铁尾矿微晶玻璃

1、一、研究背景世界上选矿工业每年排放的废石及尾矿废渣约为20 亿m3。我国目前尾矿堆积量近50 亿吨，年排出的尾矿量高达5 亿吨以上，其中铁尾矿排放量达1.5 亿吨。尾矿采用大部分露天堆放，既占用了大量的土地，还容易造成粉尘污染，其中有害物质经过风化、雨淋、地表径流的腐蚀极容易污染水体，危害环境。随着矿产资源的大量开发和利用，矿产资源日益枯竭。由于尾矿数量大、类型多、性质复杂等特点，在我国其利用非常低，仅达7合理开发利用尾矿不仅可以解决环境合理开发利用尾矿不仅可以解决环境污染，而且可以弥补资源的不足。污染，而且可以弥补资源的不足。用尾矿制备微晶玻璃，为尾矿的合理用尾矿制备微晶玻璃，为尾矿的合理开

2、发利用提供了一个有效的途径。开发利用提供了一个有效的途径。国内外研究进展与现状 上个世纪五十年代末到六十年代初，前苏联、欧美等国家的科学家对矿渣微晶玻璃的基础理论与工艺技术进行了探索，解决了矿渣微晶玻璃的配料组成、核化与晶化机理及熔制技术等关键性问题。 1971 年世界上第一条矿渣微晶玻璃生产线在前苏联建成投产。 七十年代中期，日本电气硝子株式会社把陶瓷的烧结法充分利用到矿渣微晶玻璃的制备上，扩大了微晶玻璃的基础组成的范围并使微晶玻璃产品更加多样化。国内外研究进展与现状 目前，国外矿渣微晶玻璃的工业化生产技术相当成熟，其研究重点主要转移到利用微晶玻璃制备技术对核废料和矿渣中易溶于水的有害重金属

3、离子进行固定，或者进一步提高矿渣用量和微晶玻璃的性能。 我国利用矿渣开发研制微晶玻璃起步比较晚，目前我国仍处在前期研发阶段。 利用矿渣制备微晶玻璃技术较为成熟的有武汉理工大学、清华大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、中国地质科学院。二、铁尾矿微晶玻璃概述 微晶玻璃(glassceramic)又称玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。 微晶玻璃的特点是结构致密、高强度、耐磨、耐腐蚀、耐风化；外观上纹理清晰、色彩鲜艳、色调均匀一致、光泽柔和晶莹，在室内能增加强烈的透视效果；抗压、抗折、抗冲击、易清洗、防火、防水。 铁尾矿微晶玻璃即

4、利用铁尾矿为原料制备微晶玻璃。铁尾矿 铁尾矿类型特点 铁尾矿按照伴生元素的含量分为两大类。一是单金属类铁尾矿，其按照矿物组成，一般将其分为四种类型：高硅型、高铝型、高钙镁型和低钙镁铝硅型(简称低硅型)。划分的依据是其存在的主要元素，并有利于选择不同的利用途径。 铁尾矿利用现状 (1) 从铁尾矿中回收有价元素； (2) 利用铁尾矿作为采空区的充填材料； (3) 用作土壤改良剂和微量元素肥料； (4) 铁尾矿用作建筑材料； (5) 利用尾矿库复垦植被。铁尾矿铁尾矿化学成分特点 各矿山的尾矿化学成分略有差异，大致如下：Fe一般为617，少数达20以上；Si02一般为3080，少数达20以下；A120

5、3一般为11l，少数达15以上；MgO一般为l10，少数达10以上；CaO一般为1322，仅鞍山式沉积变质铁尾矿中CaO品位偏低，在45以下。S、Cu、Ti02、V205等有价元素在尾矿中虽不同程度地存在。但含量均在5以下；Au、Ag、Ga、稀土等元素很少，甚至为微量。从尾矿化学成分分析来看，尾矿8090没有回收利用S、Cu、Ti02、v205等有价元素和Au、Ag、Ga、稀土等元素的价值。通过查阅资料初步设计玻璃的基础组成成分（通过查阅资料初步设计玻璃的基础组成成分（w%w%）为）为3.微晶玻璃影响因素分析3.1.1 热处理热处理制度的影响制度的影响 由图表得出较好的热处理方案为：由图表得出

6、较好的热处理方案为：核化核化温度温度710、核化时间、核化时间90min、晶化温度、晶化温度940、晶化时间、晶化时间160min。3.1.2 3.1.2 组分影响组分影响1 1、随氧化硼含量的增加，随氧化硼含量的增加，透明性变差，透明性变差，抗折抗折强度先减小后增大，当氧化硼的含量超过强度先减小后增大，当氧化硼的含量超过3 3时，随氧化硼含量增加微晶玻璃的试样抗折强时，随氧化硼含量增加微晶玻璃的试样抗折强度逐渐减小度逐渐减小且出现严重分相且出现严重分相。2 2、随氧化钛含量的增加，抗折强度先增大后随氧化钛含量的增加，抗折强度先增大后减小。减小。Ti02Ti02和和Zr02Zr02晶核刹含量相

7、同时，生成的晶核刹含量相同时，生成的晶晶核核较多，且分布比较均匀，表现在性能上就较多，且分布比较均匀，表现在性能上就是抗折强度相对较高。是抗折强度相对较高。3 3、随随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显变小，透明性提高。在核化晶化较充分情明显变小，透明性提高。在核化晶化较充分情况下，各组分微晶玻璃的热膨胀系数随况下，各组分微晶玻璃的热膨胀系数随A1203A1203含含量的增加而减小。量的增加而减小。4 4、m(CaO)/m(MgOm(CaO)/m(MgO）为）为3 3和和1.41.4时时, ,对应的玻璃析对应的玻璃析晶较好晶较好, ,同时同时m

8、(CaO)/m(MgO)=l.4m(CaO)/m(MgO)=l.4的玻璃试样透的玻璃试样透辉石相含量较高辉石相含量较高, ,对助熔剂作用的研究发现对助熔剂作用的研究发现NaNa2 2O O十十K K2 2O O可以促进晶相的析出可以促进晶相的析出, ,而而B B2 2O O3 3的加入则会阻的加入则会阻碍玻璃的析晶。碍玻璃的析晶。实验方案实验方案配方配方原料组成原料组成尝试不加晶核剂制备铁尾矿微晶玻璃尝试不加晶核剂制备铁尾矿微晶玻璃原料配方原料配方基本组成基本组成四、微晶玻璃成型工艺 浇注成型工艺 ：配料混合熔化浇注成型热处理冷加工成品。 水淬烧结工艺 ：配料混合熔化水淬烘干装模烧结晶化冷加工

9、成品。 压延成型工艺： 配料混合熔化压延成型热切割热处理冷加工成品。 溶胶-凝胶工艺：废渣Si、Ca、Al、Mg 醇盐蒸馏凝胶低温干燥碾磨前驱物烧结微晶玻璃。 水淬烧结工艺的特点是将玻璃生产工艺和陶瓷水淬烧结工艺的特点是将玻璃生产工艺和陶瓷生产工艺相结合，烧结成型的温度比浇注法和压延生产工艺相结合，烧结成型的温度比浇注法和压延法低，产品的质量容易控制法低，产品的质量容易控制。因此本实验采用水淬。因此本实验采用水淬法烧结制备微晶玻璃。其流程如下：法烧结制备微晶玻璃。其流程如下：配料熔制水淬研磨过筛压制成型核化晶化抛磨成品五、结果预测 得到铁尾矿微晶玻璃，玻璃可能为透明得到铁尾矿微晶玻璃，玻璃可能

10、为透明或不透明的深棕色。或不透明的深棕色。六、实验亮点1、利用铁尾矿制备微晶玻璃，变废为宝。、利用铁尾矿制备微晶玻璃，变废为宝。2、不加晶核剂制备微晶玻璃。、不加晶核剂制备微晶玻璃。加铁尾矿与未加微晶玻璃对比 不加铁尾矿： 1、成本高； 2、熔化温度高，能耗大； 3、对耐火材料侵蚀严重； 加铁尾矿： 1、作为原料加以利用，减轻尾矿对环境危害； 2、只需要运输费，还可以部分代替石英砂、氧化铝等常规原料，降低成本； 3、减少了纯碱等化工原料的用量，从而减少了耐火材料的侵蚀； 4、用尾矿代替部分化工原料后，SiO2、Al2O3这两种难熔组分中有一部分已经成为化合物，降低熔化温度，减小能耗。相关专利2

11、 2、用含铁冶金废渣制取微晶玻璃或铸石的配料及其方法用含铁冶金废渣制取微晶玻璃或铸石的配料及其方法专利号：专利号：2004100732392004100732393 3、高铁尾矿制造的微晶玻璃及方法高铁尾矿制造的微晶玻璃及方法专利号专利号: : 200410058045200410058045申请日申请日: : 20042004年年8 8月月1111日日4 4、金属尾矿建筑微晶玻璃及其一次烧结制备方法金属尾矿建筑微晶玻璃及其一次烧结制备方法 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 技术

12、摘要技术摘要 本发明提供一种微晶玻璃以及微晶玻璃的制造方法，本发明提供一种微晶玻璃以及微晶玻璃的制造方法，该微晶玻璃可维持该微晶玻璃可维持SiO2 SiO2 6 6、申请号、申请号 200910001000.2 200910001000.2发明名称：用髙硅铁尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法发明名称：用髙硅铁尾矿制造低膨胀微晶玻璃的方法7 7、申请号、申请号 201010210418.7 201010210418.7发明名称：一种黑色微晶玻璃及其制备方法（铁尾矿微晶玻璃）发明名称：一种黑色微晶玻璃及其制备方法（铁尾矿微晶玻璃）8 8、申请号、申请号 201010210403.0 2010102104

13、03.0发明名称：一种蓝色微晶玻璃及其制备方法（铁尾矿微晶玻璃）发明名称：一种蓝色微晶玻璃及其制备方法（铁尾矿微晶玻璃）参考文献 1 李克庆，许永，刘宝顺.尾矿微晶玻璃配料优化系统的设计及应用J建筑材料学报，2006，9(5)：560564 2 邓春明，肖汉宁，赵运才与环境协调的材料尾矿废渣微晶玻璃J.中国陶瓷，2002，（2）：12 3 张培新，文岐山，刘剑洪，等矿渣微晶玻璃研究与进展J材料导报，2003，17(9)：4547 4 陈盛建，陈吉春，高宏亮，等铁尾矿制备微晶玻璃研究的进展J矿业快报，2004，(3)：2730 5 邢军，吕荣，宋守志，等铁尾矿微晶玻璃的组成设计与晶化研究J矿0产

14、综合利用，2001，(2)：3842 6徐放.以铁尾矿为原料制造微品玻璃的试验研究J.中国无机非矿产业导报，200，(01)：15-16 7田英良 利用铁尾矿研制CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃J.北京工业大学学报2002，(3)： 8曲庆国，杨小光. 热处理对尾矿微晶玻璃力学性能的影响.辽宁建材，2009，(6)： 9匡敬忠，邱廷省，张格. 尾矿微晶玻璃生产工艺研究 .中国科技成果 .2001，(16) 10陈国华，刘心宇.尾矿微晶玻璃的制备及其性能研究 . 硅酸盐通报 .2005, 24，(2) 11陈吉春.陈盛建. 低硅铁尾矿微晶玻璃成分的研究 J .金属矿山.2005，(

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