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利用川南硫铁尾矿高岭土制备彩色矿渣微晶玻璃的研究

李智  
【摘要】: 川南硫铁矿储量居全国首位,有着悠久的开发历史。当前,川南硫铁矿资源开发中存在综合利用效率低,资源浪费大,产品单一低值,环境污染严重,经济效益差等问题。解决这些问题的关键之一在于综合利用硫铁尾矿高岭土。 微晶玻璃是一种高性能、高附加值、低成本的高档建筑材料。利用被废弃的尾矿高岭土制备高附加值的微晶玻璃,既可提高矿产的综合利用率,提高经济效益,又能解决由尾矿带来的环境污染问题,符合我国可持续发展的战略目标。 本研究的主要目的是利用川南硫铁尾矿高岭土制备彩色矿渣微晶玻璃,摸索出与该原料相适应的制备彩色矿渣微晶玻璃的工艺,探讨高含量的TiO_2在彩色矿渣微晶玻璃中的作用及影响,同时力求提高尾矿高岭土的利用率。 本研究为了解决矿渣微晶玻璃研究中由于矿渣内着色杂质含量高,造成产品色差大,生产工艺不稳定而无法投入工业生产的情况,结合硫铁尾矿高岭土的成分特点,采用煅烧-二次酸浸方法,把尾矿中的铁和部分铝以净水剂的形式提出,将尾矿转化为成分简单,性质稳定的高硅低铁料,满足制备彩色微晶玻璃对原料的要求。经过该预处理,可以将尾矿中的主要致色杂质Fe_2O_3的含量降低到0.2%左右,这将减少铁元素对玻璃的影响,有利于制备不同主晶相的彩色矿渣微晶玻璃。 本研究通过对尾矿的处理以及对玻璃的相图分析、晶相设计、晶核剂的选择、成分调整和热处理制度确定等大量实验研究,制得了性能优异的主晶相为透辉石的彩色矿渣微晶玻璃,尾矿的掺入量达到45%~50%。 本论文的研究结果表明,利用川南硫铁尾矿高岭土制备彩色矿渣微晶玻璃是可行的。通过加入少量的ZrO_2、P_2O_5和CaF_2,同尾矿中的TiO_2组成复合晶核剂,钛矿物发挥了主晶核剂作用,应用该方案成功地制备出以透辉石为主晶相的彩色微晶玻璃。研究结果还证明,TiO_2作为晶核剂的核化机理是首先促进玻璃的分相,然后析出金红石晶体来诱导异相成核;TiO_2对晶相中的成分有很大影响,它能使在相图中确定的组成点向高Al_2O_3方向偏移,这为利用高TiO_2原料制备微晶玻璃的成分设计提供了重要的指导作用;TiO_2对玻璃的着色也有显著影响,它起到了调色剂的作用,使微晶玻璃呈现着色剂与TiO_2的复合色。 本研究确定的使用川南硫铁尾矿制备彩色矿渣微晶玻璃的工艺条件,对于利用其它高Fe_2O_3、TiO_2原料制备微晶玻璃具有一定的指导意义。


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