[發(fā)明專利]一種利用白云鄂博尾礦和粉煤灰制備的體析晶α堇青石微晶玻璃及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108395103B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 趙鳴;吳偉良;李保衛(wèi);陳華;杜永勝;賈曉林
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古科技大學
• 主分類號: C03C10/00
• 分類號: C03C10/00
• 代理公司: 鄭州市華翔專利代理事務所(普通合伙) 41122
• 代理人: 張愛軍;徐文婷

本發(fā)明涉及一種利用白云鄂博尾礦和粉煤灰制備的體析晶α堇青石微晶玻璃及其制備方法。其主要特征為控制白云鄂博尾礦、粉煤灰及其它必要原料的加入量來滿足堇青石化學成分要求，在此基礎上進一步添加磷酸二氫銨，同時用氟化鎂取代原料中原有的部分氧化鎂，來提高α堇青石的析晶能力，并以熔融制備工藝，經(jīng)過700～800℃范圍內(nèi)核化熱處理1～5小時和在1000～1100℃范圍內(nèi)進行的1～5小時晶化熱處理后，生產(chǎn)出基本不含氣孔、α堇青石以體析晶方式析出的高強度、低熱膨脹系數(shù)的α堇青石微晶玻璃材料，為在實現(xiàn)白云鄂博尾礦及粉煤灰等固體廢棄物的高附加值利用的同時減少其占地和污染環(huán)境問題提供一種方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用白云鄂博尾礦和粉煤灰制備的體析晶α堇青石微晶玻璃及其制備方法，屬于微晶玻璃制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

α堇青石是化學組成接近Mg₂Al₄Si₅O₁₈結(jié)晶型礦物的通稱，具有μ和α兩種結(jié)構(gòu)變化。。基于氧化物類晶體結(jié)構(gòu)具有一定開放性，價態(tài)及離子尺寸相近的離子易于發(fā)生相互取代的特性。自然及人工合成條件下，以上兩種堇青石晶體中的金屬離子可以和價態(tài)及尺寸相同的其它離子進行置換。例如，鎂可能與少量鐵及錳發(fā)生置換，而鋁則可能由高價鐵來置換。α堇青石晶體結(jié)構(gòu)所具有的這種開放性特點，為用自然原料或固廢原料制備開發(fā)α堇青石材料奠定了基礎。在所有α堇青石類材料中，α堇青石微晶玻璃由于具有抗折強度高、低熱膨脹系數(shù)、高耐熱性、低介電常數(shù)和低介電損耗和高絕緣性等特點，因此在介電、耐火材料等多個領(lǐng)域有廣泛應用。

由于自然界中存在的天然α堇青石類礦物難以滿足人類使用的要求，因此，目前在已有各領(lǐng)域中應用的α堇青石材料均為人工合成。合成的方法主要分燒結(jié)法和熔融法兩種。

采用燒結(jié)法合成時，原料經(jīng)混合、高溫熔融、水淬、球磨、成型及最后的高溫燒結(jié)等工序后，可獲得包含一定氣孔的α堇青石類陶瓷材料。由于氣孔的存在，必然對材料最終的力學及電學形成一定的負面影響。

采用熔融法制備時，原料經(jīng)混合、高溫熔融、澆鑄成型和隨后的退火、核化和晶化等過程直接制備出基本不含氣孔的以α堇青石晶體為主要晶相，同時包含少量殘余玻璃相的微晶玻璃材料。由于其化學組成所限，不管是以純化學原料、天然礦物或天然尾礦等為原料，其組成中的氧化硅含量均可達到整個原料重量百分比的50％，甚至到55％。如此高的硅含量使經(jīng)熔融及澆鑄成型后所形成的玻璃粘度偏高，非常不利于α堇青石微晶在后續(xù)退火、核化和晶化過程中析出。因此，在這種工藝條件下，由于沒有了燒結(jié)法制備時粉體原料天然具有的大量表面缺陷促進析晶的作用，即便是加入了常見的TiO₂、Cr₂O₃等晶核劑，所制備的材料多以常見的表面析晶方式析出，而不能全部以體析晶方式析出，所獲得的材料中心部分往往殘留有大量的殘余玻璃相。這嚴重的破壞了所制備材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的整體均一性。

白云鄂博礦經(jīng)過多年以“選鐵為主、兼顧稀土”的利用后，產(chǎn)生了大量的尾礦。這些尾礦不但占用了大量的土地資源，而且還對尾礦堆放地周邊的環(huán)境造成了污染。白云鄂博尾礦中含有近15％的豐富氧化鎂資源，但其中的氧化鈣和氧化鐵含量均多達15％左右，氧化鋁的含量不足2％，氧化硅的含量也不到20％。由于鈣、鐵含量高時會嚴重抑制α堇青石形成，因此，以白云鄂博尾礦主要原料合成α堇青石材料的難度非常大。目前，還沒有任何以白云鄂博尾礦為原料合成制備α堇青石材料的報道。如果能以這種尾礦為原料制備出α堇青石質(zhì)高附加值材料，勢必會大幅促進這種固體廢棄物的資源化、高值化利用過程，為解決其占地、污染環(huán)境的問題提供一種解決方式。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種以白云鄂博尾礦和粉煤灰為原料、通過體析晶方式制備的α堇青石微晶玻璃及其制備方法。該方法以白云鄂博尾礦、包頭粉煤灰為主要原料，采用熔融工藝制得α堇青石晶相以體析晶方式形成的α堇青石微晶玻璃材料。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：