[发明专利]一种原位合成FeSix/透辉石复相金属陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位合成FeSix/透辉石复相金属陶瓷及其制备方法，复相金属陶瓷包括透辉石晶相、玻璃相及金属相FeSix，其中金属相FeSix弥散分布于所述透辉石和玻璃相构成的连续基体相中。该制备方法是以富含铁元素的尾矿、粉煤灰、冶炼渣等工业废弃物为主要原料，包括混合料的配制、高温熔制、原位合成、晶化热处理等步骤，本发明的FeSix/透辉石复相金属陶瓷，借助高温还原反应，不仅可以回收工业废弃物中的铁元素，同时将纳米/微米级的金属相FeSix弥散于贫铁透辉石玻璃陶瓷中，提高了材料的抗酸碱腐蚀性以及韧性，拓展了玻璃陶瓷的工业用途，且该玻璃陶瓷致密性好、强度高、耐磨、抗冲击性好，可广泛用于电力、化工、煤炭以及钢铁冶金等行业。

技术领域

本发明涉及一种原位合成FeSix/透辉石复相金属陶瓷及其制备方法，特别是涉及一种以富铁尾矿/冶炼渣为主要原料，以石墨为还原剂，采用玻璃熔体调制技术原位合成FeSix/透辉石复相金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着我国矿业及钢铁行业的不断发展，矿产资源的采选冶过程中排出的尾矿、冶炼渣等固体废弃物逐年增加，这些工业固体废弃物的处置不仅占用了大量的土地资源，污染了生态环境，也造成了资源浪费。随着我国环保法、环保税等相关法律法规的逐步出台与完善，工业固体废弃物的处理与处置给企业带来了相当大的压力，同时也促进了企业向着资源节约、技术创新、产业转型进行转变。工业固体废弃物是放错了位置的二次资源，如何清洁高效高值化利用已成为企业、高校、科研院所关注的焦点和研究的热点。

尾矿、冶炼渣等固体废弃物中主要含有CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂等主要成分，是制备玻璃陶瓷材料很好的原料。但是，对于富含铁元素的尾矿、冶炼渣等工业固体废弃物由于铁离子的着色作用，在一定程度上限制了其在玻璃、陶瓷民用产品的应用范围，另外，以富铁尾矿、冶炼渣等为原料开发的玻璃陶瓷材料，由于铁元素的固化效果欠佳，抗腐蚀性差，限制了开发的玻璃陶瓷产品在工业腐蚀环境下的利用领域。贫铁透辉石玻璃陶瓷具有结构密实、耐磨、耐腐蚀、高强度等优异性能，制得的产品能够广泛应用于电力、煤炭、冶金、化工等磨损、腐蚀严重的恶劣工况。但是，不管是含铁透辉石玻璃陶瓷还是贫铁透辉石玻璃陶瓷均需要提高其韧性才能更好的拓展其应用领域。

金属陶瓷由陶瓷和金属组成的一种复合材料，兼有金属的韧性强、抗弯性好以及陶瓷的耐高温、高强度和抗氧化性能等特点。根据各组成相所占百分比不同，金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。目前，关于金属基金属陶瓷主要集中于铝基、镁基等有色金属基等复合材料，但是由于原材料成本高、工艺复杂等因素造成产品的价格昂贵，应用范围受到限制；陶瓷基金属陶瓷基体主要为SiC、WC、BN、Ti(C、N)等碳化物和氮化物，通常应用于高速切削等高精尖领域(如制成金属陶瓷刀具)，虽然该类材料具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等优异性能，但该类金属陶瓷材料对基体相和增强相纯度要求高，制备工艺条件也比较苛刻，不适用于普通工业领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种原位合成FeSix/透辉石复相金属陶瓷及其制备方法，为提高含铁透辉石玻璃陶瓷抗酸碱腐蚀及韧性提供了新的思路，同时为富铁尾矿、冶炼渣等工业固体废弃物二次资源的清洁、高效、高值化利用提供了新途径。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种原位合成FeSix/透辉石复相金属陶瓷，包括透辉石晶相、玻璃相及金属相FeSix，其中金属相FeSix弥散分布于所述透辉石和玻璃相构成的连续基体相中。