CN112960907A - 一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法 - Google Patents

一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法，该方法以钼尾矿为主要原料，根据钼尾矿含铁量较高的特性，选用氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛为晶核剂，并以其中的铬铁矿粉和二氧化钛作为着色剂。该方法主要温度制度如下：配合料经800～900℃预热后，于1490～1510℃熔制；成型后直接于710～740℃核化，于810～860℃晶化；本发明的优点在于可以整体利用含有较多杂质的钼尾矿，且钼尾矿在原料中配比大于50％，所制备的微晶玻璃石材具有均匀的咖啡色，有较好的建筑装饰效果，且其抗弯曲强度高达80～100MPa，耐热震性好，可应用范围较广。

Description

一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保利废新材技术领域，特别涉及一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法。
背景技术
微晶玻璃又名玻璃陶瓷，是通过玻璃的控制晶化获得的一类多晶材料。它既有玻璃的某些性能，又有晶体材料的某些性能。作为建筑材料，其性能集玻璃、陶瓷、石材的优点于一身；作为功能和结构材料，在光、电、生、化、磁等微电子技术、生物医学、国防尖端技术、机械制造等领域得到了广泛的应用。
近年来，随着国民经济与工业技术的发展，对矿产资源的开发持续加大，由于钼金属具有导电率高、髙强度、高熔点、耐腐蚀等特性，被广泛应用于合金、化工和电子等领域，钼金属的需求量逐渐增加。但我国钼矿石的品位低，平均品位低于0.1％的低品位矿床占总储量的65％，而品位超过0.3％的矿床仅占总储量的1％。在采用浮选技术提取钼资源的过程中，占矿石开采量95％以上的矿石资源会以尾矿的形式排出。我国钼尾矿绝大多数长期积存在尾矿库、河沟及原野等而没有被有效利用,这些钼尾矿的堆积不仅占用大量的土地资源，增加尾矿库修筑及维护资金，而且还会污染水土，构成潜在地质灾害,对周围居住环境产生很大的安全隐患。
钼尾矿的成分变化范围接近玻璃的组成，其主要成分有SiO2、Al2O3、CaO、MgO等，可作为Ca-Mg-Al-Si系微晶玻璃的原料，因此利用钼尾矿制备高附加值的微晶玻璃石材是钼尾矿废物利用的一个重要途径。然而，钼尾矿的成分较复杂，其矿物组成中还常伴有铁、硫、钛、铜、钨、锰等多种矿物组分，经浮选、磁选之后的钼尾矿中依然有较多的杂质，而杂质过多会导致所制备的微晶玻璃的颜色和纹理驳杂不纯，且整体析晶效果往往较差，从而限制了该类微晶玻璃的应用范围，这尤其体现在对产品外观有较高要求的建筑装饰领域。一般地，在以钼尾矿为原料组成的微晶玻璃熔制中，通常以降低钼尾矿用量来获得更好的熔制质量和外观，但降低钼尾矿用量则达不到“高效整体利用尾矿，变废为宝”的目标要求。因此，如何兼顾钼尾矿微晶玻璃的产品质量和外观要求，并且达到“高效整体利用尾矿”的目的，是目前需要解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿50～53％，石灰石26～27％，白云石8～9％，硅砂3～5.5％，氟硅酸钠4～4.5％，铬铁矿粉3～3.5％，二氧化钛1.5～1.8％。
进一步的，一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿52％，石灰石26.7％，白云石8.6％，硅砂4.0％，氟硅酸钠4.0％，铬铁矿粉3.1％，二氧化钛1.6％；其中，二氧化钛在高温时在玻璃熔体中溶解度较大，而冷却时容易形成富钛相，能显著促进玻璃的相分离；再加入氟硅酸钠，利用氟化物乳浊玻璃的原理，促使玻璃成核；铬铁矿粉中铬离子的强电场作用，能促进基础玻璃的分相，降低晶体生长的势能势垒，从而促进晶相析出。
进一步的，所述钼尾矿的化学组成成分及质量百分比为：SiO2：69～72％，Al2O3：12～15％，CaO：2～4％，MgO：2.5～4.5％，Na2O：1.5～2.5％，K2O：2.5～4.5％，Fe2O3：1～3％，TiO2：0～0.5％，SO3：0.3～1.2％，其它杂质：≤1％。
进一步的，所述铬铁矿粉的化学组成成分折算成氧化物的质量百分比为：Cr2O3：46.5～47.5％，Fe2O3：29～31％，Al2O3：13.8～14.8％，MgO：8～10％，SiO2：1.0～2.5％，CaO：0.3～0.4％。
进一步的，该一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温25～35min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，升温至1490～1510℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；
(4)退火：晶化处理结束后，待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得咖啡色微晶玻璃石材。
所述微晶玻璃的主晶相为辉石((Mg,Fe,Al,Ti)(Ca,Na,Mg,Fe)(Si,Al)2O6)，次晶相有硬硅钙石、铬钛矿等。所述主晶相在本发明的微晶玻璃中微观上表现为不规则粒状晶体所组成的网络状结构，其粒状晶体的晶粒大小约100～300nm；可通过调节氟硅酸钠、铬铁矿粉、二氧化钛的加入量，以及核化、晶化的温度和时间来控制晶相的比例和大小，晶体相的类型、大小和数量决定了微晶玻璃石材的性能。
进一步的，所述微晶玻璃呈咖啡色，是铬、铁、钛的不同价态离子浓度混合着色的结果，具体着色主要由Cr6+和Cr3+、Fe3+和Fe2+、Ti4+和Ti3+等离子的浓度和比例，以及析出的晶相与晶粒大小所决定，具体是受其配合料组成，以及熔制工艺所影响。
进一步的，步骤(1)中，石英坩埚的温度为800～900℃，将原料在该温度下充分预热，在此温度下，氟硅酸钠热分解反应剧烈，熔融发泡，可促使玻璃的熔化和澄清。
进一步的，步骤(2)中，升温为以10℃/min的速率升温。
进一步的，步骤(3)中，核化的温度为700～740℃，核化时间40～70min。
进一步的，步骤(3)中，晶化的温度为810～860℃，晶化时间为50～100min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法，以工业固体废弃物钼尾矿为主要原料，根据钼尾矿中化学成分的组成特性，设计了微晶玻璃石材配方，以石灰石、白云石、硅砂为基础原料，氟硅酸钠、铬铁矿粉、二氧化钛为复合晶核剂，铬铁矿粉、二氧化钛为着色剂，经高温熔融、核化、晶化处理，形成主晶相为辉石的咖啡色微晶玻璃石材；本发明添加铬铁矿粉、二氧化钛并调整其用量使微晶玻璃石材的外观为均匀的咖啡色，使其具有良好的装饰作用；本发明微晶玻璃石材配方中钼尾矿的用量在50％以上，实现了高效整体利用钼尾矿的目的，充分利用了钼尾矿资源。
本发明根据钼尾矿中铁含量较高的特性，设计了微晶玻璃配方及其制备方法，通过控制铬、铁、钛不同价态离子的浓度和比例，调整熔制工艺，使微晶玻璃呈色泽均匀的咖啡色，同时通过调整复合晶核剂的成分比例以及核化、晶化的温度和时间来控制晶相的类型、比例和大小，获得微观结构致密，抗弯曲强度高，耐热震性好，主要性能优于普通微晶玻璃的微晶玻璃石材，可用于建筑装饰、电器面板等多种用途，扩大了以钼尾矿为主要原料的微晶玻璃的应用范围。
经检测，本发明制备的微晶玻璃样品密度为2.7～2.8g/cm3，抗弯曲强度可达80～100MPa，其硬度、吸水率、耐热震性和耐化学腐蚀性皆符合建材装饰材料标准要求。本发明一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材及其制备方法，在保证微晶玻璃石材的质量和良好外观的基础上，充分利用钼尾矿资源，达到了“高效整体利用尾矿，变废为宝”的目标要求。
附图说明
图1为本发明咖啡色微晶玻璃石材样品；
图2为本发明咖啡色微晶玻璃石材的磨抛面，图中圆形区域为抛光部分；
图3为本发明样品断面放大5万倍的SEM图；
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明所述的钼尾矿的主要成分及质量百分比为：SiO2：70.84％，Al2O3：14.29％，CaO：2.46％，MgO：4.26％，Na2O：2.19％，K2O：3.45％，Fe2O3：1.21％，TiO2：0.18％，SO3：0.46％，其它杂质：0.66％。
本发明所述的铬铁矿粉的主要成分折算成氧化物的质量百分比为：Cr2O3：46.98％，Fe2O3：30.71％，Al2O3：14.42％，MgO：8.04％，SiO2：2.68％，CaO：0.34％。
实施例1
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿50％，石灰石26％，白云石9.0％，硅砂5.5％，氟硅酸钠4.2％，铬铁矿粉3.5％，二氧化钛1.8％。
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热至800℃的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温35min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，以10℃/min的速率升温至1490℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；核化的温度为700℃，核化时间为70min；晶化的温度为810℃，晶化时间为100min；
(4)退火：待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得咖啡色微晶玻璃石材。
实施例2
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿52％，石灰石26.7％，白云石8.6％，硅砂4.0％，氟硅酸钠4.0％，铬铁矿粉3.1％，二氧化钛1.6％。
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热至850℃的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温30min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，以10℃/min的速率升温至1500℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；核化的温度为720℃，核化时间为55min；晶化的温度为830℃，晶化时间为75min；
(4)退火：晶化处理结束后，待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得咖啡色微晶玻璃石材。
实施例3
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿53％，石灰石27％，白云石8.0％，硅砂3.0％，氟硅酸钠4.5％，铬铁矿粉3.0％，二氧化钛1.5％。
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热至900℃的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温25min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，以10℃/min的速率升温至1510℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；核化的温度为740℃，核化时间为40min；晶化的温度为860℃，晶化时间为50min；
(4)退火：晶化处理结束后，待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得咖啡色微晶玻璃石材。
对比例1
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿51.5％，石灰石26.8％，白云石8.6％，硅砂5.2％，氟硅酸钠4.2％，铬铁矿粉2.1％，二氧化钛1.6％。
该一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热至800℃的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温30min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，以10℃/min的速率升温至1490℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；核化的温度为720℃，核化时间为70min；晶化的温度为810℃，晶化时间为100min；
(4)退火：待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得咖啡色与浅绿色混杂微晶玻璃石材。
对比例2
一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿53.0％，石灰石28.2％，白云石9.0％，硅砂6.0％，氟硅酸钠1.8％，铬铁矿粉1.0％，二氧化钛1.0％。
该一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热至800℃的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温30min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，以10℃/min的速率升温至1500℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；核化的温度为720℃，核化时间为60min；晶化的温度为830℃，晶化时间为100min；
(4)退火：待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得青灰色微晶玻璃石材。
试验例性能检测
在阳光下观察微晶玻璃颜色，并观察其断面的晶化情况；抗弯曲强度的检测按JC/T 872-2019相关规定执行，选取多种普通微晶玻璃样品作为对照，结果见表1；
表1样品的性能检测结果
Figure BDA0002981960060000081
由实验数据可知，本发明制备的微晶玻璃石材抗弯曲强度高，抗弯曲性能较普通微晶玻璃佳，而且本发明在配方中采用大量钼尾矿的情况下，能够得到具有均匀咖啡色的微晶玻璃石材。与实施例相比，对比例1添加的铬铁矿粉含量过低，其最终制备所得的微晶玻璃石材抗弯曲强度稍低，且该微晶玻璃的颜色驳杂不均。对比例2添加的铬铁矿粉、氟硅酸钠和二氧化钛含量过低，其最终制备所得的微晶玻璃石材晶化程度较差，经其同批次样品对比，急冷急热后弯曲强度大幅降低，且该微晶玻璃的颜色为青灰色。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，其特征在于，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿50～53％，石灰石26～27％，白云石8～9％，硅砂3～5.5％，氟硅酸钠4～4.5％，铬铁矿粉3～3.5％，二氧化钛1.5～1.8％。
2.如权利要求1所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，其特征在于，包括以下原料：按质量百分比计，钼尾矿52％，石灰石26.7％，白云石8.6％，硅砂4.0％，氟硅酸钠4.0％，铬铁矿粉3.1％，二氧化钛1.6％。
3.如权利要求1所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材，其特征在于，所述钼尾矿的化学组成成分及质量百分比为：SiO2：69～72％，Al2O3：12～15％，CaO：2～4％，MgO：2.5～4.5％，Na2O：1.5～2.5％，K2O：2.5～4.5％，Fe2O3：1～3％，TiO2：0～0.5％，SO3：0.3～1.2％，其它杂质：≤1％。
4.如权利要求1～3任一项所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预热：将钼尾矿、石灰石、白云石、硅砂、氟硅酸钠、铬铁矿粉和二氧化钛混合均匀后，倒入已预热的石英坩埚中，并置于与石英坩埚等温的高温炉中保温25～35min，使混合料充分预热；
(2)熔融成型：将预热后的原料，升温至1490～1510℃保温2小时后，将所得熔融玻璃液在模具上浇筑、压制成型；
(3)核化、晶化：将成型后的玻璃液，置入炉窑中进行核化、晶化处理；
(4)退火：晶化处理结束后，待炉窑冷却退火至室温，出窑，将所得微晶玻璃样品进行切割、打磨、抛光处理，得咖啡色微晶玻璃石材。
5.如权利要求4所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，石英坩埚的温度为800～900℃。
6.如权利要求4所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述升温为以10℃/min的速率升温。
7.如权利要求4所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，核化的温度为700～740℃，核化时间为40～70min。
8.如权利要求4所述的一种用钼尾矿制备的咖啡色微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，晶化的温度为810～860℃，晶化时间为50～100min。
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