专利名称：富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法，具体地说，它是利用稀选尾矿为原料，制备的微晶玻璃及其制造方法，属于工业废弃物的综合利用。
背景技术：
尾矿的废弃不仅占用大量土地，而且对周边的水资源和土壤造成严重污染。近年来，国内外对CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的研究日益增多，CaO-Al203-SiO2系统微晶玻璃的主晶相多为β-硅灰石，利用烧结法制造的该系统微晶玻璃，具有强度高、耐酸碱性好等优异性能。虽然近年来少数矿山的尾矿已被回收并制成微晶玻璃，但需补加添加剂、形核剂，存在生产成本高等问题，而且晶化率低，机械性能较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种以稀选尾矿为主要原料制备微晶玻璃，达到综合利用白云鄂博矿资源的目的，使微晶玻璃的微晶更为细小，断裂韧度显著提高，且不需加入形核剂的一种富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法。
技术解决方案本发明微晶玻璃的制备原料为稀选尾矿、石英砂，其化学组成按重量百分比为SiO230-70％，CaO 5-20％，Al2O35-15％，CaF23-15％，ReO 3-15％，Nb2O50-5％，TiO20-10％。
稀土氧化物ReO为氧化铈、氧化镧、氧化钕。
富稀土、铌、萤石的稀选尾矿微晶玻璃的制造方法，工艺步骤包括1)根据稀选尾矿的化学组成以及产品的要求，按重量比配料，稀选尾矿10％～70％，石英砂10％～50％。
2)混料采用球磨混合，混料时间为30～300min。
3)熔化在高温炉内进行，熔化温度为1350～1600℃，保温时间为60～300min。
4)淬水或浇注将玻璃熔体水淬成0.1～3mm的玻璃颗粒，烘干待用；或将玻璃熔体直接浇入预热的模具内，成型后进行热处理。
5)成型将水淬后的玻璃颗粒筛分，将粒度0.1-2mm细玻璃粉末装入模具中，压制成型。
6)处理将压制成型的玻璃颗粒放入高温炉内，以3～30℃/min的升温速率加热到700～1000℃，保温60～240min，然后以5～30℃/min的升温速率加热到800～1100℃，晶化60～240min，然后炉冷到室温，最后经切割、打磨、抛光等表面处理。
7)玻璃熔体浇注成型后，立即进行退火处理，退火温度为500～800℃，保温60～180min，然后执行和烧结法相同的晶化工艺。
本发明采用尾矿来制备微晶玻璃，可开发出高档建筑装饰或工业用耐磨损耐腐蚀材料，提高了尾矿的技术含量和附加值，使资源获得再生，避免用于技术含量不高，附加值低的领域，如普通水泥、筑路等。在传统的微晶玻璃生产中，除了CaO、Al2O3、SiO2作为主要原料外，还要补充澄清剂、形核剂，以起到消除气孔、形核、晶化的作用。但由于包钢稀选尾矿不仅含有制备微晶玻璃所需的主要化学成分，而且富含为降低玻璃熔制温度而添加的碱土氧化物，以及作为玻璃澄清剂使用的萤石，且富含的稀土、铌能促进玻璃的晶化，使微晶更为细小，显著提高微晶玻璃的机械性能。这样就使生产该尾矿微晶玻璃的成本大幅降低。具体表现在，因富含萤石而使熔制温度降低，不需添加剂，节省燃料消耗；富含铌、稀土，可不加形核剂，且氧化铌、氧化稀土能够使微晶更为细小。因此，与一般尾矿相比，利用包钢稀选尾矿的各种矿物的共生特点，生产的微晶玻璃，具有多方面的优势。
本发明针对富含稀土、铌以及萤石的稀选尾矿还未利用的现状，提供一种以稀选尾矿为主要原料，以代替微晶玻璃基本原料配方中的石英、长石、石灰石组分。其关键技术在于掌握不同类型产品中的富含稀土、铌以及萤石的稀选尾矿的配比加入量，在不加形核剂、澄清剂的情况下，经过工艺优化，生产出性能良好的微晶玻璃。稀选尾矿加入量为30～70％。
本发明为工业废弃物的高端产品利用，所制备的微晶玻璃显微硬度HV700～1200，抗压强度400～600Mpa，抗折强度150～185Mpa，体积密度2.8~3.2gcm-3，耐酸性0.10，耐碱性0.07，性能优异，在尾矿微晶玻璃的同类产品中，具有较高的机械性能。本发明的尾矿微晶玻璃可作为建筑上的装饰材料，也可作为化工设备上的防腐材料，还可作为冶金、煤炭、电力等的耐磨、耐腐蚀材料。
具体实施例方式实施例11、配料原料按重量配比为稀选尾矿30％，石英砂50％，石灰石10％，长石5％，TiO23.7％，ZnO1.3％。
2、混料将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min。
3、熔化将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min。
4、浇注将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实。
晶化处理将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为SiO254.6％，Al2O37.0％，CaO17.1％，Fe2O34.6％，B2O32.0％，Na2O+K2O4.6％，ZnO1.5％，Nb2O50.05％，ReO1.2％，CaF3.8％，TiO23.7％。该微晶玻璃的性能指标为密度2.9g.cm3，硬度HV850，抗折强度180Mpa，抗压强度450Mpa，耐酸性0.08，耐碱性0.06。
实施例21、配料原料按重量配比为稀选尾矿30％，石英砂50％，石灰石10％，长石5％，TiO23.7％，ZnO1.3％。
2、混料将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min。
3、熔化将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min。
4、浇注将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实。
5、晶化处理将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为SiO254.6％，Al2O37.0％，CaO 17.1％，Fe2O34.6％，B2O32.0％，Na2O+K2O 4.6％，ZnO 1.5％，Nb2O50.05％，ReO 1.2％，CaF 3.8％，TiO23.7％。该微晶玻璃的性能指标为密度2.9g.cm-3，硬度HV850，抗折强度180Mpa，抗压强度450Mpa，耐酸性0.08，耐碱性0.06。
实施例31、配料原料按重量配比为稀选尾矿50％，石英砂35％，石灰石5％，长石5％，氧化铝5％。
2、混料将配好的原料用球磨混合，混料时间为100min。
3、熔化将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1430℃，保温时间为120min。
4、浇注将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。或淬水，然后将玻璃颗粒筛分，装入模具后压实。
5、晶化处理将成型玻璃以10℃/min升温到800℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到900℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为SiO250％，Al2O39％，CaO 17.6％，Fe2O39％，Na2O+K2O 1.6％，Nb2O50.09％，ReO 2.0％，CaF 6.4％，MgO 0.9，BaO 2％，P0.5％，S1.5％。该微晶玻璃的性能指标为密度3.1g.cm3，硬度HV1100，抗折强度185Mpa，抗压强度480Mpa，耐酸性0.07，耐碱性0.058。
实施例31、配料原料按重量配比为稀选尾矿70％，石英砂26％，石灰石4％。
2、混料将配好的原料用球磨混合，混料时间为60min。
3、熔化将混好的料在高温炉内熔化，熔化温度为1450℃，保温时间为120min。
4、浇注将玻璃熔体浇入预热好的模具内(模具预热温度为900℃)，然后将成型玻璃脱模，立即放入700℃炉内退火，保温时间为120min。
5、晶化处理将成型玻璃以10℃/min升温到850℃±30℃保温120min，然后以5℃/min升温到950℃±30℃保温120min，然后退火到500℃下自然冷却。
上述工艺制备的稀选尾矿微晶玻璃的化学组成为SiO245.6％，Al2O35.5％，CaO 10.6％，Fe2O312.6％，Na2O+K2O 4.6％，Nb2O50.15％，ReO 3.5％，CaF 9.3％，MgO 1.5，BaO 3％，P 1.2％，S 2.3％。该微晶玻璃的性能指标为密度3.3g.cm3，硬度HV1120，抗折强度160Mpa，抗压强度450Mpa，耐酸性0.078，耐碱性0.07。
权利要求
1.富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃，其特征在于该微晶玻璃的制备原料为稀选尾矿、石英砂，其化学组成按重量百分比为SiO230~70％，CaO 5~20％，Al2O35~15％，CaF23~15％，ReO 3~15％，Nb2O50~5％，TiO20-10％。
2.根据权利要求1所述富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃，其特征在于稀土氧化物ReO为氧化铈、氧化镧、氧化钕。
3.富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃的制造方法，其特征在于工艺步骤包括1)根据稀选尾矿的化学组成以及产品的要求，按重量比配料，稀选尾矿10％～70％，石英砂10％～50％。2)混料采用球磨混合，混料时间为30～300min。3)熔化在高温炉内进行，熔化温度为1350～1600℃，保温时间为60～300min。4)淬水或浇注将玻璃熔体水淬成0.1～3mm的玻璃颗粒，烘干待用；或将玻璃熔体直接浇入预热的模具内，成型后进行热处理。5)成型将水淬后的玻璃颗粒筛分，将粒度0.1-2mm细玻璃粉末装入模具中，压制成型。6)处理将压制成型的玻璃颗粒放入高温炉内，以3～30℃/min的升温速率加热到700～1000℃，保温60～240min，然后以5～30℃/min的升温速率加热到800～1100℃，晶化60～240min，然后炉冷到室温，最后经切割、打磨、抛光等表面处理。7)玻璃熔体浇注成型后，立即进行退火处理，退火温度为500～800℃，保温60～180min，然后执行和烧结法相同的晶化工艺。
全文摘要
本发明涉及一种富稀土、铌、萤石稀选尾矿微晶玻璃及制造方法，属于工业废弃物的综合利用。特点是该微晶玻璃的制备原料为稀选尾矿、石英砂，其化学组成按重量百分比为SiO
文档编号C03B32/00GK101024554SQ200710084630
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月12日 优先权日2007年2月12日
发明者李保卫, 高占勇, 任慧平, 赵增武, 张邦文, 张雪峰 申请人:内蒙古科技大学