專利名稱：微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法
技術領域：
本發明涉及一種微晶玻璃的制造方法，特別是涉及一種利用微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法。
背景技術：
據統計，在黃金礦石開采過程中黃金礦山尾礦的排出量占入選礦石的90%以上，數量巨大。隨著礦床類型及圍巖條件的不同，尾礦在組分種類和含量上各具特色，但基本上都是以鋁硅酸鹽礦物為主的復合礦物原料，其礦物成分通常以石英、長石、云母類、碳酸鹽類、粘土類、角閃石、石榴石、硅灰石、綠泥石及殘留金屬礦物為主，其組分及工藝性能均適合工業利用，可作為生產新型建材、化工、輕工陶瓷及部分新材料的原料，這樣不僅可以減少尾礦的堆存量，減輕尾礦對環境的危害，而且還能降低原料成本，減少能源消耗。鋰鋁硅(Li2O-Al2O3-SiO2, LAS)系統微晶玻璃是一種具有極高研究價值的微晶玻璃，該玻璃熱學性能卓越，熱膨脹系數較低，甚至可以達到零膨脹(3(T700°C )，因而具有較高的熱穩定性，通常提到的低膨脹或零膨脹微晶玻璃一般是指LAS系微晶玻璃。由于低膨脹微晶玻璃的膨脹系數較小，晶相含量較高，晶體尺寸小，含堿量較低，所以具有良好的抗熱震、耐高溫、耐腐蝕以及較高的機械強度，還能夠制成透明材料。目前其他材料尚不能同時具備這些特性，該材料已構成材料科學中一個新的門類，被廣泛應用于天文望遠鏡、高溫電光源玻璃、實驗室用加熱器具、高溫熱交換器、代石英玻璃、高溫窗、雷達天線罩、炊具和餐具等領域。該體系微晶玻璃用途廣泛，一直受到國內外材料科研工作者的極大關注。
發明內容
本發明要解決的 技術問題:克服現有技術中微晶玻璃成本高、玻璃熔化溫度高、晶化時間長等缺陷，提供一種成本和能耗低、工藝簡單、產品性能較好的用微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法。本發明的技術方案:
一種微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，包括以下步驟:
I)按重量比計量原料:金尾礦40 50%、石英20 25%、氧化鋁13 18%、碳酸鋰5 13%、氧化鎂2 4%、氧化鈦2 4%、氧化鋯0.5 1%、硼砂I 3%，以上原料總量為100%，將所有原料加入混料機中，混合均勻得配合料；
2)將配合料置于氧化鋁坩堝中，將氧化鋁坩堝送入工業微波爐，配合料經微波加熱熔融得到玻璃液，將玻璃液成型；
3)將成型后的玻璃液送入工業微波爐，經微波退火處理和晶化處理，得到低膨脹微晶玻璃。所述原料的粒徑均小于0.088mm。所述熔融時以每分鐘5 15°C的升溫速率升溫至1350 1500°C，并在此溫度下保溫15 35min ;所述成型是將熔融的玻璃液通過澆注法或壓延法成型。所述工業微波爐的功率為30 60KW ;退火處理時的溫度為570 630°C，保溫時間為25 35min ;晶化處理時的溫度為780 850°C，晶化時間為20 30min。本發明的積極有益效果:
(I)本發明利用金尾礦為主要原料，將其用在玻璃原料中代替部分常規原料如石英砂、氧化鋁、氧化鎂和堿等制造低膨脹微晶玻璃，金尾礦的加入量較大(可達50%)，能夠節省原料成本20%以上。本發明可將金尾礦廢棄物有效利用，變廢為寶，減少了金尾礦的堆存量，減輕對環境的危害，節能降耗，實現了廢物的綜合利用。(2)本發明采取一步法熱處理工藝，縮短了生產周期，有利于產品質量的控制。(3)本發明中玻璃配合料的熔融、退火和晶化過程均采用工業微波爐加熱，該加熱方法能使材料自身整體同時升溫，加熱速度快、無污染，得到的樣品晶粒細化，結構均勻；同時微波處理過程能精確控制，縮短了熱處理時間，節約能源。(4)本發明的低膨脹微晶玻璃熱膨脹系數α在(15-37) X ΙΟ^Γ1 (25-500°C )之間，熱膨脹系數較低，熱穩定性較高。
圖1:本發明的低膨脹微晶玻璃的XRD圖譜；
圖1中所有衍射峰表明，產品具有良好的晶體結構，得到了相對單一的β_鋰輝石相，說明生成的是LAS低膨脹微晶玻璃。
圖2:本發明的低膨脹微晶玻璃的SEM照片；
圖2中樣品晶粒尺寸約為50-150nm，大小分布均勻。
具體實施例方式實施例一:微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，包括以下步驟:
O準確稱量金尾礦44kg、石英23kg、氧化鋁15kg、碳酸鋰9kg、氧化鎂2.5kg、氧化鈦3kg、氧化錯0.5kg、硼砂3kg,將上述原料一同加入混料機中混合均勻,得到配合料；上述原料的粒徑均小于0.088mm ；
2)將配合料置于氧化鋁坩堝中，再將坩堝放入工業微波爐中，配合料經微波加熱熔融得到玻璃液，熔融時以每分鐘10°C的升溫速率升溫到1350°C，并在此溫度下保溫25min ；
3)將熔融好的玻璃液通過澆鑄成型，然后置于功率為60KW工業微波爐中進行退火處理，處理溫度為580°C，保溫時間為30min ；
4)繼續微波加熱升溫到810°C，在此溫度下晶化處理25min，即得到本發明的低膨脹微晶玻璃。經測定，該例中樣品的熱膨脹系數α < 25 X IO-7IT1 (25-400°C )。實施例二:微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，包括以下步驟:
O準確稱量金尾礦46kg、石英23kg、氧化鋁14kg、碳酸鋰10kg、氧化鎂2kg、氧化鈦3kg、氧化錯1kg、硼砂Ikg,將上述原料一同加入混料機中混合均勻,得到配合料；上述原料的粒徑均小于0.088mm ；
2)將配合料置于氧化鋁坩堝中，再將坩堝放入微波爐中，配合料經微波熱處理熔融得到玻璃液；熔融時以每分鐘10°c的速率升溫到1450°C，保溫20min ；
3)將熔融好的玻璃液澆鑄成型，然后置于40KW工業微波爐中，經微波退火處理，處理溫度為620°C，保溫時間為35min ；
4)繼續微波加熱升溫到800°C，進行晶化處理30min，即得到低膨脹微晶玻璃。該例中樣品的熱膨脹系數α < 15 X IO-7IT1 (25-400°C )。實施例三:微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，包括以下步驟:
O準確稱量金尾礦40kg、石英25kg、氧化鋁16kg、碳酸鋰Ilkg、氧化鎂2kg、氧化鈦3kg、氧化鋯0.5kg、硼砂2.5kg，將上述原料一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；上述原料粒徑均小于0.088m ；
2)將配合料置于氧化鋁坩堝并將坩堝放入微波爐中，經微波熱處理熔融得到玻璃液；熔融時以每分鐘10°C的速率升溫到1400°C，并在此溫度下保溫30min ；
3)將熔融好的玻璃液澆鑄成型，然后置于30KW的工業微波爐中，經微波退火處理，處理溫度為600°C，保溫時間為25min ；
4)繼續微波加熱升溫到850°C，晶化處理25min，即得到低膨脹微晶玻璃。該例中樣品的熱膨脹系數α < 37 X KT7IT1 (25-500°C )。實施例四:微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，包括以下步驟:
1)準確稱量金尾礦50kg，石英20kg、氧化鋁13kg、碳酸鋰9kg、氧化鎂2kg、氧化鈦3kg、氧化錯0.5kg、硼砂2.5kg,將以上原料加入混料機中混合均勻,得到配合料；上述原料的粒徑均小于0.088m ；
2)將配合料置于氧化鋁坩堝并將坩堝放入微波爐中，經微波加熱熔融；熔融時以每分鐘10°C的速率升溫到1430°C，保溫20min ；
3)將熔融好的玻璃液通過壓延法成型，然后置于功率為60KW的工業微波爐中，經微波退火處理，處理溫度為620°C，保溫時間25min ；
4)繼續微波加熱升溫到820°C，晶化處理20min，即制造出低膨脹微晶玻璃。該例中樣品的熱膨脹系數α < 29 X IO-7IT1 (25-500°C )。表1:實施例中金尾礦的化學組成(wt%)
權利要求
1.一種微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，其特征是:該方法包括以下步驟: I)按重量比計量原料:金尾礦40 50%、石英20 25%、氧化鋁13 18%、碳酸鋰5 13%、氧化鎂2 4%、氧化鈦2 4%、氧化鋯0.5 1%、硼砂I 3%，以上原料總量為100%，將所有原料加入混料機中，混合均勻得配合料； 2)將配合料置于氧化鋁坩堝中，將氧化鋁坩堝送入工業微波爐，配合料經微波加熱熔融得到玻璃液，將玻璃液成型； 3)將成型后的玻璃液送入工業微波爐，經微波退火處理和晶化處理，得到低膨脹微晶玻璃。
2.根據權利要求1所述制造低膨脹微晶玻璃的方法，其特征是:所述原料的粒徑均小于 0.088mm。
3.根據權利要求1所述制造低膨脹微晶玻璃的方法，其特征是:所述熔融時以每分鐘5 15°C的升溫速率升溫至1350 1500°C，并在此溫度下保溫15 35min。
4.根據權利要求1所述制造低膨脹微晶玻璃的方法，其特征是:所述成型是將熔融的玻璃液通過澆注法或壓延法成型。
5.根據權利要求1所述制造低膨脹微晶玻璃的方法，其特征是:所述工業微波爐的功率為30 60KW。
6.根據權利要求1 5任一項所述制造低膨脹微晶玻璃的方法，其特征是:所述退火處理時的溫度為570 630°C，保溫時間為25 35min ；晶化處理時的溫度為780 850°C，晶化時間為20 30min。
全文摘要
本發明涉及一種微波熱處理金尾礦制造低膨脹微晶玻璃的方法，原料重量組成金尾礦40～50%、石英20～25%、氧化鋁13～18%、碳酸鋰5～13%、氧化鎂2～4%、氧化鈦2～4%、氧化鋯0.5～1%、硼砂1～3%，將原料混合均勻，置于氧化鋁坩堝，經微波加熱熔融得到玻璃液，將成型后的玻璃液送入工業微波爐，經退火、晶化處理得到產品。本發明將礦山廢棄物金尾礦作為主要原料，變廢為寶，實現了廢物的綜合利用；采取一步法熱處理工藝，縮短了生產周期；熔融、退火和晶化過程采用工業微波爐加熱，加熱速度快、無污染，得到的樣品晶粒細化，結構均勻，節約能源，得到的微晶玻璃熱膨脹系數低，熱穩定性較高。
文檔編號C03C10/00GK103086602SQ201310067629
公開日2013年5月8日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者張雪峰, 李保衛, 賈曉林, 鄧磊波 申請人:內蒙古科技大學