鐵尾礦微晶玻璃

1、一、研究背景世界上選礦工業(yè)每年排放的廢石及尾礦廢渣約為20 億m3。我國目前尾礦堆積量近50 億噸，年排出的尾礦量高達5 億噸以上，其中鐵尾礦排放量達1.5 億噸。尾礦采用大部分露天堆放，既占用了大量的土地，還容易造成粉塵污染，其中有害物質(zhì)經(jīng)過風(fēng)化、雨淋、地表徑流的腐蝕極容易污染水體，危害環(huán)境。隨著礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)和利用，礦產(chǎn)資源日益枯竭。由于尾礦數(shù)量大、類型多、性質(zhì)復(fù)雜等特點，在我國其利用非常低，僅達7合理開發(fā)利用尾礦不僅可以解決環(huán)境合理開發(fā)利用尾礦不僅可以解決環(huán)境污染，而且可以彌補資源的不足。污染，而且可以彌補資源的不足。用尾礦制備微晶玻璃，為尾礦的合理用尾礦制備微晶玻璃，為尾礦的合理開

2、發(fā)利用提供了一個有效的途徑。開發(fā)利用提供了一個有效的途徑。國內(nèi)外研究進展與現(xiàn)狀 上個世紀(jì)五十年代末到六十年代初，前蘇聯(lián)、歐美等國家的科學(xué)家對礦渣微晶玻璃的基礎(chǔ)理論與工藝技術(shù)進行了探索，解決了礦渣微晶玻璃的配料組成、核化與晶化機理及熔制技術(shù)等關(guān)鍵性問題。 1971 年世界上第一條礦渣微晶玻璃生產(chǎn)線在前蘇聯(lián)建成投產(chǎn)。 七十年代中期，日本電氣硝子株式會社把陶瓷的燒結(jié)法充分利用到礦渣微晶玻璃的制備上，擴大了微晶玻璃的基礎(chǔ)組成的范圍并使微晶玻璃產(chǎn)品更加多樣化。國內(nèi)外研究進展與現(xiàn)狀 目前，國外礦渣微晶玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)相當(dāng)成熟，其研究重點主要轉(zhuǎn)移到利用微晶玻璃制備技術(shù)對核廢料和礦渣中易溶于水的有害重金屬

3、離子進行固定，或者進一步提高礦渣用量和微晶玻璃的性能。 我國利用礦渣開發(fā)研制微晶玻璃起步比較晚，目前我國仍處在前期研發(fā)階段。 利用礦渣制備微晶玻璃技術(shù)較為成熟的有武漢理工大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院。二、鐵尾礦微晶玻璃概述 微晶玻璃(glassceramic)又稱玻璃陶瓷，是將特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。 微晶玻璃的特點是結(jié)構(gòu)致密、高強度、耐磨、耐腐蝕、耐風(fēng)化；外觀上紋理清晰、色彩鮮艷、色調(diào)均勻一致、光澤柔和晶瑩，在室內(nèi)能增加強烈的透視效果；抗壓、抗折、抗沖擊、易清洗、防火、防水。 鐵尾礦微晶玻璃即

4、利用鐵尾礦為原料制備微晶玻璃。鐵尾礦 鐵尾礦類型特點 鐵尾礦按照伴生元素的含量分為兩大類。一是單金屬類鐵尾礦，其按照礦物組成，一般將其分為四種類型：高硅型、高鋁型、高鈣鎂型和低鈣鎂鋁硅型(簡稱低硅型)。劃分的依據(jù)是其存在的主要元素，并有利于選擇不同的利用途徑。 鐵尾礦利用現(xiàn)狀 (1) 從鐵尾礦中回收有價元素； (2) 利用鐵尾礦作為采空區(qū)的充填材料； (3) 用作土壤改良劑和微量元素肥料； (4) 鐵尾礦用作建筑材料； (5) 利用尾礦庫復(fù)墾植被。鐵尾礦鐵尾礦化學(xué)成分特點 各礦山的尾礦化學(xué)成分略有差異，大致如下：Fe一般為617，少數(shù)達20以上；Si02一般為3080，少數(shù)達20以下；A120

5、3一般為11l，少數(shù)達15以上；MgO一般為l10，少數(shù)達10以上；CaO一般為1322，僅鞍山式沉積變質(zhì)鐵尾礦中CaO品位偏低，在45以下。S、Cu、Ti02、V205等有價元素在尾礦中雖不同程度地存在。但含量均在5以下；Au、Ag、Ga、稀土等元素很少，甚至為微量。從尾礦化學(xué)成分分析來看，尾礦8090沒有回收利用S、Cu、Ti02、v205等有價元素和Au、Ag、Ga、稀土等元素的價值。通過查閱資料初步設(shè)計玻璃的基礎(chǔ)組成成分（通過查閱資料初步設(shè)計玻璃的基礎(chǔ)組成成分（w%w%）為）為3.微晶玻璃影響因素分析3.1.1 熱處理熱處理制度的影響制度的影響 由圖表得出較好的熱處理方案為：由圖表得出

6、較好的熱處理方案為：核化核化溫度溫度710、核化時間、核化時間90min、晶化溫度、晶化溫度940、晶化時間、晶化時間160min。3.1.2 3.1.2 組分影響組分影響1 1、隨氧化硼含量的增加，隨氧化硼含量的增加，透明性變差，透明性變差，抗折抗折強度先減小后增大，當(dāng)氧化硼的含量超過強度先減小后增大，當(dāng)氧化硼的含量超過3 3時，隨氧化硼含量增加微晶玻璃的試樣抗折強時，隨氧化硼含量增加微晶玻璃的試樣抗折強度逐漸減小度逐漸減小且出現(xiàn)嚴重分相且出現(xiàn)嚴重分相。2 2、隨氧化鈦含量的增加，抗折強度先增大后隨氧化鈦含量的增加，抗折強度先增大后減小。減小。Ti02Ti02和和Zr02Zr02晶核剎含量相

7、同時，生成的晶核剎含量相同時，生成的晶晶核核較多，且分布比較均勻，表現(xiàn)在性能上就較多，且分布比較均勻，表現(xiàn)在性能上就是抗折強度相對較高。是抗折強度相對較高。3 3、隨隨A1203A1203含量的增加，微晶玻璃的晶粒尺寸含量的增加，微晶玻璃的晶粒尺寸明顯變小，透明性提高。在核化晶化較充分情明顯變小，透明性提高。在核化晶化較充分情況下，各組分微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)隨況下，各組分微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)隨A1203A1203含含量的增加而減小。量的增加而減小。4 4、m(CaO)/m(MgOm(CaO)/m(MgO）為）為3 3和和1.41.4時時, ,對應(yīng)的玻璃析對應(yīng)的玻璃析晶較好晶較好, ,同時同時m

8、(CaO)/m(MgO)=l.4m(CaO)/m(MgO)=l.4的玻璃試樣透的玻璃試樣透輝石相含量較高輝石相含量較高, ,對助熔劑作用的研究發(fā)現(xiàn)對助熔劑作用的研究發(fā)現(xiàn)NaNa2 2O O十十K K2 2O O可以促進晶相的析出可以促進晶相的析出, ,而而B B2 2O O3 3的加入則會阻的加入則會阻礙玻璃的析晶。礙玻璃的析晶。實驗方案實驗方案配方配方原料組成原料組成嘗試不加晶核劑制備鐵尾礦微晶玻璃嘗試不加晶核劑制備鐵尾礦微晶玻璃原料配方原料配方基本組成基本組成四、微晶玻璃成型工藝 澆注成型工藝 ：配料混合熔化澆注成型熱處理冷加工成品。 水淬燒結(jié)工藝 ：配料混合熔化水淬烘干裝模燒結(jié)晶化冷加工

9、成品。 壓延成型工藝： 配料混合熔化壓延成型熱切割熱處理冷加工成品。 溶膠-凝膠工藝：廢渣Si、Ca、Al、Mg 醇鹽蒸餾凝膠低溫干燥碾磨前驅(qū)物燒結(jié)微晶玻璃。 水淬燒結(jié)工藝的特點是將玻璃生產(chǎn)工藝和陶瓷水淬燒結(jié)工藝的特點是將玻璃生產(chǎn)工藝和陶瓷生產(chǎn)工藝相結(jié)合，燒結(jié)成型的溫度比澆注法和壓延生產(chǎn)工藝相結(jié)合，燒結(jié)成型的溫度比澆注法和壓延法低，產(chǎn)品的質(zhì)量容易控制法低，產(chǎn)品的質(zhì)量容易控制。因此本實驗采用水淬。因此本實驗采用水淬法燒結(jié)制備微晶玻璃。其流程如下：法燒結(jié)制備微晶玻璃。其流程如下：配料熔制水淬研磨過篩壓制成型核化晶化拋磨成品五、結(jié)果預(yù)測 得到鐵尾礦微晶玻璃，玻璃可能為透明得到鐵尾礦微晶玻璃，玻璃可能

10、為透明或不透明的深棕色。或不透明的深棕色。六、實驗亮點1、利用鐵尾礦制備微晶玻璃，變廢為寶。、利用鐵尾礦制備微晶玻璃，變廢為寶。2、不加晶核劑制備微晶玻璃。、不加晶核劑制備微晶玻璃。加鐵尾礦與未加微晶玻璃對比 不加鐵尾礦： 1、成本高； 2、熔化溫度高，能耗大； 3、對耐火材料侵蝕嚴重； 加鐵尾礦： 1、作為原料加以利用，減輕尾礦對環(huán)境危害； 2、只需要運輸費，還可以部分代替石英砂、氧化鋁等常規(guī)原料，降低成本； 3、減少了純堿等化工原料的用量，從而減少了耐火材料的侵蝕； 4、用尾礦代替部分化工原料后，SiO2、Al2O3這兩種難熔組分中有一部分已經(jīng)成為化合物，降低熔化溫度，減小能耗。相關(guān)專利2

11、 2、用含鐵冶金廢渣制取微晶玻璃或鑄石的配料及其方法用含鐵冶金廢渣制取微晶玻璃或鑄石的配料及其方法專利號：專利號：2004100732392004100732393 3、高鐵尾礦制造的微晶玻璃及方法高鐵尾礦制造的微晶玻璃及方法專利號專利號: : 200410058045200410058045申請日申請日: : 20042004年年8 8月月1111日日4 4、金屬尾礦建筑微晶玻璃及其一次燒結(jié)制備方法金屬尾礦建筑微晶玻璃及其一次燒結(jié)制備方法 5 5、(3002917-0246-0008) (3002917-0246-0008) 微晶玻璃以及微晶玻璃的制造方法微晶玻璃以及微晶玻璃的制造方法 技術(shù)

12、摘要技術(shù)摘要 本發(fā)明提供一種微晶玻璃以及微晶玻璃的制造方法，本發(fā)明提供一種微晶玻璃以及微晶玻璃的制造方法，該微晶玻璃可維持該微晶玻璃可維持SiO2 SiO2 6 6、申請?zhí)?、申請?zhí)?200910001000.2 200910001000.2發(fā)明名稱：用髙硅鐵尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法發(fā)明名稱：用髙硅鐵尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法7 7、申請?zhí)?、申請?zhí)?201010210418.7 201010210418.7發(fā)明名稱：一種黑色微晶玻璃及其制備方法（鐵尾礦微晶玻璃）發(fā)明名稱：一種黑色微晶玻璃及其制備方法（鐵尾礦微晶玻璃）8 8、申請?zhí)?、申請?zhí)?201010210403.0 2010102104

13、03.0發(fā)明名稱：一種藍色微晶玻璃及其制備方法（鐵尾礦微晶玻璃）發(fā)明名稱：一種藍色微晶玻璃及其制備方法（鐵尾礦微晶玻璃）參考文獻 1 李克慶，許永，劉寶順.尾礦微晶玻璃配料優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用J建筑材料學(xué)報，2006，9(5)：560564 2 鄧春明，肖漢寧，趙運才與環(huán)境協(xié)調(diào)的材料尾礦廢渣微晶玻璃J.中國陶瓷，2002，（2）：12 3 張培新，文岐山，劉劍洪，等礦渣微晶玻璃研究與進展J材料導(dǎo)報，2003，17(9)：4547 4 陳盛建，陳吉春，高宏亮，等鐵尾礦制備微晶玻璃研究的進展J礦業(yè)快報，2004，(3)：2730 5 邢軍，呂榮，宋守志，等鐵尾礦微晶玻璃的組成設(shè)計與晶化研究J礦0產(chǎn)

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