层微晶玻璃是在低温下烧结得到致密表面层，后又在高温下发泡形成牢固界面连接的多孔微晶玻璃，同时抛光、着色致密表面层，易于工业化生产。
（3）与现有多孔微晶玻璃相比，轻质釉面微晶玻璃具有高机械强度、轻质、不易渗水、具有美观等特性符合节能建筑材料的外观和性能要求。
附图说明
图1为轻质釉面微晶玻璃的实物照片。
图2为轻质釉面微晶玻璃的制备工艺流程。
具体实施方式
实施例1
将细磨后的铜矿尾渣粉体，加入钠钙硅酸盐玻璃粉，混合均匀，铺展于耐火模具，相同操作加入2% SiC，在其上均匀铺展。放入快速烧结炉低温烧结，升温速率为4 ℃/min，烧结温度为1100 ℃，保温时间120 min，高温釉烧阶段，升温速率15 ℃/min，烧结温度为1230 ℃，保温时间3 min，制备出轻质釉面微晶玻璃，如图1所示。轻质釉面微晶玻璃的表观密度为0.3 g/cm3，气孔率43%，气孔孔径为1-2 mm，抗压强度为44 MPa。
实施例2
预处理后的铜矿尾渣粉体，加入钠钙硅酸盐玻璃粉，混合均匀，铺展于耐火模具，相同操作加入3%SiC，在其上均匀铺展。放入快速烧结炉低温烧结，升温速率为5 ℃/min，烧结温度为1130 ℃，保温时间120 min，高温釉烧阶段，升温速率20 ℃/min，烧结温度为1280℃，保温时间5 min，制备出轻质釉面微晶玻璃。轻质釉面微晶玻璃的表观密度为0.26 g/cm3，气孔率57%，气孔孔径为1.5-2.5 mm，抗压强度为29 MPa。
实施例3
预处理后的铜矿尾渣粉体，加入钠钙硅酸盐玻璃粉，混合均匀，铺展于耐火模具，相同操作加入5% SiC，在其上均匀铺展。放入快速烧结炉低温烧结，升温速率为5 ℃/min，烧结温度为1150 ℃，保温时间120 min，高温釉烧阶段，升温速率30 ℃/min，烧结温度为1300 ℃，保温时间10 min，制备出轻质釉面微晶玻璃。轻质釉面微晶玻璃的表观密度为0.24 g/cm3，气孔率36%，气孔孔径为2-3 mm，抗压强度为34 MPa。
Claims (5)
1.一种采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，其特征在于包含以下步骤：
1）铜矿尾渣粉体中加入钠钙硅酸盐玻璃粉，机械混合均匀，得到尾渣混合粉体一；
2）尾渣混合粉体一中加入发泡剂，机械混合均匀后，得到尾渣混合粉体二；
3）尾渣混合粉体二铺展于耐火模具，整平后，继续铺展尾渣粉体一并整平；
4）放入快速升温炉中低温烧结，烧结完成后继续升温进行高温釉烧发泡，制备出轻质釉面微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，其特征在于：所述铜矿尾渣粉体是铜矿尾渣经过预处理，颗粒粒径为1-10 μm；所述钠钙硅酸盐玻璃粉颗粒粒径为200 μm，以质量分数计，添加量是铜矿尾渣粉体的5%。
3.根据权利要求1所述的采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，其特征在于：所述发泡剂是SiC，以质量分数计，其添加量是铜矿尾渣粉体1%-5%。
4.根据权利要求1所述的采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，其特征在于：所述低温烧结的升温速率为3-5 ℃/min，烧结温度为1050-1150 ℃，保温时间120min。
5.根据权利要求1所述的采用铜矿尾渣两步法制备轻质釉面微晶玻璃的方法，其特征在于：所述高温釉烧发泡的升温速率10-30 ℃/min，烧结温度为1200-1300 ℃，保温时间0~30 min。
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