本發(fā)明屬于微晶玻璃制備領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種用赤泥和煤矸石制備的透輝石微晶玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
赤泥是氧化鋁生產(chǎn)工業(yè)中排放的廢渣，其顆粒較細(xì)，脫水十分困難。赤泥的堆積占用大量土地，赤泥的流失和滲透嚴(yán)重威脅人們的生活及財產(chǎn)安全，制約著氧化鋁工業(yè)的發(fā)展。赤泥中含有大量的強(qiáng)堿性化學(xué)物質(zhì)，具有強(qiáng)烈的腐蝕性。高堿度的污水滲入地下或進(jìn)入地表水，使水體pH值升高，以致超出國家規(guī)定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，同時由于pH值的高低常常影響水中化合物的毒性，因此還會造成更為嚴(yán)重的水污染。赤泥對土壤、地下水及江河湖海造成嚴(yán)重污染，因此對赤泥進(jìn)行無害化處理和資源化利用是我國環(huán)保工作面臨的重要問題。
通常，由于赤泥中的SiO2、Al2O3、CaO等成分不符合微晶玻璃對化學(xué)組成的要求，因此需要配加含SiO2、Al2O3、CaO等化學(xué)成分的礦物來調(diào)整混合料的化學(xué)成分，使之符合透輝石的析晶區(qū)，但是往往添加物的成本非常高。另外，赤泥中含有30-60％左右的Fe2O3，其作為著色劑，會使透輝石微晶玻璃的顏色變深變黑，嚴(yán)重降低透輝石微晶玻璃作為建筑裝飾用微晶玻璃的商業(yè)價值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的是解決以赤泥為原料制備透輝石微晶玻璃時添加物成本較高的問題，并且同時經(jīng)濟(jì)高效地降低赤泥中的氧化鐵含量。
我國有大量的固廢煤矸石，煤矸石含有一定量的C(20％)左右，其余無機(jī)物成份主要為SiO2、Al2O3，二者含量之和一般在60％以上，另有少量Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O+Na2O等，本發(fā)明提出，以赤泥與煤矸石為原料，利用煤矸石中含有的大量Al2O3與SiO2補(bǔ)充赤泥，利用煤矸石中的C將赤泥中的Fe2O3還原為Fe3O4磁選除去。
本發(fā)明提出有效利用固廢資源赤泥和煤矸石，通過經(jīng)濟(jì)合理的除雜方法除去赤泥與煤矸石中的Fe2O3，再熔融澆鑄，核化晶化生產(chǎn)微晶玻璃的新方法。該方法有效利用了赤泥和煤矸石兩種固廢資源，除雜手段有效合理，制備過程綠色環(huán)保、生產(chǎn)的微晶玻璃具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，實(shí)現(xiàn)了赤泥及煤矸石固廢的資源循環(huán)利用。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用赤泥和煤矸石制備透輝石微晶玻璃的方法，該方法包括以下步驟：
1)將赤泥和煤矸石按配比混合磨礦，得到礦粉混合物；
2)將步驟1)中得到的礦粉混合物進(jìn)行焙燒，使混合物中的Fe2O3還原為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物；
3)將步驟2)中得到的焙燒后礦粉混合物在磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中的Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物；
4)將步驟3)中得到的除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，在非氧化性氣氛下加熱混合物熔融并均化，得到熔融態(tài)混合物；
5)將步驟4)中得到的熔融態(tài)混合物澆注入預(yù)熱的模具中成型得到基礎(chǔ)玻璃；
6)將步驟5)中得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟1)中的礦粉混合物的各組分配比為：赤泥60-70重量份，煤矸石30-40重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，赤泥包括以下配比的組分：SiO2 30-40重量份，CaO 10-30重量份，Al2O3 10-20重量份，F(xiàn)e2O3 10-25重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，煤矸石包括以下配比的組分：SiO2 50-55重量份，Al2O315-25重量份，F(xiàn)e2O3 3-5重量份，K2O 2-4重量份，C 10-25重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟1)中將赤泥和煤矸石混合磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟2)中焙燒溫度為500-550℃；步驟4)中熔融溫度為1500-1600℃，步驟5)中模具預(yù)熱溫度為700-900℃。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟2)中焙燒時間為30-50min，步驟4)中進(jìn)行加熱的時間為2-3h。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟3)中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1-2T。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該方法中采用的還原劑為煤矸石中的C，助熔劑為煤矸石中的K2O。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種采用上述用赤泥和煤矸石制備透輝石微晶玻璃的方法生產(chǎn)的透輝石微晶玻璃。
通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明合成微晶玻璃的主要原料是赤泥和煤矸石，二者是兩種零成本的廢棄資源，合成產(chǎn)物透輝石微晶玻璃具有較高的附加值；本發(fā)明兩種礦粉混合磨礦再焙燒后，煤矸石中的少量碳粉會將赤泥與煤矸石中的雜質(zhì)Fe2O3還原為有磁性的Fe3O4利于磁選去除，除雜手段經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保。本發(fā)明是制備微晶玻璃的又一新途徑，也符合國家倡導(dǎo)的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的產(chǎn)業(yè)政策。
附圖說明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)在與附圖結(jié)合對實(shí)施例進(jìn)行的描述中將更加明顯并容易理解，其中：
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用赤泥和煤矸石制備透輝石微晶玻璃的方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
應(yīng)當(dāng)理解，在示例性實(shí)施例中所示的本發(fā)明的實(shí)施例僅是說明性的。雖然在本發(fā)明中僅對少數(shù)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會在未實(shí)質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導(dǎo)情況下，多種修改是可行的。相應(yīng)地，所有這樣的修改都應(yīng)當(dāng)被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對以下示例性實(shí)施例的設(shè)計、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。
本發(fā)明提供一種采用固廢赤泥和煤矸石為原料合成微晶玻璃的新方法，赤泥的主要化學(xué)成分為CaO、Al2O3及SiO2，另有少量的Na2O、Fe2O3、TiO2等，煤矸石的主要化學(xué)成分為SiO2及Al2O3，另有少量Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O與Na2O等。以赤泥為原料合成微晶玻璃，赤泥中的CaO，Al2O3及SiO2是主要原料，TiO2是主要的晶核劑，F(xiàn)e2O3是主要雜質(zhì)；煤矸石中的SiO2及Al2O3是合成微晶玻璃的主要配料，C、Fe2O3是主要雜質(zhì)，TiO2也可以作為一種晶核劑，K2O及Na2O可作為助熔劑。
赤泥中均有一定含量的Fe2O3，煤矸石中含有一定量的C和少量的Fe2O3，F(xiàn)e2O3及C作為制備微晶玻璃的雜質(zhì)均需要去除，本發(fā)明提出將赤泥與煤矸石混合磨礦后，在中溫段進(jìn)行焙燒，使赤泥中無磁性的Fe2O3被還原為磁性較強(qiáng)的Fe3O4，再對Fe3O4進(jìn)行磁選以除去混合料中的鐵雜質(zhì)。除雜后的混合料在高溫非氧化性氣氛下進(jìn)行熔融；熔融料再經(jīng)過澆注、退火、核化及晶化等常見微晶玻璃制備措施，即可制得透輝石微晶玻璃。
本發(fā)明以赤泥和煤矸石為原料制備透輝石微晶玻璃的方法，主要工藝流程如圖1所示，具體步驟包括：
1)將赤泥和煤矸石按配比混合磨礦，得到礦粉混合物；
2)將步驟1)中得到的礦粉混合物進(jìn)行焙燒，使混合物中的Fe2O3還原為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物；
3)將步驟2)中得到的焙燒后礦粉混合物在磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中的Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物；
4)將步驟3)中得到的除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，在非氧化性氣氛下加熱混合物熔融并均化，得到熔融態(tài)混合物；
5)將步驟4)中得到的熔融態(tài)混合物澆注入預(yù)熱的模具中成型得到基礎(chǔ)玻璃；
6)將步驟5)中得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟1)中的礦粉混合物的各組分配比為：赤泥60-70重量份，煤矸石30-40重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，赤泥包括以下配比的組分：SiO2 30-40重量份，CaO 10-30重量份，Al2O3 10-20重量份，F(xiàn)e2O3 10-25重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，煤矸石包括以下配比的組分：SiO2 50-55重量份，Al2O315-25重量份，F(xiàn)e2O3 3-5重量份，K2O 2-4重量份，C 10-25重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟1)中將赤泥和煤矸石混合磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟2)中焙燒溫度為500-550℃；步驟4)中熔融溫度為1500-1600℃，步驟5)中模具預(yù)熱溫度為700-900℃。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟2)中焙燒時間為30-50min，步驟4)中進(jìn)行加熱的時間為2-3h。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，步驟3)中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1-2T。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該方法中采用的還原劑為煤矸石中的C，助熔劑為煤矸石中的K2O。
下面參照具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行說明。
實(shí)施例一
選用長沙某鋁廠的赤泥，其含有以下配比的組分：CaO 15重量份，Al2O3 12重量份，SiO2 36重量份，F(xiàn)e2O3 13重量份；選用山西平朔煤矸石，其含有以下配比的組分：SiO2 51重量份，Al2O3 19重量份，F(xiàn)e2O3 4重量份，K2O 3重量份，C 15重量份。
將上述67重量份的赤泥和33重量份的煤矸石進(jìn)行混合，磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到礦粉混合物。然后將磨粉混合物在510℃溫度焙燒40min，使原料中的Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物。將焙燒后礦粉混合物在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物。接著將除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，升溫至1550℃在非氧化性氣氛下熔融3h，得到熔融態(tài)混合物。將熔融態(tài)混合物澆注入800℃預(yù)熱的模具中經(jīng)退火成型得到基礎(chǔ)玻璃。最后將得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
實(shí)施例二
選用重慶某鋁廠的赤泥，其含有以下配比的組分：CaO 20.5重量份，Al2O3 11.5重量份，SiO2 36.54重量份，F(xiàn)e2O3 22.45重量份；選用山西平朔煤矸石，其含有以下配比的組分：SiO2 51重量份，Al2O3 19重量份，F(xiàn)e2O3 4重量份，K2O 3重量份，C 15重量份。
將上述60重量份的赤泥和40重量份的煤矸石進(jìn)行混合，磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到礦粉混合物。然后將磨粉混合物在520℃溫度焙燒40min，使原料中的Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物。將焙燒后礦粉混合物在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物。接著將除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，升溫至1550℃在非氧化性氣氛下熔融3h，得到熔融態(tài)混合物。將熔融態(tài)混合物澆注入800℃預(yù)熱的模具中經(jīng)退火成型得到基礎(chǔ)玻璃。最后將得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
實(shí)施例三
選用長沙某鋁廠的赤泥，其含有以下配比的組分：CaO 10重量份，Al2O3 10重量份，SiO2 40重量份，F(xiàn)e2O3 10重量份；選用山西平朔煤矸石，其含有以下配比的組分：SiO2 50重量份，Al2O3 15重量份，F(xiàn)e2O3 5重量份，K2O 4重量份，C 10重量份。
將上述65重量份的赤泥和40重量份的煤矸石進(jìn)行混合，磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到礦粉混合物。然后將磨粉混合物在500℃溫度焙燒30min，使原料中的Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物。將焙燒后礦粉混合物在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.5T的磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物。接著將除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，升溫至1600℃在非氧化性氣氛下熔融2h，得到熔融態(tài)混合物。將熔融態(tài)混合物澆注入700℃預(yù)熱的模具中經(jīng)退火成型得到基礎(chǔ)玻璃。最后將得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
實(shí)施例四
選用長沙某鋁廠的赤泥，其含有以下配比的組分：CaO 30重量份，Al2O3 20重量份，SiO2 30重量份，F(xiàn)e2O3 25重量份；選用山西平朔煤矸石，其含有以下配比的組分：SiO2 55重量份，Al2O3 25重量份，F(xiàn)e2O3 3重量份，K2O 2重量份，C 25重量份。
將上述61重量份的赤泥和35重量份的煤矸石進(jìn)行混合，磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到礦粉混合物。然后將磨粉混合物在540℃溫度焙燒50min，使原料中的Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物。將焙燒后礦粉混合物在磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T的磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物。接著將除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，升溫至1500℃在非氧化性氣氛下熔融2.5h，得到熔融態(tài)混合物。將熔融態(tài)混合物澆注入850℃預(yù)熱的模具中經(jīng)退火成型得到基礎(chǔ)玻璃。最后將得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
實(shí)施例五
選用重慶某鋁廠的赤泥，其含有以下配比的組分：CaO 20重量份，Al2O3 15重量份，SiO2 36重量份，F(xiàn)e2O3 12重量份；選用山西平朔煤矸石，其含有以下配比的組分：SiO2 51重量份，Al2O3 19重量份，F(xiàn)e2O3 5重量份，K2O 2.5重量份，C 20重量份。
將上述68重量份的赤泥和30重量份的煤矸石進(jìn)行混合，磨礦使混合物中粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到礦粉混合物。然后將磨粉混合物在550℃溫度焙燒45min，使原料中的Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙燒后礦粉混合物。將焙燒后礦粉混合物在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.2T的磁場中進(jìn)行磁選以除去混合物中Fe3O4，得到除鐵后礦粉混合物。接著將除鐵后礦粉混合物放入硅鉬棒高溫爐中，升溫至1550℃在非氧化性氣氛下熔融2h，得到熔融態(tài)混合物。將熔融態(tài)混合物澆注入900℃預(yù)熱的模具中經(jīng)退火成型得到基礎(chǔ)玻璃。最后將得到的基礎(chǔ)玻璃依次進(jìn)行退火、核化和晶化處理，得到透輝石微晶玻璃。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。