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(shí)，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(shí)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(shí)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(yáng)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(cái)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(shí)現(xiàn)最大量使用廢棄物的同時(shí)，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(shí)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(diǎn)，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(gè)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(shí)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(shí)間6小時(shí)；
[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(shí)(較佳為4小時(shí))；
[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(shí)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(shí)(較佳為5小
時(shí))，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(shí)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(jì)測試，測量依據(jù)GB/T4340.1-1999 ;抗折強(qiáng)度采用萬能材料試驗(yàn)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(shí)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(shí)施方式】
[0028]以下份均指重量份。
[0029]實(shí)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(shí)間6小時(shí)；[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(shí)；
[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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(bào)》，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(shí)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(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)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(shí)間6小時(shí)； 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(shí)； 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(shí)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(shí)，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(jì)格, 楊廣躍 申請人:浙江大學(xué)