[发明专利]一种利用白云鄂博尾矿和粉煤灰制备的体析晶α堇青石微晶玻璃及其制备方法

说明书

本发明涉及一种利用白云鄂博尾矿和粉煤灰制备的体析晶α堇青石微晶玻璃及其制备方法。其主要特征为控制白云鄂博尾矿、粉煤灰及其它必要原料的加入量来满足堇青石化学成分要求，在此基础上进一步添加磷酸二氢铵，同时用氟化镁取代原料中原有的部分氧化镁，来提高α堇青石的析晶能力，并以熔融制备工艺，经过700～800℃范围内核化热处理1～5小时和在1000～1100℃范围内进行的1～5小时晶化热处理后，生产出基本不含气孔、α堇青石以体析晶方式析出的高强度、低热膨胀系数的α堇青石微晶玻璃材料，为在实现白云鄂博尾矿及粉煤灰等固体废弃物的高附加值利用的同时减少其占地和污染环境问题提供一种方法。

技术领域

本发明涉及一种利用白云鄂博尾矿和粉煤灰制备的体析晶α堇青石微晶玻璃及其制备方法，属于微晶玻璃制备领域。

背景技术

α堇青石是化学组成接近Mg₂Al₄Si₅O₁₈结晶型矿物的通称，具有μ和α两种结构变化。。基于氧化物类晶体结构具有一定开放性，价态及离子尺寸相近的离子易于发生相互取代的特性。自然及人工合成条件下，以上两种堇青石晶体中的金属离子可以和价态及尺寸相同的其它离子进行置换。例如，镁可能与少量铁及锰发生置换，而铝则可能由高价铁来置换。α堇青石晶体结构所具有的这种开放性特点，为用自然原料或固废原料制备开发α堇青石材料奠定了基础。在所有α堇青石类材料中，α堇青石微晶玻璃由于具有抗折强度高、低热膨胀系数、高耐热性、低介电常数和低介电损耗和高绝缘性等特点，因此在介电、耐火材料等多个领域有广泛应用。

由于自然界中存在的天然α堇青石类矿物难以满足人类使用的要求，因此，目前在已有各领域中应用的α堇青石材料均为人工合成。合成的方法主要分烧结法和熔融法两种。

采用烧结法合成时，原料经混合、高温熔融、水淬、球磨、成型及最后的高温烧结等工序后，可获得包含一定气孔的α堇青石类陶瓷材料。由于气孔的存在，必然对材料最终的力学及电学形成一定的负面影响。

采用熔融法制备时，原料经混合、高温熔融、浇铸成型和随后的退火、核化和晶化等过程直接制备出基本不含气孔的以α堇青石晶体为主要晶相，同时包含少量残余玻璃相的微晶玻璃材料。由于其化学组成所限，不管是以纯化学原料、天然矿物或天然尾矿等为原料，其组成中的氧化硅含量均可达到整个原料重量百分比的50％，甚至到55％。如此高的硅含量使经熔融及浇铸成型后所形成的玻璃粘度偏高，非常不利于α堇青石微晶在后续退火、核化和晶化过程中析出。因此，在这种工艺条件下，由于没有了烧结法制备时粉体原料天然具有的大量表面缺陷促进析晶的作用，即便是加入了常见的TiO₂、Cr₂O₃等晶核剂，所制备的材料多以常见的表面析晶方式析出，而不能全部以体析晶方式析出，所获得的材料中心部分往往残留有大量的残余玻璃相。这严重的破坏了所制备材料显微结构及性能的整体均一性。

白云鄂博矿经过多年以“选铁为主、兼顾稀土”的利用后，产生了大量的尾矿。这些尾矿不但占用了大量的土地资源，而且还对尾矿堆放地周边的环境造成了污染。白云鄂博尾矿中含有近15％的丰富氧化镁资源，但其中的氧化钙和氧化铁含量均多达15％左右，氧化铝的含量不足2％，氧化硅的含量也不到20％。由于钙、铁含量高时会严重抑制α堇青石形成，因此，以白云鄂博尾矿主要原料合成α堇青石材料的难度非常大。目前，还没有任何以白云鄂博尾矿为原料合成制备α堇青石材料的报道。如果能以这种尾矿为原料制备出α堇青石质高附加值材料，势必会大幅促进这种固体废弃物的资源化、高值化利用过程，为解决其占地、污染环境的问题提供一种解决方式。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种以白云鄂博尾矿和粉煤灰为原料、通过体析晶方式制备的α堇青石微晶玻璃及其制备方法。该方法以白云鄂博尾矿、包头粉煤灰为主要原料，采用熔融工艺制得α堇青石晶相以体析晶方式形成的α堇青石微晶玻璃材料。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：