微晶玻璃生产工艺设计
铁尾矿微晶玻璃生产工艺
1.微晶玻璃概述
微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃。是综合玻璃，是一种外国刚刚开发的新型的建筑材料，它的学名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。因其可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰、煤矸石等作为主要生产原料，且生产过程中无污染，产品本身无放射性污染，故又被称为环保产品或绿色材料。
微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优於天石材和陶瓷，可用於建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。
2?利用铁尾矿制备微晶玻璃生产工艺
2.1生产原料及设备
生产原料包括：铁矿尾矿(铁尾矿)、方解石、氧化铝、菱镁矿、纯碱、硼酸、碳酸钡等。仪器设备采用LCT-2型差热分析仪、日立S-450扫描电镜、D/MAX-3C 型X衍射仪、EDAX 一9100型能谱分析仪、KZJ5000- I型电动抗折仪等。
2.1.1铁尾矿形貌及成分
铁矿尾矿颜色呈青白色，粒度较细，颗粒小于40目，可以清晰观察到尾矿中含有的晶莹洁白的石英颗粒，尾矿中泥土含量较少，是理想砂质尾矿。该铁矿尾矿经扫描电镜观察及能谱分析，其尾矿形貌特征见图l，能谱图见图2，成分检测结果见表1。
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2.1.2玻璃系统的确定
由表1可见其中主要成分有SiO 2、AI 2O 3、Fe 2O 3，并且含有一定量的CaO 、 MgO 、K 2O 、
Na 2O 。该尾矿中的铁含量过高；在铁矿尾矿成分改性的研究，添 加适量的CaO 、MgO ，使之形成CaO — MgO —Al 2O 3一■ SiO 2系统玻璃。并且在玻 璃成分中引入少量的BaO 、B 2O 3，降低高温粘度，有助于降低熔化温度，并加人 少量硫磺，使部分铁转化成硫化亚铁，有助于晶化。
2.2晶核剂
通过确定尾矿的CaO — MgO — Al 2O 3一■ SiO 2玻璃系统，晶核剂的选择应与基 础玻
璃系统密切相关。米用Cr 2O 3、TiO 2做晶核剂。由于铬尖晶石的晶格常数为 a o =8.086X 10-10 m ，透辉石晶格常数 a=9.73X 10-1°m,b=8. 89X 10-10 m ，c=5.25X 10-10m ,其a 、b 值与铬尖晶石a 0相匹配，易在熔体内形成透辉石晶体；
TiO 2金红 石晶格常数3c=8.88X 10-10m 与B -硅灰石a=7.94X 10-10m 比较接近，易在TiO 2周围 形成B
-硅灰石。Cr 2O 3在CaO — MgO — AI 2O 3 — SiO 2玻璃中溶解度较低，不足以形 成大量晶胚，其单独作为晶核剂效果不好；若同时引入 TiO
2晶核剂，可以更好地 诱导硅灰石晶体产生，本工艺采用了复舍晶核剂.w(Cr 2O 3)=1.5%, w(TiO 2)=2.5%。 经过试验，最终摸索出一个铁矿尾矿添加量较多的微晶玻璃矿物配方和化学组成 (见表2、3)。
表
铁矿尾矿微晶玻璃化学成分
2.3微晶玻璃生产工艺流程
微晶玻璃的生产方法主要有两种：压延法和烧结法。压延法由于投资大，工 艺技术复
杂，生产成本也比较高，并且对技术装备要求比较高。国内只有两家企 业采用，大多数企业较普遍地采用烧结法。本工艺采用烧结法工艺，其工艺流程 为：配料一混合一熔制一水淬一过筛一铺料一晶化一抛磨一切割一成品。
2.4玻璃料的熔制
按照表2所示的矿物组成进行配料，混合均匀。将200mL氧化铝坩埚在升温前放人硅钼棒电炉中；用3, 4h将炉温升至1300C,开始加料，每间隔20min加料一次；最后升至1500C恒温0.5?1 h,使玻璃液澄清；然后将熔融玻璃液进行水淬，获得制备微晶玻璃所需的玻璃料。
2.5差热分析及热处理
应用差热分析仪对玻璃粉末进行差热分析，升温速率为10°C /min，差热曲线见图3。其转变温度t s大约为720C，因此确定核化温度t恢=t g+50C =770C ；晶化温度选择最高放热峰1100C，升温速率控制在3?5C/min，核化恒温1.5 h,晶化恒温分别为2 h和I h。
将水淬后的玻璃料在球磨机中进行破碎，分别经 & 16、20且筛分成3份，按照细下粗上的顺序铺在碳化硅模板上，每层厚度控制在5?8 mm,这样有利于气泡排出，经抛磨后制品表面无气泡，花纹清晰。
图3铁尾矿玻璃粉末差热分析图
2.6X衍射分析
微晶玻璃应用X —Ray仪进行测定，工作电压为35kV，工作电流为25mA,Cu 靶，扫描速度2° /nin ;其XRD图谱见图4和图5。与标准卡片比对，发现图4主品相结构为CaO ?( MgOFeO/Fe2O3)?2(SiO2AI 2O3)，属于混合型的透辉石结构，典型透辉石结构为CaO - MgO ? 2SiO2 ；次晶相为硅灰石相CaO ? SQ2。而图5仅有混台型的透辉石晶相，而硅灰石相不明显。