一种黑色铁尾矿微晶玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及一种黑色铁尾矿微晶玻璃及利用铁精粉和氧化钴混合着色制备黑色铁尾矿微晶玻璃的方法，属于无机材料领域。

背景技术：

微晶玻璃又称玻璃陶瓷或微晶玉石，是一种新型无机非金属材料，被称之为21世纪的环境协调材料。微晶玻璃具有许多优异的性能，如力学强度高、化学稳定性及热稳定性好、使用温度高及坚硬耐磨等，在电子、建筑、化工、机械工程等领域作为结构材料、功能材料、装饰材料而获得应用。目前以铁尾矿为主要原料制备微晶玻璃是对工业废弃物的利用，不仅节约能源，变废为宝，改善自然环境，而且是制备微晶玻璃的良好材料。由于微晶玻璃板材各方面性能优于天然石材，现在已经被广泛应用于建筑内外墙、地面及廊柱等高档装修工程中。目前，市场对于微晶玻璃颜色的需求越来越多，现阶段微晶玻璃主要是以白色、灰色、黄色为主，颜色比较单调。对于黑色微晶玻璃的应用在市场上属于空白。

目前对于黑色微晶玻璃的研制不是很多，有些专利文献报道，利用三氧化二铁、氧化钴以及加入还原剂碳粉混合着色制备黑色微晶玻璃。由于加入的还原剂碳粉随温度变化较大，出现微晶玻璃的颜色不稳定，并且颜色不纯正，制备出板材的颜色为蓝灰色、灰黑色等。其次，由于加入大量的碳粉，在熔融的过程中，碳粉燃烧，出现大量的烟气，对工作环境污染较大。

目前生产微晶玻璃板材所使用的原料除了石英砂以外基本上都是工业用化工原料，这样就有一些自身的缺点，不仅使用的原料成本高，而且熔融的温度也高，一般在1500℃～1560℃之间，这样既增加了耗能成本，也加剧了玻璃液对炉窑的侵蚀。

技术实现要素：

为了解决现有技术中制备的微晶玻璃颜色不稳定、颜色不纯正，原料成本高，及制备过程中出现大量的烟气，对环境污染大，能耗高的问题，本发明研发了一种利用铁精粉和氧化钴混合着色制备黑色铁尾矿微晶玻璃的方法，利用铁精粉和氧化钴混合着色，不仅制备出微晶玻璃的颜色稳定、纯正，而且相对利用三氧化二铁和氧化钴为着色剂在成本上大幅度下降。

铁尾矿是一种工业固体废弃物，不仅占用空间，而且污染水、空气，破坏生态环境，本发明同时也是一种铁尾矿的再利用方法。

本发明的铁尾矿黑色微晶玻璃由以下原料制备得到，包括铁尾矿、石英砂、石灰石、纯碱、氧化锌、碳酸钡、硼砂、品味为56％～60％铁精粉、氧化钴和澄清剂等其他成分。

一种黑色铁尾矿微晶玻璃，采用以下原料制备得到，其原料的组成包括基础原料和着色剂；

以重量百分比计算，基础原料配方中各原料组分含量如下：铁尾矿：40％～60％；石英砂：15％～30％；石灰石：15％～25％；纯碱：4％～8％；氧化锌：2％～5％；碳酸钡：2％～6％；硼砂：0.5～1％；澄清剂：1％～2％；

着色剂为占基础原料总重量2％～5％的铁精粉，品味为56％～60％；和占基础原料总重量0.28～1％的氧化钴，且铁精粉与氧化钴的质量比在3：1至7：1之间。

优选的，着色剂中，氧化钴的质量为基础原料总重量的0.3％～1％，更优选为0.4％～1％。

优选的，着色剂中，铁精粉与氧化钴的质量比在3：1至5.5：1之间。

所述的基础原料中，以质量百分比计，含有二氧化硅50％～60％，氧化铝5％～10％，氧化钙10％～18％，氧化钠+氧化钾5％～8％，氧化锌3％～7％，氧化硼1％～3％，氧化钡2％～5％，澄清剂1％～2％。

以铁尾矿总重量的百分比计，所述铁尾矿的成分及含量如下：二氧化硅：54％～60％，氧化铝：13％～18％，三氧化二铁：3％～6％，氧化钙：4％～8％，氧化钛：1％～3％，氧化镁：0.5％～3％，钾+钠：3％～6％，其他为杂质。

品味为56％～60％铁精粉是指每一吨铁精粉中含560-600公斤的铁。

所述的澄清剂，如硝酸钠+氧化锑、萤石、氟硅酸钠等，其中，硝酸钠与氧化锑的质量比为1:1至3:1。

本发明的原料中，铁尾矿全部取代了氧化铝，部分代替二氧化硅、石灰石、纯碱等原料；纯碱在熔融过程中提供氧化钠，氧化钠的作用是降低玻璃液的粘度，起到助熔的作用，但是过量会影响微晶玻璃的抗弯强度；碳酸钡在熔化过程中提供氧化钡，起到助熔的作用，对玻璃性能的影响小于氧化钠，起到调节基础玻璃成分的作用；适当的加入硼砂可以调节产品的光泽度，满足客户的不同要求；加入一定的澄清剂可以去除产品中的气泡；铁精粉、氧化钴起着色的作用，制备黑色铁尾矿微晶玻璃。

一种黑色铁尾矿微晶玻璃的制备方法，以铁精粉和氧化钴为着色剂制备黑色铁尾矿微晶玻璃，包括以下步骤：

(1)按照所述的基础原料和着色剂的比例配料，混合均匀；

(2)将原料加温到1450℃～1550℃，保温1～3小时，制得玻璃液；

(3)将上述澄清均化好的玻璃液倒入水中进行水淬；

(4)将水淬后的玻璃料进行高温加热，加热速率为5～10℃/min，升温到1050～1150℃进行晶化，晶化时间为30～60分钟；

(5)晶化以后随炉冷却，制得黑色铁尾矿微晶玻璃。

本发明的优点：

本发明提供的微晶玻璃及其制备方法，关键在于利用铁精粉和氧化钴混合着色，运用铁尾矿制备黑色微晶玻璃。本发明提供的黑色微晶玻璃的制备方法，与其他方法的不同之处是，本发明利用价格便宜的铁精粉加入一定的氧化钴混合作为着色剂，并且制备出的黑色微晶玻璃颜色稳定、纯正，理化性能好、成本低，在熔融过程中温度较低，有效地降低了能耗。

具体实施方式

本发明以铁精粉和氧化钴为着色剂制备黑色铁尾矿微晶玻璃，包括以下步骤：

(1)对铁尾矿的化学成分进行分析测试，根据分析的结果，按照以下重量配比计算基础原料配方中各原料的用量，二氧化硅50％～60％，氧化铝5％～10％，氧化钙10％～18％，氧化钠+氧化钾5％～8％，氧化锌3％～7％，氧化硼1％～3％，氧化钡2％～5％，澄清剂1％～2％，外加着色剂占基础原料总重量2％～5％的品味为56％～60％铁精粉和占基础原料总重量0.28～1％的氧化钴；

(2)将原料按基础配方称量混合均匀；

(3)将原料加温到1450℃～1550℃，保温1小时，制得玻璃液；

(4)将上述澄清均化好的玻璃液倒入水中进行水淬；

(5)将水淬后的玻璃料进行高温加热，加热速率为10℃/min，升温到1080℃进行晶化，晶化时间为30分钟；

(6)晶化以后随炉冷却，制得黑色铁尾矿微晶玻璃。

以下实施例利用山西垣曲铁尾矿制备黑色微晶玻璃。

对铁尾矿的化学成分进行分析，以铁尾矿总重量的百分比计，铁尾矿的成分及含量如下：二氧化硅：55.21％，氧化铝：14.72％，三氧化二铁：4.21％，氧化钙：6.51％，氧化钛：1.57％，氧化镁：1.5％，钾+钠：4.68％，其他为杂质。

实施例1：

采用铁尾矿制备黑色微晶玻璃，包括如下步骤：

(1)根据铁尾矿化学成分的分析结果，按照以下重量配比计算基础配方原料的用量，石英砂20％，铁尾矿42％，是石灰石20％，纯碱8％，氧化锌2％，碳酸钡5％，硼砂1％，澄清剂(硝酸钠/氧化锑＝2/1)2％；外加占上述基础原料总重量3％的着色剂铁精粉(品味为58％)和占上述基础原料总重量0.6％的氧化钴。

(2)将称好的原料混合均匀；

(3)将原料升温到1500℃，保温1小时，制成玻璃液；

(4)将澄清均化好的玻璃液进行水淬处理；

(5)将水淬后的玻璃料放在高温炉中进行晶化，加热速率为5～10℃/min，晶化温度为1080℃，晶化时间30分钟。

(6)晶化后试样随炉冷却，制得黑色铁尾矿微晶玻璃。该实施例成功制备出黑色铁尾矿微晶玻璃。

实施例2-3

按照表1中实施例2、3的配方原料比进行配料，按照实施例1的方法制备黑色铁尾矿微晶玻璃。

实施例2制备出微晶玻璃的颜色为棕黑色，实施例3制备微晶玻璃颜色为蓝黑色。

对比例1-2

按照表1中对比例1、2的配方原料比进行配料，按照实施例1的方法制备铁尾矿微晶玻璃。

对比例1制备微晶玻璃的颜色为豆绿色，对比例2制备微晶玻璃颜色为棕灰色。

对比例2与本发明虽然基础原料配方成分一致，但是两者之间所加着色剂的成分比例不一样，当所加着色剂氧化钴和铁精粉比例不一样时，会出现各种不同的颜色。当加入一定的铁精粉时，随着着色剂氧化钴量的增加，颜色由豆绿、深绿、灰绿、棕灰色、黑色变化。只有当加入的着色剂量的大小以及着色剂中不同成分比例合适时才能制备出黑色微晶玻璃。

表1：本发明实施例的配方原料比(重量百分比)

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

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