本发明涉及微晶玻璃技术领域，尤其涉及一种铁尾矿复合微晶玻璃及其制备方法。
背景技术：
微晶玻璃因其优良的性能而广泛应用于建筑、机械工程、电子工业、航空航天、国防军事和生物医学等领域。目前，利用铁尾矿制备微晶玻璃主要以实验室研究为主，而缺少可以工业化生产的大规模扩大试验。工业化生产的工艺控制以及理论研究都不完善，对于生产成本也不能有效的控制。不同类型铁尾矿或者同种铁尾矿的组分之间波动比较大，给实际生产中的原料选择和工艺制造带来很大难度，使得产品的性能难以有效控制，产品合格率较低。铁尾矿制备微晶玻璃主要以硅灰石或透辉石为主要晶相，以建筑用微晶玻璃为主。由于铁尾矿含有的致色元素种类较多，去除这些致色元素难度较大，成本较高，因此，铁尾矿微晶玻璃颜色较深、颜色调节难度较大，颜色品种单一，从而限制了其推广应用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种性能良好，材料表面呈白色，颜色易于调节，适于工业化应用的铁尾矿复合微晶玻璃及其制备方法。
本发明的实施例提供一种铁尾矿复合微晶玻璃，所述复合微晶玻璃包括结合在一起的基底层和表面层，所述基底层中含有铁尾矿，所述表面层中不含铁尾矿，所述表面层与基底层的晶相不同，所述表面层的玻璃熔点低于基底层的玻璃熔点。
进一步，所述基底层由以下重量份的原料制成：铁尾矿30-40份，钾长石14-20份，方解石6-7份，石英粉35-45份，a12o34-7份，mgo1-3份，b2o31份，sb2o31份，zno1-3份。
进一步，所述表面层由以下重量份的原料制成：钾长石23-28份，方解石14-18份，石英粉40-50份，a12o36-8份，mgo6-10份，b2o31份，sb2o31份，zno1-3份。
一种铁尾矿复合微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
s1.分别精确称量基底层和表面层的原料，并分别混合均匀；
s2.分别振动研磨至粒度在200目以下，筛余量在8％以下；
s3.将研磨好的基底层粉体和表面层粉体分别装入坩埚中；
s4.将装有基底层粉体和表面层粉体的坩埚放入高温电阻炉进行熔制；
s5.将熔制得到的基底层玻璃液和表面层玻璃液分别倒入水中淬冷；
s6.将冷却的基底层玻璃粒料和表面层玻璃粒料分别放入电热鼓风干燥箱中烘干；
s7.将基底层玻璃样振动研磨，并用100目筛进行筛分，直至所有粉料都小于100目，备用；将表面层玻璃样振动研磨，用40目、60目、100目、200目组合筛进行筛分，多次循环筛分，直至-100+200目的粉体达到50％以上，备用；
s8.在坩埚中垫上脱模纸，先铺研磨好的基底层玻璃样粉料，再铺上研磨好的表面层玻璃样粉料，铺平；
s9.将步骤s8盛有粉料的坩埚放入高温电阻炉中热处理，脱模，即得到铁尾矿复合微晶玻璃。
进一步，所述振动研磨通过振动磨样机完成，振动磨样机的振动频率为710r/min。
进一步，所述步骤s4中，熔制温度制度为：以5℃/min的升温速率将温度从室温升至1000℃，再以2℃/min的升温速率将温度从1000℃升至1300℃，然后以1℃/min的升温速率将温度从1300℃升至1450℃，最后在1450℃保温两小时。
进一步，所述步骤s6中，冷却的基底层玻璃粒料和表面层玻璃粒料在电热鼓风干燥箱中保温12小时烘干，烘干温度为70℃。
进一步，所述步骤s9中，热处理温度制度为：以5℃/min的升温速率从室温升至890℃，再在890℃保温两小时，然后以2℃/min的升温速率从890℃升至1140℃，最后在1140℃保温半小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：能够改善铁尾矿微晶玻璃的颜色，从而扩大铁尾矿微晶玻璃在建筑装饰材料中的应用范围，提高铁尾矿的利用率。铁尾矿微晶玻璃的弯曲强度(32.5mpa)、密度(2.545g·cm-3)、硬度(6-7)和吸水率(0.036％)等性能良好，优于行业标准。
附图说明
图1是本发明一种铁尾矿复合微晶玻璃的制备方法一流程图。
图2是本发明在不同晶化温度条件下制备的铁尾矿复合微晶玻璃表面层的x射线衍射分析晶相结果图。
图3是本发明在不同晶化温度条件下制备的铁尾矿复合微晶玻璃基底层的x射线衍射分析晶相结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供了一种铁尾矿复合微晶玻璃，所述复合微晶玻璃包括结合在一起的基底层和表面层，由于致使铁尾矿微晶玻璃颜色较深的主要影响元素为铁，基底层中含有铁尾矿，所述表面层中不含铁尾矿，其中铁尾矿的化学成分如表1所示。铁尾矿的粒度-100目占到70.77％，在制备微晶玻璃过程中不必对铁尾矿进行单独的破碎粉磨，大大减少了能耗，铁尾矿的粒度组成如表2所示。
表1
表2
所述复合微晶玻璃的x射线衍射分析结果表明，其表面层与基底层的晶相组成不同，如图2所示，表面层中主要晶相为透辉石和钠长石，图3显示基底层中主要晶相为透辉石、钠长石和磁铁矿，但基底层和表面层晶相组成差异不大，使两层物理性质相似，复合微晶玻璃的界面具有良好的结合性。所述表面层的玻璃熔点低于基底层的玻璃熔点，使其在晶化过程中表面层能够均匀铺在基底层上，使界面结合的更紧密。
sio2：作为微晶玻璃网络结构的主要框架，在一定范围内随着添加量的提高，微晶玻璃的结构加强，强度增大，熔融时熔点升高。
a12o3：都以四配位参与到硅氧网络结构当中,玻璃的网络结构得到加强,高温下玻璃中的质点,尤其是碱金属的迁移受到限制,对析出的晶相起到很大的影响。微晶玻璃试样的晶体含量随氧化铝引入量的升高而降低。
cao：随cao和sio2含量比值增加，玻璃转变温度和析晶放热峰温度逐渐降低，且析晶放热峰变得尖锐。增加cao和sio2比降低了玻璃的析晶活化能和烧结温度，但增加了样品的介电常数、介电损耗和热膨胀系数。
mgo：在一定范围内，随着氧化镁添加量提高，微晶玻璃熔制温度呈下降的趋势，粘度降低，速率变慢,有利于成型；并且可以使微晶玻璃析晶性能增强，晶相含量升高，晶粒半径增大。
r2o：随着碱金属添加量的增大，微晶玻璃的核化温度和晶化温度均降低。
b2o3和sb2o3：作为澄清剂和增白剂。在玻璃熔融过程中排除气体。
zno:氧化锌可以在一定程度上降低玻璃的熔融温度，随着氧化锌含量增大,该系统的析晶越来越容易,
fe2o3：氧化铁的加入可以使微晶玻璃析晶变得更容易，使晶粒变小，但需要严格控制核化及晶化温度以及晶化保温时间，否则易造成样品的开裂及气泡等缺陷。
对铁尾矿、钾长石、方解石、石英粉进行化学分析，他们的化学组成如表3所示。
表3计量单位：ω(b)/10-2
故，基底层由以下重量份的原料制成：铁尾矿30-40份，钾长石14-20份，方解石6-7份，石英粉35-45份，a12o34-7份，mgo1-3份，b2o31份，sb2o31份，zno1-3份。
表面层由以下重量份的原料制成：钾长石23-28份，方解石14-18份，石英粉40-50份，a12o36-8份，mgo6-10份，b2o31份，sb2o31份，zno1-3份。
请参考图1，一种铁尾矿复合微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
s1.分别精确称量基底层和表面层的原料，并分别混合均匀；
s2.分别振动研磨至粒度在200目以下，筛余量在8％以下，振动研磨优选通过振动磨样机完成，振动磨样机的振动频率优选为710r/min；
s3.将研磨好的基底层粉体和表面层粉体分别装入坩埚中；
s4.将装有基底层粉体和表面层粉体的坩埚分别放入高温电阻炉进行熔制，熔制温度制度为：以5℃/min的升温速率将温度从室温升至1000℃，再以2℃/min的升温速率将温度从1000℃升至1300℃，然后以1℃/min的升温速率将温度从1300℃升至1450℃，最后在1450℃保温两小时；
s5.将熔制得到的基底层玻璃液和表面层玻璃液分别倒入水中淬冷；
s6.将冷却的基底层玻璃粒料和表面层玻璃粒料分别放入电热鼓风干燥箱中优选保温12小时烘干，烘干温度为70℃；
s7.将基底层玻璃样振动研磨，并用100目筛进行筛分，直至所有粉料粒度都小于100目，备用；将表面层玻璃样振动研磨，用40目、60目、100目、200目组合筛进行筛分，多次循环筛分，直至-100+200目的粉体达到50％以上，备用；
s8.在坩埚中垫上脱模纸，先铺研磨好的基底层玻璃样粉料，再铺上研磨好的表面层玻璃样粉料，铺平；
s9.将步骤s8盛有粉料的坩埚放入高温电阻炉中热处理，热处理温度制度为：以5℃/min的升温速率从室温升至890℃，再在890℃保温两小时，然后以2℃/min的升温速率从890℃升至1140℃，最后在1140℃保温半小时；脱模，即得到铁尾矿复合微晶玻璃。
按照一定尺寸用切割机对制得的微晶玻璃试块进行切割，用抛磨机将切割好的微晶玻璃各个面磨得平滑，去除表面杂质，即可制成标准块状。
具体实施例1
根据实验需要，要求对基底层配方和表面层配方分别配置1kg样品，由于振动磨样机每次允许放入的最大物料为100g，因此将1kg样品均匀分作10份来进行配置，并将原料中的结团以及大块进行初步破碎。
用电子天平按配方精确称量各原料，装入样品袋中混合均匀并编号。
振动磨样机操作流程：装样→打开电源开关→定时→以710r/min启动→研磨→关闭电源→取样并清洁整理。
磨样前为了降低熔制温度，节省能耗，需要将样品的粒度磨至200目以下，对研磨时间不同的样品粒度进行探索。取基底层和表面层原料各100g进行研磨实验，其具体流程为：原料→研磨→筛分→称量。
将称量好的原料每100g依次放入振动磨样机中，研磨3min后取出，将样品混合均匀。将基底层和表面层研磨好的原料分别放入200ml的坩埚中，作好将粉料熔制成玻璃的准备。
将坩埚中的粉料振实，放入硅钼棒高温电阻炉中，打开电源开关，在程序中设置温度制度，启动程序并打开硅钼棒高温电阻炉工作开关；熔制程序结束前10分钟，用钢盆接半盆水，带好墨镜与隔温手套，待程序结束时关闭电源开关，打开炉门，用铁钳取出坩埚，将坩埚内的基底层玻璃液和表面层玻璃液分别倒入盛有水的钢盆中淬冷。待冷却后将钢盆内的水缓慢倒出，然后将冷却后的玻璃粒料放入电热鼓风干燥箱中保温12小时烘干，设定温度为70℃，得到基底层玻璃粒料和表面层玻璃粒料。
熔制温度制度：以5℃/min的升温速率将温度从室温升至1000℃，再以2℃/min的升温速率将温度从1000℃升至1300℃，然后以1℃/min的升温速率将温度从1300℃升至1450℃，最后在1450℃保温两小时。
将烘干的基底层玻璃样每次100g放入振动磨样机中以710r/min研磨10秒，用100目筛进行筛分，将筛下小于100目玻璃粉，装入标记好的样品袋中，而筛上大于100目的物料再放入研磨机中以10秒一次多次研磨筛分，直至所有粉料都小于100目，装入样品袋中备用。
每次取表面层玻璃样100g放入振动磨样机中以710r/min研磨10秒，用40目、60目、100目、200目组合筛进行筛分分级处理，多次循环筛分直至-100+200目部分达到50％以上，将分级好的粉体分别装入标记有-40+60目、-60+100目、-100+200目、-200目的样品袋中备用。
取干净坩埚，垫好脱模纸，先铺上一层研磨好的基底层玻璃粉料，再铺上一层研磨好的表面层玻璃粉料，铺平后放入高温电阻炉中，关闭炉门，打开电源开关，在程序中设置温度制度，启动高温电阻炉，在炉内温度降至室温后关闭电源，取出烧制好的微晶玻璃，装入标记好的样品袋中保存。
晶化过程温度制度(以设置晶化温度为1140℃为例)：以5℃/min的升温速率从室温升至890℃，再在890℃保温两小时，然后以2℃/min的升温速率从890℃升至1140℃，最后在1140℃保温半小时。
按照一定尺寸用切割机对制得的微晶玻璃试块进行切割，用抛磨机将切割好的微晶玻璃各个面磨得平滑，去除表面杂质，制成标准块状。放入标记好的样品袋中。
铁尾矿微晶玻璃的理化性能检测结果以及与行业标准的对比如表4所示。
表4
由表4可见，制备出的微晶玻璃弯曲强度和莫氏硬度优于jc/t872-2000《建筑装饰用微晶玻璃》行业标准的要求，且密度和吸水率都较小。
本发明能够改善铁尾矿微晶玻璃的颜色，从而扩大铁尾矿微晶玻璃在建筑装饰材料中的应用范围，提高铁尾矿的利用率，铁尾矿微晶玻璃的性能良好，优于行业标准。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。