專利名稱：一種溫石棉尾礦微晶玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微晶玻璃及其制備方法，特別是一種溫石棉尾礦微晶玻璃及其制 備方法，屬于溫石棉尾礦治理與綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
溫石棉尾礦是在纖蛇紋石石棉采選過程中排棄的一種廢石尾渣，主要成分為蛇紋 石。由于石棉礦石品位低，每生產(chǎn)一噸溫石棉產(chǎn)品，就要排掉幾十立方米的尾礦，長期堆存， 沒有得到利用。眾所周知，石棉是致癌物，溫石棉尾礦對環(huán)境和人體具有嚴(yán)重的危害性。目 前對石棉廢物和石棉尾礦的處理一般采用混凝土固化、玻璃化燒結(jié)固化等固化后深埋，尾 礦綜合利用率低，處理成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種可提高溫石棉尾 礦利用率，減輕環(huán)境污染、實現(xiàn)溫石棉尾礦綜合利用的一種溫石棉尾礦微晶玻璃，同時還提 供一種溫石棉尾礦微晶玻璃的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種溫石棉尾礦微晶玻璃，其特點(diǎn) 為它包括如下原料，以重量百分比計溫石棉尾礦30 50%，粉煤灰27% 50%，石灰石 9-10%,工業(yè)硝酸鋇0-4 %，工業(yè)螢石0-4 %，工業(yè)純堿4-6 %。上述原料中，還可以加入以重量百分比計的硅砂0 18%，長石0 40%。本發(fā)明第二個目的，是提供一種上述溫石棉尾礦微晶玻璃的制備方法，它包括步 驟如下1)將溫石棉尾礦進(jìn)行預(yù)勻化處理；2)配制混合料；以重量百分比該混合料中含有溫石棉尾礦30 50%，粉煤灰 27 % 50 %，石灰石9-10 %，工業(yè)硝酸鋇0-4 %，工業(yè)螢石0-4 %，工業(yè)純堿4-6 % ；將所述 混合料投入球磨機(jī)球磨混合60 240min，出料粒度小于0. 074mm ；3)熔化玻璃液；將步驟2)球磨后的混合料投入到玻璃窯爐中，在1300 1500°C 高溫下熔化成玻璃液，并保溫60 240min ；4)水淬制粉；將步驟3)熔化后的玻璃液進(jìn)行水淬處理，得到的水淬玻璃顆粒，再 烘干、球磨成粒度小于0. 074mm的玻璃粉末備用；5)壓制成型；將步驟4)的玻璃粉末裝滿于預(yù)制的模具中且壓制成型為素坯，模具 壓力為20 25MPa ；6)晶化與燒結(jié)；將步驟5)成型的素坯置于隧道窯爐內(nèi)，以3 10°C /min的升溫 速率升溫至800 1000°C;恒溫晶化90 240min后，再以3 10°C /min的升溫速率升溫 至850 1150°C，恒溫?zé)Y(jié)90 240min ；最后，以3 10°C /min的速率退火至600°C，保 溫30min ；自然冷卻至室溫；7)脫模與后加工；將步驟6)冷卻后的素坯依次進(jìn)行脫模，采用常規(guī)方法將脫模后的產(chǎn)品打磨、拋光、切割冷加工，并對其成品進(jìn)行檢驗；得到所述溫石棉尾礦微晶玻璃。其中，通過步驟1)勻化處理后的溫石棉尾礦的化學(xué)成分為Si0240.42 %， Mg039. 87 %，Al2O3O. 36 %，CaOO. 07 %，F(xiàn)e2035. 31 %, Cr2O3O. 06 %，NiOO. 43 %，燒失量 13. 48%。步驟2)所用的粉煤灰，其化學(xué)成分為:Si0246. 57%, Al2O3H. 95%，K204. 63%, Mg03. 11%, Ca06. 45%，F(xiàn)e2039. 10%，TiO2L 52%，燒失量 13.67%。在步驟2)配制的混合料中，不足部分還可以加入工業(yè)礦物，如硅砂和長石；其中 硅砂加入量(以重量百分比計)為0 18%，長石加入量(以重量百分比計)為0 40%。由于采用的上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下1)由于溫石棉尾礦微晶玻璃 配方中氧化鋁和氧化鈣組分可由含有氧化鋁和氧化鈣成分的工業(yè)原料或廢渣提供，一般使 用工業(yè)原料長石和石灰石。而作為工業(yè)廢渣的粉煤灰，其化學(xué)成分適合用作本發(fā)明溫石棉 尾礦微晶玻璃配方中所需的硅、鋁和鈣等組分。因此，優(yōu)選使用工業(yè)廢渣粉煤灰，有效減少 了工業(yè)礦物長石和石灰石的使用量，達(dá)到了減排的目的。2)本發(fā)明利用溫石棉尾礦中SiO2 和MgO的成分特點(diǎn)，配以氧化鈣和氧化鋁組分，構(gòu)成CaO-MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)基礎(chǔ)玻璃，并 加入適當(dāng)晶核劑，制得以透輝石為主晶相的溫石棉尾礦微晶玻璃；其具有良好的耐磨性、耐 沖擊性能。3)利用其制造方法對溫石棉尾礦進(jìn)行無害化轉(zhuǎn)相，使溫石棉尾礦廢棄物得到無 害化處理，節(jié)約了溫石棉尾礦廢棄物的處理費(fèi)用。4)鑒于該方法制備成的微晶玻璃對環(huán)境 無害，可放心地應(yīng)用于建筑物中，具有美化建筑物的特殊效果；可作為防腐貼塊應(yīng)用于化工 設(shè)備中，具有良好的耐化學(xué)防腐功能，應(yīng)用于礦業(yè)管道、化工及礦業(yè)等領(lǐng)域；也可作為耐磨 襯里用于礦業(yè)管道、設(shè)備；提高了溫石棉尾礦的綜合利用率，減輕了溫石棉尾礦堆積造成的 環(huán)境污染。5)制備方法簡單，安全，易于操作；利用現(xiàn)有設(shè)備均可實現(xiàn)。
具體實施例方式針對溫石棉尾礦等固體廢棄物處理利用的現(xiàn)狀和成分特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種以 溫石棉尾礦為主要原料，加入工業(yè)廢渣粉煤灰、少量的工業(yè)礦物和化工原料的混合料制備 而成的微晶玻璃制品；其成分含量為(以重量百分比計)溫石棉尾礦30 50%，粉煤灰 27 % 50 %，石灰石9-10 %，工業(yè)硝酸鋇0-4 %，工業(yè)螢石0-4 %，工業(yè)純堿4-6 %。其中，所采用的溫石棉尾礦主要礦物成分為蛇紋石，其次含有滑石、水鎂石和磁鐵 礦等，其化學(xué)成分為(以重量百分比計)Si02 :28 45%，Mg0:25 44%，F(xiàn)e0:l 5%， Fe2O3 1 10%, H2O 11 14% ；由于本發(fā)明的溫石棉尾礦微晶玻璃配方中氧化鋁和氧化鈣組分優(yōu)選使用工業(yè)廢 渣粉煤灰，因而減少了工業(yè)礦物長石和石灰石的使用量，達(dá)到降低成本及減排的目的。本發(fā)明的另一個目的，則提供一種溫石棉尾礦微晶玻璃的制備方法，該制備方法 適用于成熟的燒結(jié)法和整體析晶法等現(xiàn)有的微晶玻璃的制造方法。而關(guān)鍵技術(shù)在于掌握不 同類型溫石棉尾礦的配比加入量和熱工工藝，經(jīng)過大量的優(yōu)化實驗，形成了適用溫石棉尾 礦微晶玻璃產(chǎn)品的配料比和熱工工藝。具體步驟如下1)將溫石棉尾礦進(jìn)行預(yù)勻化處理；2)配制混合料根據(jù)對微晶玻璃產(chǎn)品的要求及溫石棉尾礦的化學(xué)組成分析結(jié)果，按重量比配料，不足部分由工業(yè)原料，如長石和石灰石補(bǔ)足。其配比組分為以重量百分比 計溫石棉尾礦為30 50%，粉煤灰為27% 50%，長石為0 40%，硅砂為0 18，石 灰石為9 10%，工業(yè)硝酸鋇為0 5%，工業(yè)螢石為0 5%，工業(yè)純堿為4 6% ；將配 制好的料投入球磨機(jī)球磨混合，混料時間為60 240min，出料粒度小于0. 074mm ；3)熔化玻璃液將步驟2)球磨后的混合料投入到玻璃窯爐中加熱熔化，保溫；其 中，熔化溫度為1300 1500°C，保溫時間為60 240min ；4)水淬制粉將熔化后的玻璃液傾入水中，水淬成碎玻璃顆粒，再烘干、球磨成粒 度小于0. 074mm的玻璃粉末備用；5)壓制成型將玻璃粉末裝入模具中，在20 25MPa壓力下壓制成素坯；6)晶化與燒結(jié)將壓制成型的素坯置于隧道窯爐內(nèi)，以3 10°C /min的升溫速 率升溫到800 1000°C，恒溫晶化90 240min，然后以3 10°C /min的升溫速率升溫到 850 1150°C，恒溫?zé)Y(jié)90 240min，600°C退火、自然冷卻至室溫；7)脫模與后加工將步驟6)冷卻后的素坯依次進(jìn)行脫模，采用常規(guī)方法將脫模后 的產(chǎn)品打磨、拋光、切割冷加工，并對其成品進(jìn)行檢驗；得到所述溫石棉尾礦微晶玻璃。本發(fā)明制備的溫石棉尾礦微晶玻璃的主晶相為透輝石，化學(xué)成分(重量百分比) 為Si02 40 70%，Al2O3 :5 15%，MgO 15 30 %，CaO :4 15 %，F(xiàn)e2O3 :2 10%， Na2CHK2O :0· 5 6%。本發(fā)明制備的溫石棉尾礦微晶玻璃的性能指標(biāo)為體積密度為2. 6 2. 7g/cm2, 莫氏硬度6 7. 5，抗折強(qiáng)度150 190MPa，耐酸性(1 % H2SO4)彡0. 1 %，耐堿性(1 % NaOH)彡 0. 1 %。上述溫石棉尾礦微晶玻璃的性能指標(biāo)參照建筑裝飾用微晶玻璃JCT872-2000標(biāo) 準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試。以下通過具體實例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實例11)將溫石棉尾礦進(jìn)行勻化處理由于不同時期、不同礦點(diǎn)產(chǎn)出的溫石棉尾礦的成 分不統(tǒng)一，如果直接用于生產(chǎn)微晶玻璃，將導(dǎo)致微晶玻璃制品的成分和性能指標(biāo)出現(xiàn)波動， 不一致。需要在生產(chǎn)前對所選用的溫石棉尾礦進(jìn)行預(yù)勻化處理；預(yù)勻化處理的方法為常規(guī) 方法，通常利用現(xiàn)有的干粉混合機(jī)，通過干式機(jī)械混合或人工攪拌拌合將其溫石棉尾礦勻 化，達(dá)到溫石棉尾礦成分的均一性；勻化后的溫石棉尾礦成分為以重量百分比計Si0240.42 %，Mg039. 87 %, Al2O3O. 36%, CaOO. 07%, Fe2035. 31 %, Cr2O3O. 06%, NiOO. 43%，燒失量 13. 48% ；與其混合的工業(yè)廢渣粉煤灰的成分為，以重量百分比Si0246. 57 %, Α120314· 95 %, Κ204· 63 %, Mg03. 11 %, Ca06. 45 %, Fe2039. 10 %, TiO2L 52 %，燒失量 13. 67%。2)配制混合料(以重量百分比計)取勻化后的溫石棉尾礦50 %，粉煤灰30 %，石 灰石10%，工業(yè)硝酸鋇4%，工業(yè)純堿6% ；將該混合料投入球磨機(jī)中球磨120min，混合后的 出料粒度小于0. 074mm ；3)熔化玻璃液將球磨后的混合料投入玻璃窯爐中加熱，熔化溫度為 14000C 士 1500°C，保溫時間為 120min ；
5
4)水淬玻璃粉將步驟3的玻璃熔體傾入水中，水淬成碎玻璃顆粒，再烘干、球磨 成粒度小于0. 074mm的玻璃粉末備用；5)壓制成型將步驟4)的玻璃粉末裝滿于模具中填實，在25MPa的壓力下壓制成 型為玻璃素坯；6)晶化與燒結(jié)取步驟5)壓制成型的玻璃素坯置于隧道窯爐中，以5°C /min的升 溫速率升溫至950°C，恒溫晶化120min，然后以5°C /min的升溫速率升溫至1100°C，恒溫?zé)?結(jié)120min ；以3°C /min的速率退火至600°C，保溫30min ；自然冷卻至室溫。7)脫模與后加工將步驟6)冷卻后的素坯依次進(jìn)行脫模，采用常規(guī)方法將脫模后 的產(chǎn)品打磨、拋光、切割冷加工，并對其成品進(jìn)行檢驗；得到所述溫石棉尾礦微晶玻璃。所制備的溫石棉尾礦微晶玻璃的主晶相為透輝石，基礎(chǔ)玻璃化學(xué)成分為=SiO2
46.25%, Al2O3 6. 64%, CaO 9. 95%, MgO 27. 44%, Fe2O3 7. 12%，Na2CHK2O 2. 60%。參照 建筑裝飾用微晶玻璃JCT872-2000標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試，得到該溫石棉微晶玻璃的性 能指標(biāo)為密度2. 81g/cm2、硬度7. 0、抗折強(qiáng)度181MPa，耐酸性(1% H2SO4) 0. 02%，耐堿性 (1% NaOH) 0. 05%。實例2步驟1)、步驟4)和步驟7)均與實例1相同，在此不再贅述；其不同點(diǎn)在于步驟2)配制混合料(以重量百分比計)取溫石棉尾礦30 %，粉煤灰50 %，石灰石 10%，工業(yè)螢石3%;工業(yè)硝酸鋇3%，工業(yè)純堿4%;將該混合料投入球磨機(jī)內(nèi)球磨120min， 混合后的出料粒度小于0. 074mm ；步驟3)熔化玻璃液的熔化溫度為1450°C，保溫時間為120min ；步驟5)壓制成型將玻璃粉末裝入模具中，在20MPa壓力下壓制成型；步驟6)燒結(jié)與晶化將壓制成型的玻璃素坯置于隧道窯爐內(nèi)，以10°C /min的升 溫速率升溫至930°C，恒溫晶化120min，然后以5°C /min的升溫速率升溫至1000°C，恒溫?zé)?結(jié)150min，以10°C /min的速率退火至600°C，保溫30min ；自然冷卻至室溫。所制備的溫石棉尾礦微晶玻璃的主晶相為透輝石，基礎(chǔ)玻璃化學(xué)成分為=SiO2
47.96%, Al2O3 10. 61%, CaO 12. 87%, MgO 17. 79%, Fe2O3 8. 29%，Na2CHK2O 2. 75%。參 照建筑裝飾用微晶玻璃JCT872-2000標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試，得到該溫石棉微晶玻璃的 性能指標(biāo)為密度2. 78g/cm2,硬度6. 5，抗折強(qiáng)度180MPa，耐酸性(1 % H2SO4)0. 02%,耐堿性 (1% NaOH) 0. 05%。實例3步驟1)、步驟4)和步驟7)均與實例1相同，在此不再贅述；其不同點(diǎn)在于步驟2)配制混合料(以重量百分比計)取溫石棉尾礦36 %，粉煤灰27 %，硅砂 18%,石灰石9%，工業(yè)螢石4%；工業(yè)純堿6%；將該混合料投入球磨機(jī)內(nèi)球磨120min，球磨 后的出料粒度小于0. 074mm；步驟3)熔化玻璃液的熔化溫度為1400°C，保溫時間為90min ；步驟5)壓制成型將玻璃粉末裝入模具中，在25MPa壓力下壓制成型；步驟6)晶化與燒結(jié)將壓制成型的玻璃素坯置于高溫爐內(nèi)，以10°C /min的升溫 速率升溫至930°C，恒溫晶化120min，然后以8°C /min的升溫速率升溫至1000°C，恒溫?zé)Y(jié) 150min,以10°C /min的速率退火至600°C，保溫30min ；自然冷卻至室溫。
所制備的溫石棉尾礦微晶玻璃的主晶相為透輝石，基礎(chǔ)玻璃化學(xué)成分為=SiO2 57. 59%, Al2O3 5. 45%, CaO 9. 62%, MgO 19. 03%, Fe2O3 5. 51%, Na2CHK2O 2. 80%。參照 建筑裝飾用微晶玻璃JCT872-2000標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試，得到該溫石棉微晶玻璃的性 能指標(biāo)為密度2. 68g/cm2、硬度7. 0，抗折強(qiáng)度182MPa，耐酸性(1% H2804)0. 02%，耐堿性 (1% NaOH) 0. 05%。實施例4步驟1)、步驟4)和步驟7)均與實例1相同，在此不再贅述；其不同點(diǎn)在于步驟2)配制混合料(以重量百分比計)取溫石棉尾礦40%，鉀長石40%，石灰 石10%，工業(yè)螢石5%;工業(yè)硝酸鋇5%;將該混合料投入球磨機(jī)內(nèi)球磨120min，球磨后的出 料粒度小于0. 074mm ；步驟3)熔化玻璃液的熔化溫度為1430°C，保溫時間為90min ；步驟5)壓制成型將玻璃粉末裝入模具中，在20MPa壓力下壓制成型；步驟6)燒結(jié)與晶化將壓制成型的玻璃素坯置于隧道窯爐內(nèi)，以10°C /min的升 溫速率升溫至930°C，恒溫晶化120min，然后以8°C /min的升溫速率升溫至980°C，恒溫?zé)?結(jié)150min，以10°C /min的速率退火至600°C，保溫30min ；自然冷卻至室溫。所制備的溫石棉尾礦微晶玻璃的主晶相為透輝石，基礎(chǔ)玻璃化學(xué)成分為=SiO2 51. 87%, Al2O3 9. 61%, CaO 9. 84%, MgO 19. 86%, Fe2O3 2. 83%，Na20+K20 5. 98%。參照 建筑裝飾用微晶玻璃JCT872-2000標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試，得到該溫石棉微晶玻璃的性 能指標(biāo)為密度2. 67g/cm2、硬度7. 0，抗折強(qiáng)度178MPa，耐酸性(1% H2SO4) 0. 02%，耐堿性 (1% NaOH) 0. 05%。
權(quán)利要求
一種溫石棉尾礦微晶玻璃，其特征在于它包括如下原料，以重量百分比計溫石棉尾礦30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9 10％，工業(yè)硝酸鋇0 4％，工業(yè)螢石0 4％，工業(yè)純堿4 6％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫石棉尾礦微晶玻璃，其特征在于它還加入有以重量百分 比計硅砂0 18%，長石0 40%。
3.—種溫石棉尾礦微晶玻璃的制備方法，包括步驟如下1)將溫石棉尾礦進(jìn)行預(yù)勻化處理；2)配制混合料；以重量百分比該混合料中含有溫石棉尾礦30 50%，粉煤灰27% 50%,石灰石9-10%，工業(yè)硝酸鋇0-4%，工業(yè)螢石0-4%，工業(yè)純堿4-6%；將所述混合料投 入球磨機(jī)球磨混合60 240min，出料粒度小于0. 074mm ；3)熔化玻璃液；熔化溫度為1300 1500°C，保溫60 240min；4)水淬制粉；將步驟3)熔化后的玻璃液進(jìn)行水淬處理，得到的水淬玻璃顆粒，再烘干、 球磨成粒度小于0. 074mm的玻璃粉末備用；5)壓制成型；將步驟4)的玻璃粉末裝滿于預(yù)制的模具中且壓制成型為素坯，模具壓力 為 20 25MPa ；6)晶化與燒結(jié)；將步驟5)成型的素坯置于隧道窯爐內(nèi)，以3 10°C/min的升溫速率 升溫到800 1000°C ；恒溫晶化90 240min后，再以3 10°C /min的升溫速率升溫到 850 1150°C，恒溫?zé)Y(jié)90 240min ；以3 10°C /min的速率退火至600°C，保溫30min ； 自然冷卻至室溫；7)脫模與后加工；得到所述溫石棉尾礦微晶玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟1)勻化處理后的溫石棉尾 礦的化學(xué)成分為，以重量百分比計:Si0240. 42%, Mg039. 87%, Al2O3O. 36%, CaOO. 07%, Fe2035. 31 %, Cr2O3O. 06%, NiOO. 43%，燒失量13. 48% ；所述粉煤灰的化學(xué)成分為，以重量 百分比計Si0246. 57%, Α120314· 95%, Κ204· 63%, Mg03. 11%, Ca06. 45%, Fe2039. 10 %, TiO2L 52%，燒失量 13. 67%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于步驟2)所述混合料還加入有以 重量百分比計的硅砂0 18%，長石0 40%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫石棉尾礦微晶玻璃及其制備方法，屬于溫石棉尾礦治理與綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。它包括如下原料，以重量百分比計溫石棉尾礦30～50％，粉煤灰27％～50％，石灰石9-10％，工業(yè)硝酸鋇0-4％，工業(yè)螢石0-4％，工業(yè)純堿4-6％。其制備方法包括步驟如下1)將溫石棉尾礦進(jìn)行預(yù)勻化處理；2)配制混合料；3)熔化玻璃液；4)水淬制粉；5)壓制成型；6)晶化與燒結(jié)；7)脫模與后加工；經(jīng)上述方法制備得到的微晶玻璃可應(yīng)用于建筑、化工防腐、礦山耐磨襯里等。本發(fā)明配方合理、可有效提高溫石棉尾礦綜合利用率，減輕環(huán)境污染；同時通過對溫石棉尾礦無害化轉(zhuǎn)相，降低了溫石棉尾礦廢棄物的處理成本，有益于推廣應(yīng)用。
文檔編號C03C6/10GK101891389SQ20101023384
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者孫紅娟, 彭同江, 陳吉明 申請人:西南科技大學(xué)