萤石尾矿和高炉渣制备微晶玻璃工艺优化及放射性研究.pdfVIP

摘要

白云鄂博矿是我国宝贵的矿产资源，在对白云鄂博矿进行生产利用过程中，产

生了大量的固体废弃物。白云鄂博萤石尾矿和包钢高炉渣中含有大量的CaO、

SiO、MgO、AlO，含有大量制备微晶玻璃的有效成分，是制备微晶玻璃的理想原

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料。微晶玻璃是一种既含晶相又含玻璃相的新型材料，具有优良的理化性能，在建

筑、机械工程、电力、化工等领域都得到了广泛应用。因此，利用白云鄂博萤石尾

矿和包钢高炉渣为主要原料制备出具有高附加值的微晶玻璃产品，对于固废的规模

化消纳以及生态保护具有重要意义。本文以白云鄂博萤石尾矿和包钢高炉渣为主要

原料，通过石英砂调质，配加硼砂作助熔剂，不进行压力制样，采用烧结法制备微

晶玻璃产品。相对于传统压力制样烧结法制备微晶玻璃存在的耗时过长、工序繁杂

等缺点，本研究具有低能耗、生产过程易于控制，便于实现机械化和自动化的优

点，为实现白云鄂博矿选冶固废的资源化、高值化利用开辟了一条新途径。

采用熔点熔速测试仪、黏度测定仪、差热分析（DTA）、X射线衍射

（XRD）、扫描电镜（SEM）、多道γ能谱仪等分析检测手段，首先确定了合理的

基础玻璃组分，当原料萤石尾矿、高炉渣、石英砂质量配比分别为35.1%、35.1%、

29.8%时，微晶玻璃斜辉石和透辉石析出最多，在此基础上探究了硼砂配入量对玻璃

熔化及晶化行为的影响。研究表明，随着硼砂配入量的增加，原料熔化温度逐渐降

低，晶化温度呈逐渐降低的趋势，烧结终止温度先降低后升高，硼砂配入量为5%

时，1100℃微晶玻璃产品表面光滑平整，外观良好，斜辉石和透辉石含量最多，晶

化度最高，达到95.22%，确定适宜的硼砂配入量（内配）为5%，原料萤石尾矿、

高炉渣、石英砂、硼砂质量配比分别为33.45%、33.45%、28.10%、5.00%。

通过正交试验对微晶玻璃烧结工艺参数进行优化，原料萤石尾矿、高炉渣、石

英砂、硼砂质量配比分别为33.45%、33.45%、28.10%、5.00%的基础玻璃组分，制

备微晶玻璃的最佳工艺参数：基础玻璃粒度为0.075~0.10mm，烧结温度1070℃，保

温时间30min，升温速率15℃/min，主晶相为斜辉石和透辉石，抗折强度达到了

76.85MPa，晶粒尺寸1~3μm，大小均匀，排列规则，莫氏硬度为6~7，密度

3

2.68g/cm，耐酸性为3.09%，耐碱性为0.039%，吸水率为0.035%，耐酸性优于大理

石，略低于花岗岩，耐碱性和吸水率均优于大理石和花岗岩，完全可作为传统建筑

装饰材料的替代品。在一定热处理工艺条件下研究了萤石尾矿和高炉渣质量配比对

制备微晶玻璃理化性能、矿物组成及显微结构的影响，随着萤石尾矿配比的增加，

微晶玻璃试样颜色逐渐加深，当原料萤石尾矿、高炉渣、石英砂、硼砂质量配比分

别为1）12.03%、48.13%、34.84%、5.00%，2）18.65%、43.53%、32.82%、

5.00%，3）33.45%、33.45%、28.10%、5.00%，4）41.49%、27.66%、25.85%、

5.00%，5）50.28%、21.55%、23.18%、5.00%时，微晶玻璃抗折强度

3

60.11~76.85MPa，莫氏硬度为6~7，密度2.61~2.68g/cm，耐酸性为0.22~4.23%，耐

碱性为0.039~0.19%，吸水率为0.032~0.18%，可作为传统建筑装饰材料的替代品。

微晶玻璃产品放射性与高温烧结过程中物相变化和微晶玻璃产品形状关系不

大，而影响目标产品放射性的决定性因素是原料配比，故通过将原料中白云鄂博萤

石尾矿和包钢高炉渣的配比限制在一定范围，完全可以制备出符合国家标准GB

6566-2010《建筑材料放射性核素限量》的微晶玻璃产品。当原料萤石尾矿、高炉

渣、石英砂、硼砂质量配比分别为12.03%、48.13%、34.84%、5.00%时，制备的微

晶玻璃产品符合B类建筑装饰材料标准，当原料萤石尾矿、高炉渣、石英砂、硼砂

质量配比分别为1）18.65%、43.53%、32.82%、5.00