專(zhuān)利名稱(chēng)：一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，屬于資源綜合利用和材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱態(tài)鋼渣具有較高的溫度(約1500°C)、較多的熱能(1758kJ/kg)和大量的鐵(10-30 wt%)0傳統(tǒng)的處理工藝是利用冷卻介質(zhì)與熱態(tài)鋼渣作用使其淬碎，冷卻后得到渣粒。得到冷態(tài)鋼渣的過(guò)程會(huì)耗散熱態(tài)鋼渣中的顯熱，消耗水等物質(zhì)，造成環(huán)境污染。冷態(tài)鋼渣的利用通常是先回收其中的鐵等金屬，然后用于農(nóng)業(yè)肥料、膠凝材料、路基材料、建筑材料及微晶玻璃原材料等方面。 微晶玻璃是晶體相和玻璃相均勻分布的新型復(fù)合材料。它是通過(guò)對(duì)加有晶核劑或不加晶核劑的特定組成的玻璃母體進(jìn)行有控晶化熱處理后使玻璃相中析出大量微晶相而制得的。微晶玻璃的性能是由微晶相的種類(lèi)、晶粒的大小、玻璃相的組成以及它們的相對(duì)數(shù)量決定的。通過(guò)調(diào)整基礎(chǔ)玻璃成分和生產(chǎn)工藝制度就可以制造出各種預(yù)定性能要求的微晶玻璃。鐵磁性微晶玻璃的特點(diǎn)是其結(jié)晶相中含有相當(dāng)數(shù)量的Fe3O4,使玻璃具有磁性。其飽和磁化強(qiáng)度(M s)和矯頑力(H c)隨著熱處理溫度的提高先增大而后減小。在外界交變磁場(chǎng)的作用下，F(xiàn)e3O4產(chǎn)生磁滯損耗而將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，可作為熱種子材料，用于治療腫瘤細(xì)胞的溫?zé)岑煼?。采用工業(yè)礦渣為原料制備微晶玻璃的專(zhuān)利有很多，如專(zhuān)利號(hào)為01144185. 2、專(zhuān)利名稱(chēng)為“利用電廠液態(tài)渣制備微晶玻璃的工藝方法”的專(zhuān)利中，采用的是燒結(jié)工藝，液態(tài)渣需要水淬后制粉。申請(qǐng)?zhí)枮?1102237. 6、申請(qǐng)名稱(chēng)為“工業(yè)熔融爐渣直接制造礦渣微晶玻璃”，和專(zhuān)利號(hào)為200810018384. 4、專(zhuān)利名稱(chēng)為“一種利用火電廠液體排渣爐制備燒結(jié)型微晶玻璃的方法”的專(zhuān)利，以熱態(tài)渣為原料直接制備出了微晶玻璃。還有申請(qǐng)?zhí)枮?01010275956. 4、申請(qǐng)名稱(chēng)為“一種含鐵工業(yè)熔渣在線(xiàn)回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法”等專(zhuān)利。但是這些專(zhuān)利中要么所采用熱態(tài)渣含鐵量較小，要么是先將鐵回收，再制備微晶玻璃熔塊。均沒(méi)有直接利用熱態(tài)渣中大量的不同價(jià)態(tài)的鐵來(lái)直接制備鐵磁性微晶玻璃。采用熱態(tài)渣制備微晶玻璃的技術(shù)還沒(méi)有見(jiàn)諸報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，它利用熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃高附加值產(chǎn)品，既可充分利用其所含的熱量和不同價(jià)態(tài)的鐵，又可避免不必要的物質(zhì)消耗和廢物產(chǎn)生，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其所述方法包括鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃和熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟。具體地，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為
(1)首先對(duì)熱態(tài)鋼渣的化學(xué)成分和所用的各輔料組分進(jìn)行成分分析，根據(jù)玻璃熔體的化學(xué)組成，確定鋼渣的重量份摻入量為2-5份，輔料或碎玻璃的重量份用量為5-8份；
玻璃熔體中化學(xué)成分的重量份配比如下
55-75份的SiO2,10-15份的Al2O3,15-30份的鐵氧化物、其中Fe2+和Fe3+的比值為I 2，10-20 份的 CaO，5-10% 的 MgO，2-8% 的 Na2CHK2O ；
(2)將輔料混勻、制粉、在熔渣池內(nèi)加熱熔融成液態(tài)；
(3)將含有多價(jià)態(tài)鐵的熱態(tài)鋼渣加入到熔融成液態(tài)的輔料中與之混合，均化，得到玻璃熔體；
(4)將玻璃熔體澆鑄到預(yù)熱的金屬模具中成型，脫模、退火后制得基礎(chǔ)玻璃。或者，優(yōu)選的，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為
將碎玻璃在1400-1450°C溫度下加熱2-4小時(shí)，將其熔融成碎玻璃熔體；
按碎玻璃與熱態(tài)鋼渣的質(zhì)量比為I: (I. 5-3)的比例稱(chēng)取熱態(tài)鋼渣倒入碎玻璃熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃?；蛘?，另一優(yōu)選方案中，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為
取81. 23g的輔料制粉且混合均勻，在1400-1450°C溫度下加熱2_4小時(shí)，將其熔融成輔料熔體；
輔料的配比為Si02 49 . 59g, CaO 8. 67g, Al2O3 15. 7g, MgO 4. 95g, Na2O 2. 32g ；
取18. 68g的熱態(tài)鋼渣將其倒入輔料熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為
(1)對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行差熱分析，根據(jù)差熱曲線(xiàn)上吸熱峰和放熱峰對(duì)應(yīng)的溫度，確定熱處理所需的核化溫度和晶化溫度；
(2)在保護(hù)氣氛或還原氣氛下對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行核化與晶化熱處理，得到含有大量磁鐵礦的微晶玻璃。優(yōu)選的，熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為
對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行核化、晶化熱處理，當(dāng)晶化溫度達(dá)到950-1050°C以上保溫后冷卻，得到以透灰石和鐵氧體為主晶相的磁性微晶玻璃。本發(fā)明不僅充分利用了熱態(tài)鋼渣中所含的物質(zhì)和熱能，而且得到了具有特殊性能的鐵磁性微晶玻璃，拓展了產(chǎn)品的種類(lèi)和使用范圍，與普通的微晶玻璃先比，具有更高的附加值。本發(fā)明提出的熱態(tài)鋼渣與輔料的液-液混熔工藝具有操作簡(jiǎn)便、熔制過(guò)程快，均化效果好，設(shè)備腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)。易與現(xiàn)有鋼鐵生產(chǎn)工藝對(duì)接。本發(fā)明提出了一條熱態(tài)鋼渣中鐵的全新利用方式，省去了熱態(tài)除鐵的繁雜工藝和能量消耗，組分調(diào)整一次完成，縮短了工藝流程。通過(guò)適當(dāng)?shù)娜壑乒に嚭蜔崽幚砉に?，鋼渣中的Fe2+和Fe3+大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕РＡе械拇盆F礦相，使熱態(tài)鋼渣中的鐵得到了充分利用。
本發(fā)明與其它利用熔渣制備微晶玻璃專(zhuān)利的不同在于
(1)本發(fā)明利用的是熱態(tài)鋼渣及其中多價(jià)態(tài)的鐵；
(2)本發(fā)明采用的是“基礎(chǔ)玻璃熔制”與“晶化熱處理”兩段法工藝，制備的基礎(chǔ)玻璃中同時(shí)有Fe2+和Fe3+的存在。(3)本發(fā)明制備的是鐵磁性微晶玻璃，具有特殊功能和用途。(4)本發(fā)明采用的液-液混熔工藝能有效保證Fe2+在玻璃熔體中的存在，而且熔制時(shí)間短，均化速度快，攪拌強(qiáng)度輕，設(shè)備腐蝕小。因而，本發(fā)明利用熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃高附加值產(chǎn)品，既可充分利用其所含的熱量和不同價(jià)態(tài)的鐵，又可避免不必要的物質(zhì)消耗和廢物產(chǎn)生，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1-3
以碎玻璃為原料，將碎玻璃在1400-1450°C溫度下加熱2-4小時(shí)，將其熔融成碎玻璃熔體；在惰性或還原氣氛下與熱態(tài)鋼渣進(jìn)行混合與均化。均勻熔體經(jīng)澆鑄成型、550 °C退火2小時(shí)后得到基礎(chǔ)玻璃。基礎(chǔ)玻璃再經(jīng)過(guò)950-1050 °C晶化熱處理后可得到磁性較強(qiáng)的微晶玻璃。碎玻璃與熱態(tài)鋼渣的質(zhì)量比分別為1:1.5，1:2.5，1:3。原料和產(chǎn)品的化學(xué)組分分別見(jiàn)表-I，表-2和表-3。表-I輔料和產(chǎn)品的化學(xué)組成(鋼渣與廢玻璃的質(zhì)量比為I: I. 5)
組分 jSiO；； IAlaO, |FeT |CaO IMgO IKaO |Na,0 ~
鋼渣 -11·37 7&Τ~ 30.75 38.25 10.56~
廢玻璃—71.02O. 27 8. 64 4. 25 O. 3 13. 51~
微晶玻璃 |47. 16|l.63 |l2. 46 |20. 48+6. 77 |θ. 18 |8. 11 ~
表-2輔料和產(chǎn)品的化學(xué)組成(鋼渣與廢玻璃的質(zhì)量比為1:25)
組分 jsio；； IAlaO, |FeT |CaO IMgO IKaO |Na,0 ~
鋼渣 -11·37 YW~ 30.75 38.25 10.56~
廢玻璃—71.02O. 27 8. 64 4. 25 O. 3 13. 51~
微晶玻璃 |53·98| ·43 |8. 98 |l7. I \&. 05 |θ. 21 \9. 65 ~
表-3輔料和產(chǎn)品的化學(xué)組成(鋼渣與廢玻璃的質(zhì)量比為1:3)
組分 jsio；； Iai3O, Itf. Icao |Mgo |κ3ο |Na,o ~
鋼渣 -11·37 YW~ 30.75 38.25 10.56~
廢玻璃—71.02O. 27 8. 64 4. 25 O. 3 13. 51~
微晶玻璃丨56.11丨1.37 {1. 89 | 6· 04 丨5· 83 |θ. 23 |l0. 13~
實(shí)施例4
取81. 23g的輔料制粉且混合均勻，在1400-1450°C溫度下加熱2_4小時(shí)，將其熔融成輔料熔體；
輔料的配比為Si02 49 . 59g, CaO 8. 67g, Al2O3 15. 7g, MgO 4. 95g, Na2O 2. 32g ；
取18. 68g的熱態(tài)鋼渣將其倒入輔料熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃?；A(chǔ)玻璃再經(jīng)過(guò)950-1050 °C晶化熱處理后可得到磁性較強(qiáng)的微晶玻璃。最后應(yīng)說(shuō)明的是顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃和熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟。
2.如權(quán)利要求I所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為 (1)首先對(duì)熱態(tài)鋼渣的化學(xué)成分和所用的各輔料組分進(jìn)行成分分析，根據(jù)玻璃熔體的化學(xué)組成，確定鋼渣的重量份摻入量為2-5份，輔料或碎玻璃的重量份用量為5-8份； 玻璃熔體中化學(xué)成分的重量份配比如下 55-75份的SiO2,10-15份的Al2O3,15-30份的鐵氧化物、其中Fe2+和Fe3+的比值為I 2，10-20 份的 CaO，5-10% 的 MgO，2-8% 的 Na2CHK2O ； (2)將輔料混勻、制粉、在熔渣池內(nèi)加熱熔融成液態(tài)； (3)將含有多價(jià)態(tài)鐵的熱態(tài)鋼渣加入到熔融成液態(tài)的輔料中與之混合，均化，得到玻璃熔體； (4)將玻璃熔體澆鑄到預(yù)熱的金屬模具中成型，脫模、退火后制得基礎(chǔ)玻璃。
3.如權(quán)利要求2所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為 將碎玻璃在1400-1450°C溫度下加熱2-4小時(shí)，將其熔融成碎玻璃熔體； 按碎玻璃與熱態(tài)鋼渣的質(zhì)量比為I: (I. 5-3)的比例稱(chēng)取熱態(tài)鋼渣倒入碎玻璃熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。
4.如權(quán)利要求2所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為 取81. 23g的輔料制粉且混合均勻，在1400-1450°C溫度下加熱2_4小時(shí)，將其熔融成輔料熔體；輔料的配比為Si02 49 . 59g, CaO 8. 67g, Al2O3 15. 7g, MgO 4. 95g, Na2O 2. 32g ； 取18. 68g的熱態(tài)鋼渣將其倒入輔料熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。
5.如權(quán)利要求2-4之任一所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為 (1)對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行差熱分析，根據(jù)差熱曲線(xiàn)上吸熱峰和放熱峰對(duì)應(yīng)的溫度，確定熱處理所需的核化溫度和晶化溫度； (2)在保護(hù)氣氛或還原氣氛下對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行核化與晶化熱處理，得到含有大量磁鐵礦的微晶玻璃。
6.如權(quán)利要求5所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為 對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行核化、晶化熱處理，當(dāng)晶化溫度達(dá)到950-1050°C保溫后冷卻，得到以透灰石和鐵氧體為主晶相的磁性微晶玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，包括鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃和熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟。首先將輔料組分制粉混合均勻，在1400-1450℃溫度下加熱2-4小時(shí)，熔融成液體，將熱態(tài)鋼渣倒入輔料熔體中并混合均勻，澆鑄到模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃毛坯。對(duì)玻璃毛坯進(jìn)行核化、晶化熱處理，當(dāng)晶化溫度達(dá)到950℃以上保溫后冷卻，得到以透灰石和鐵氧體為主晶相的磁性微晶玻璃。利用本發(fā)明提出的鐵磁性微晶玻璃制備方法，既充分利用了熱態(tài)鋼渣所含的大量顯熱，避免了環(huán)境污染，又使渣中的鐵得到有效利用。所制備的微晶玻璃具有良好的磁熱性和生物活性，產(chǎn)品附加值高。
文檔編號(hào)C03C10/02GK102826759SQ20121035903
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者張凱, 武文斐, 李保衛(wèi) 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)