利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，包括以下步驟：配料：由以下重量份的成分組成原料：鐵尾礦35～40份，石英20～25份，碳酸鎂10～12份，氧化鋁13～15份，氧化鈣3～4份，氧化鈦6～7份，氧化硼3～5份，氧化銻1份；將原料混合后于1450～1500℃熔融保溫，所得玻璃液進(jìn)行壓制成型或壓延成型，將板狀玻璃退火后于950～1000℃下保溫3～5小時，然后降溫至室溫；得高強(qiáng)耐磨微晶玻璃。該方法是一種以鐵尾礦為主要原料、實現(xiàn)整體析晶的CMAS微晶玻璃的制備方法。
【專利說明】利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的制備方法，特別是一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國鐵尾礦每年產(chǎn)生數(shù)億噸，污染環(huán)境的同時給社會也造成了巨大的壓力，不僅占用了大量的耕地，而且干涸后的尾砂、粉煤灰等遇大風(fēng)形成揚塵。尾礦庫、赤泥庫等超期或超負(fù)荷使用，甚至違規(guī)操作，會帶來極大安全隱患，對周邊地區(qū)人民財產(chǎn)和生命安全造成嚴(yán)重威脅，是國家目前亟待解決的難題。迫切需要在實現(xiàn)最大量使用廢棄物的同時，解決廢渣對生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞等問題。
[0003]CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS)微晶玻璃是比較重要的微晶玻璃體系。由于是四元玻璃體系，因此其相圖比較復(fù)雜，所能析出的晶相也比通常的三元玻璃體系要多。常見的析出晶體有透輝石[Ca0.Mg0.2Si02]、鈣長石[Ca0.Al2O3.2Si02]、堇青石[2Mg0.2A1203.5Si02]、莫來石[3A1203.2Si02]、鎂橄欖石等。尤其是堇青石晶相的存在會使其相應(yīng)的CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系微晶玻璃具有優(yōu)良的力學(xué)性能，因而受到廣泛關(guān)注。目前，大部分通過采用工業(yè)原料來制備各種性能優(yōu)異的CaO-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃。由于CMAS微晶玻璃中所含有的主要成分大多分布廣泛，工業(yè)廢料特別是鐵尾礦中含有這類成分。因此，考慮直接使用鐵尾礦作為主要原料，外加一些其他成分來制備CMAS微晶玻璃。這樣可以有效地降低生產(chǎn)成本，同時又可以減輕鐵尾礦對于生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重影響。
[0004]為了獲得性能優(yōu)異的 堇青石基CMAS微晶玻璃，需要所制備的玻璃能夠充分地析晶，但是析晶困難是當(dāng)前CaO-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃面臨的一大問題。為了解決這一問題，通常是采用燒結(jié)法來制備CMAS微晶玻璃，但是燒結(jié)法的不足在于工藝比較復(fù)雜，成本較高，且所制備得到的微晶玻璃試樣具有表面氣孔、裂紋、翹板等缺點，這在一定程度上降低了微晶玻璃的密度、力學(xué)性能和使用性能。而采用整體析晶法制備的CMAS微晶玻璃在性能上通常比燒結(jié)法制備的微晶玻璃要優(yōu)異，但又存在析晶速度慢，整體析晶能力不強(qiáng)，不易獲得優(yōu)越性能的堇青石主晶相等問題，所以如何提高CMAS微晶玻璃整體析晶能力以及形成以堇青石為主晶相微晶玻璃是一個亟待解決的技術(shù)問題。
[0005]現(xiàn)有的利用鐵尾礦制備的主要是CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃，主晶相為硅灰石或輝石主晶相，一般而言，維氏硬度在5~7GPa，而抗折強(qiáng)度在IOOMPa左右。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，該方法是一種以鐵尾礦為主要原料、實現(xiàn)整體析晶的CMAS微晶玻璃的制備方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，包括以下步驟:
[0008]I)、配料:[0009]由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦35~40份,石英20~25份,碳酸鎂10~12份,氧化招13~15份,氧化韓3~4份,氧化鈦6~7份,氧化硼3~5份,氧化鋪1份；
[0010]2)、將原料采用機(jī)械球磨的方式進(jìn)行混合，球磨時間6小時；
[0011]3)、將步驟2)所得的混合后原料于1450~1500°C熔融保溫3.5~4.5小時(較佳為4小時)；
[0012]4)、將步驟3)所得的玻璃液進(jìn)行壓制成型或壓延成型，從而制備得到板狀玻璃；
[0013]5)、將板狀玻璃送至退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度580°C，退火I小時后隨爐冷卻；得退火玻璃；
[0014]6)、將退火玻璃置入熱處理爐中，在950~1000°C下保溫3~5小時(較佳為5小
時)，然后降溫至室溫；得高強(qiáng)耐磨微晶玻璃。
[0015]作為本發(fā)明的利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法的改進(jìn):
[0016]所述配料為:由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦37份，石英23份，碳酸鎂11份，氧化鋁14份,氧化鈣4份，氧化鈦6份，氧化硼4份，氧化銻1份。
[0017]在本發(fā)明中，室溫是指10~35°C。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于:
[0019]1、鐵尾礦是一種礦山固體廢棄物，將其用于玻璃配合料中可以代替部分石英砂、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣等常`規(guī)原料，能降低原料成本；
[0020]2、鐵尾礦取代后可降低玻璃熔制溫度，改善熔制條件，按照本發(fā)明的配方能提高CMAS微晶玻璃的整體析晶能力，實現(xiàn)100%析晶，即沒有玻璃相，全部為結(jié)晶相，可通過XRD分析，測量依據(jù)為GB/T23413-2009。
[0021]3、析出以六方晶相的堇青石(cordierite)為主晶相的微晶玻璃(圖1),晶粒大小10微米左右(圖2)，整體析晶，無玻璃相，外觀呈黑色，光澤較好；
[0022]4、力學(xué)性能好，維氏硬度8.0GPa以上，抗折強(qiáng)度在120MPa以上。
[0023]備注說明:該維氏硬度采用維氏硬度計測試，測量依據(jù)GB/T4340.1-1999 ;抗折強(qiáng)度采用萬能材料試驗機(jī)測試，測量依據(jù)為GB/T3810.4-2006。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]圖1為微晶玻璃的XRD圖譜；
[0026]圖1 中，? Cordierite, Δ Tio2 ；
[0027]圖2為微晶玻璃的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0028]以下份均指重量份。
[0029]實施例1、一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，依次進(jìn)行以下步驟:
[0030]I)配料:
[0031]由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦35份，石英25份，碳酸鎂10份，氧化鋁15份，氧化鈣3份，氧化鈦6份，氧化硼5份，氧化銻1份。
[0032]2)、將上述原料采用機(jī)械球磨的方式進(jìn)行混合，球磨時間6小時；[0033]3)、將步驟2)所得的混合后原料于1450~1500°C熔融保溫4小時；
[0034]4)、將熔化后的玻璃液進(jìn)行壓制成型或壓延成型，制備得到板狀玻璃(長、寬、厚分別為 100mm、40mm、5mm)；
[0035]5)、將上述板狀玻璃送至退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度580°C，退火1小時后隨爐冷卻；得退火玻璃；
[0036]6)、將退火玻璃置入熱處理爐中，在950~1000°C下保溫5小時，然后降溫至室溫；
得高強(qiáng)耐磨微晶玻璃。
[0037]制備得到的微晶玻璃產(chǎn)品的主晶相為六方晶相的堇青石，晶粒大小10微米左右，整體析晶，外觀呈黑色，光澤較好，維氏硬度≥8.0GPa，抗折強(qiáng)度≥120MPa。
[0038]實施例2、一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，
[0039]配料為:
[0040]由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦40份，石英20份，碳酸鎂12份，氧化鋁13份，氧化鈣4份，氧化鈦7份，氧化硼3份，氧化銻1份。
[0041]制備方法同實施例1。
[0042]制備得到的微晶玻璃產(chǎn)品的主晶相為六方晶相的堇青石，晶粒大小10微米左右，整體析晶，外觀呈黑色，光澤較好，維氏硬度≥8.2GPa，抗折強(qiáng)度≥125MPa。
[0043]實施例3:—種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，
[0044]配料為:
[0045]由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦37份，石英23份，碳酸鎂11份，氧化鋁14份，氧化鈣4份，氧化鈦6份，氧化硼4份，氧化銻1份。
[0046]制備方法同實施例1。
[0047]制備得到的微晶玻璃產(chǎn)品的主晶相為六方晶相的堇青石，晶粒大小10微米左右，整體析晶，外觀呈黑色，光澤較好，維氏硬度≥8.8GPa，抗折強(qiáng)度≥134MPa。
[0048]對比例1、聞欣，李靜，YAN Xin, LI Jing,基于鞍山鐵尾礦的堇青石系微晶玻璃制備，《遼寧科技大學(xué)學(xué)報》，2013年2期:113-4 ；
[0049]配料為:Si02=53.0 %，Α1203=20.0 %，Mg0=15.0 %，Ti02=5.0 %，F(xiàn)e2O3=L 9 %，F(xiàn)e0=2.1%。
[0050]制備工藝參數(shù)為:將混勻的原料在熔制玻璃的熔塊爐熔制，升溫制度:由室溫以15°C / min升溫速率升至1150°C，保溫1h ;以12°C / min升溫速率升至1600°C，保溫2h。
[0051]所得產(chǎn)物性能為:堇青石基微晶玻璃，體積密度2.301g/cm3。
[0052]對比例2、
[0053]將配料改成鐵尾礦37份，石英23份，碳酸鎂9份，氧化鋁10份，氧化鈣12份，氧化鈦6份，氧化硼2份，氧化銻1份；
[0054]制備方法同實施例1。
[0055]所得微晶玻璃性能為:得到的主晶相為透輝石[Ca0.Mg0.2Si02]，維氏硬度為
7.5GPa，抗折強(qiáng)度為102MPa。
[0056]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，其特征是包括以下步驟: 1)、配料: 由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦35~40份，石英20~25份，碳酸鎂10~12份，氧化招13~15份，氧化韓3~4份,氧化鈦6~7份,氧化硼3~5份,氧化鋪1份； 2)、將原料采用機(jī)械球磨的方式進(jìn)行混合，球磨時間6小時； 3)、將步驟2)所得的混合后原料于1450~1500°C熔融保溫3.5~4.5小時； 4)、將步驟3)所得的玻璃液進(jìn)行壓制成型或壓延成型，從而制備得到板狀玻璃； 5)、將板狀玻璃送至退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度580°C，退火I小時后隨爐冷卻；得退火玻璃； 6)、將退火玻璃置入熱處理爐中，在950~1000°C下保溫3~5小時，然后降溫至室溫；得高強(qiáng)耐磨微晶玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鐵尾礦制備高強(qiáng)耐磨微晶玻璃的方法，其特征是: 所述配料為: 由以下重量份的成分組成原料:鐵尾礦37份，石英23份，碳酸鎂11份，氧化鋁14份，氧化鈣4份，氧 化鈦6份，氧化硼4份，氧化銻1份。
【文檔編號】C03C6/10GK103864309SQ201410036747
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】郭興忠, 楊輝, 王長林, 溫計格, 楊廣躍 申請人:浙江大學(xué)