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铁尾矿微晶玻璃讲述
一、研究背景
世界上选矿工业每年排放的废石及尾矿废渣约为20 亿m3。
我国目前尾矿堆积量近50 亿吨,年排出的尾矿量高达5 亿吨以上,其中铁尾矿排放量达1.5 亿吨。
尾矿采用大部分露天堆放,既占用了大量的土地,还容易造成粉尘污染,其中有害物质经过风化、雨淋、地表径流的腐蚀极容易污染水体,危害环境。
随着矿产资源的大量开发和利用,矿产资源日益枯竭。
由于尾矿数量大、类型多、性质复杂等特点,在我国其利用非常低,仅达7%
合理开发利用尾矿不仅可以解决环境污染,而且可以弥补资源的不足。
用尾矿制备微晶玻璃,为尾矿的合理开发利用提供了一个有效的途径。
国内外研究进展与现状
上个世纪五十年代末到六十年代初,前苏联、欧美等国家的科学家对矿渣微晶玻璃的基础理论与工艺技术进行了探索,解决了矿渣微晶玻璃的配料组成、核化与晶化机理及熔制技术等关键性问题。
1971 年世界上第一条矿渣微晶玻璃生产线在前苏联建成投产。
七十年代中期,日本电气硝子株式会社把陶瓷的烧结法充分利用到矿渣微晶玻璃的制备上,扩大了微晶玻璃的基础组成的范围并使微晶玻璃产品更加多样化。
国内外研究进展与现状
目前,国外矿渣微晶玻璃的工业化生产技术相当成熟,其研究重点主要转移到利用微晶玻璃制备技术对核废料和矿渣中易溶于水的有害重金属离子进行固定,或者进一步提高矿渣用量和微晶玻璃的性能。
我国利用矿渣开发研制微晶玻璃起步比较晚,目前我国仍处在前期研发阶段。
利用矿渣制备微晶玻璃技术较为成熟的有武汉理工大学、清华大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、中国地质科学院。
二、铁尾矿微晶玻璃概述
微晶玻璃(glass.ceramic)又称玻璃陶瓷,是将特定组成的基础玻璃,在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。
微晶玻璃的特点是结构致密、高强度、耐磨、耐腐蚀、耐风化;外观上纹理清晰、色彩鲜艳、色调均匀一致、光泽柔和晶莹,在室内能增加强烈的透视效果;抗压、抗折、抗冲击、易清洗、防火、防水。
铁尾矿微晶玻璃即利用铁尾矿为原料制备微晶玻璃。
铁尾矿
铁尾矿类型特点
铁尾矿按照伴生元素的含量分为两大类。一是单金属类铁尾矿,其按照矿物组成,一般将其分为四种类型:高硅型、高铝型、高钙镁型和低钙镁铝硅型(简称低硅型)。划分的依据是其存在的主要元素,并有利于选择不同的利用途径。
铁尾矿利用现状
(1) 从铁尾矿中回收有价元素;
(2) 利用铁尾矿作为采空区的充填材料;
(3) 用作土壤改良剂和微量元素肥料;
(4) 铁尾矿用作建筑材料;
(5) 利用尾矿库复垦植被。
铁尾矿
铁尾矿化学成分特点
各矿山的尾矿化学成分略有差异,大致如下:
Fe一般为6%~17%,少数达20%以上;
Si02一般为30%~80%,少数达20%以下;
A1203一般为1%~1l%,少数达15%以上;
MgO一般为l%~10%,少数达10%以上;
CaO一般为13%~22%,仅鞍山式沉积变质铁尾矿中CaO品位偏低,在4.5%以下。S、Cu、Ti02、V205等有价元素在尾矿中虽不同程度地存在。但含量均在5%以下;
Au、Ag、Ga、稀土等元素很少,甚至为微量。
从尾矿化学成分分析来看,尾矿80%~90%没有回收利用S、Cu、Ti02、v205等有价元素和Au、Ag、Ga、稀土等元素的价值。
通过查阅资料初步设计玻璃的基础组成成分(w%)为
3.微晶玻璃影响因素分析
3.1.1 热处理
制度的影响
由图表得出较好的热处理方案为:核化
温度710℃、核化时间90min、晶化温度
940℃、晶化时间160min。
3.1.2 组分影响
1、随氧化硼含量的增加,透明性变差,抗折强度先减小后增大,当氧化硼的含量超过3%时,随氧化硼含量增加微晶玻璃的试样抗折强度逐渐减小且出现严重分相。
2、随氧化钛含量的增加,抗折强度先增大后减小。Ti02和Zr02晶核刹含量相同时,生成的晶核较多,且分布比较均匀,表现在性能上就是抗折强度相对较高。
3、随A1203含量的增加,微晶玻璃的晶粒尺寸明显变小,透明性提高。在核化晶化较充分情况下,各组分微晶玻璃的热膨胀系数随A1203含量的增加而减小。
4、m(CaO)/m(MgO)为3和1.4时,对应的玻璃析晶较好,同时m(CaO)/m(MgO)=l.4的玻璃试样透辉石相含量较高,对助熔剂作用的研究发现Na2O十K2O可以促进晶相的析出,而B2O3的加入则会阻碍玻璃的析晶。
实验方案
成分
铁尾矿
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
含量(%)
20
46.7
3.24
9.14
7.86
成分
B2O3
BaO
TiO2
ZrO2
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