專利名稱：一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，屬于資源綜合利用和材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱態(tài)鋼渣具有較高的溫度(約1500°C)、較多的熱能(1758kJ/kg)和大量的鐵(10-30 wt%)0傳統(tǒng)的處理工藝是利用冷卻介質(zhì)與熱態(tài)鋼渣作用使其淬碎，冷卻后得到渣粒。得到冷態(tài)鋼渣的過程會耗散熱態(tài)鋼渣中的顯熱，消耗水等物質(zhì)，造成環(huán)境污染。冷態(tài)鋼渣的利用通常是先回收其中的鐵等金屬，然后用于農(nóng)業(yè)肥料、膠凝材料、路基材料、建筑材料及微晶玻璃原材料等方面。 微晶玻璃是晶體相和玻璃相均勻分布的新型復(fù)合材料。它是通過對加有晶核劑或不加晶核劑的特定組成的玻璃母體進行有控晶化熱處理后使玻璃相中析出大量微晶相而制得的。微晶玻璃的性能是由微晶相的種類、晶粒的大小、玻璃相的組成以及它們的相對數(shù)量決定的。通過調(diào)整基礎(chǔ)玻璃成分和生產(chǎn)工藝制度就可以制造出各種預(yù)定性能要求的微晶玻璃。鐵磁性微晶玻璃的特點是其結(jié)晶相中含有相當數(shù)量的Fe3O4,使玻璃具有磁性。其飽和磁化強度(M s)和矯頑力(H c)隨著熱處理溫度的提高先增大而后減小。在外界交變磁場的作用下，F(xiàn)e3O4產(chǎn)生磁滯損耗而將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，可作為熱種子材料，用于治療腫瘤細胞的溫?zé)岑煼?。采用工業(yè)礦渣為原料制備微晶玻璃的專利有很多，如專利號為01144185. 2、專利名稱為“利用電廠液態(tài)渣制備微晶玻璃的工藝方法”的專利中，采用的是燒結(jié)工藝，液態(tài)渣需要水淬后制粉。申請?zhí)枮?1102237. 6、申請名稱為“工業(yè)熔融爐渣直接制造礦渣微晶玻璃”，和專利號為200810018384. 4、專利名稱為“一種利用火電廠液體排渣爐制備燒結(jié)型微晶玻璃的方法”的專利，以熱態(tài)渣為原料直接制備出了微晶玻璃。還有申請?zhí)枮?01010275956. 4、申請名稱為“一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法”等專利。但是這些專利中要么所采用熱態(tài)渣含鐵量較小，要么是先將鐵回收，再制備微晶玻璃熔塊。均沒有直接利用熱態(tài)渣中大量的不同價態(tài)的鐵來直接制備鐵磁性微晶玻璃。采用熱態(tài)渣制備微晶玻璃的技術(shù)還沒有見諸報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，它利用熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃高附加值產(chǎn)品，既可充分利用其所含的熱量和不同價態(tài)的鐵，又可避免不必要的物質(zhì)消耗和廢物產(chǎn)生，具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其所述方法包括鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃和熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟。具體地，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為
(1)首先對熱態(tài)鋼渣的化學(xué)成分和所用的各輔料組分進行成分分析，根據(jù)玻璃熔體的化學(xué)組成，確定鋼渣的重量份摻入量為2-5份，輔料或碎玻璃的重量份用量為5-8份；
玻璃熔體中化學(xué)成分的重量份配比如下
55-75份的SiO2,10-15份的Al2O3,15-30份的鐵氧化物、其中Fe2+和Fe3+的比值為I 2，10-20 份的 CaO，5-10% 的 MgO，2-8% 的 Na2CHK2O ；
(2)將輔料混勻、制粉、在熔渣池內(nèi)加熱熔融成液態(tài)；
(3)將含有多價態(tài)鐵的熱態(tài)鋼渣加入到熔融成液態(tài)的輔料中與之混合，均化，得到玻璃熔體；
(4)將玻璃熔體澆鑄到預(yù)熱的金屬模具中成型，脫模、退火后制得基礎(chǔ)玻璃。或者，優(yōu)選的，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為
將碎玻璃在1400-1450°C溫度下加熱2-4小時，將其熔融成碎玻璃熔體；
按碎玻璃與熱態(tài)鋼渣的質(zhì)量比為I: (I. 5-3)的比例稱取熱態(tài)鋼渣倒入碎玻璃熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。或者，另一優(yōu)選方案中，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為
取81. 23g的輔料制粉且混合均勻，在1400-1450°C溫度下加熱2_4小時，將其熔融成輔料熔體；
輔料的配比為Si02 49 . 59g, CaO 8. 67g, Al2O3 15. 7g, MgO 4. 95g, Na2O 2. 32g ；
取18. 68g的熱態(tài)鋼渣將其倒入輔料熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為
(1)對基礎(chǔ)玻璃進行差熱分析，根據(jù)差熱曲線上吸熱峰和放熱峰對應(yīng)的溫度，確定熱處理所需的核化溫度和晶化溫度；
(2)在保護氣氛或還原氣氛下對基礎(chǔ)玻璃進行核化與晶化熱處理，得到含有大量磁鐵礦的微晶玻璃。優(yōu)選的，熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為
對基礎(chǔ)玻璃進行核化、晶化熱處理，當晶化溫度達到950-1050°C以上保溫后冷卻，得到以透灰石和鐵氧體為主晶相的磁性微晶玻璃。本發(fā)明不僅充分利用了熱態(tài)鋼渣中所含的物質(zhì)和熱能，而且得到了具有特殊性能的鐵磁性微晶玻璃，拓展了產(chǎn)品的種類和使用范圍，與普通的微晶玻璃先比，具有更高的附加值。本發(fā)明提出的熱態(tài)鋼渣與輔料的液-液混熔工藝具有操作簡便、熔制過程快，均化效果好，設(shè)備腐蝕小等優(yōu)點。易與現(xiàn)有鋼鐵生產(chǎn)工藝對接。本發(fā)明提出了一條熱態(tài)鋼渣中鐵的全新利用方式，省去了熱態(tài)除鐵的繁雜工藝和能量消耗，組分調(diào)整一次完成，縮短了工藝流程。通過適當?shù)娜壑乒に嚭蜔崽幚砉に?，鋼渣中的Fe2+和Fe3+大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕РＡе械拇盆F礦相，使熱態(tài)鋼渣中的鐵得到了充分利用。
本發(fā)明與其它利用熔渣制備微晶玻璃專利的不同在于
(1)本發(fā)明利用的是熱態(tài)鋼渣及其中多價態(tài)的鐵；
(2)本發(fā)明采用的是“基礎(chǔ)玻璃熔制”與“晶化熱處理”兩段法工藝，制備的基礎(chǔ)玻璃中同時有Fe2+和Fe3+的存在。(3)本發(fā)明制備的是鐵磁性微晶玻璃，具有特殊功能和用途。(4)本發(fā)明采用的液-液混熔工藝能有效保證Fe2+在玻璃熔體中的存在，而且熔制時間短，均化速度快，攪拌強度輕，設(shè)備腐蝕小。因而，本發(fā)明利用熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃高附加值產(chǎn)品，既可充分利用其所含的熱量和不同價態(tài)的鐵，又可避免不必要的物質(zhì)消耗和廢物產(chǎn)生，具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
具體實施例方式實施例1-3
以碎玻璃為原料，將碎玻璃在1400-1450°C溫度下加熱2-4小時，將其熔融成碎玻璃熔體；在惰性或還原氣氛下與熱態(tài)鋼渣進行混合與均化。均勻熔體經(jīng)澆鑄成型、550 °C退火2小時后得到基礎(chǔ)玻璃?；A(chǔ)玻璃再經(jīng)過950-1050 °C晶化熱處理后可得到磁性較強的微晶玻璃。碎玻璃與熱態(tài)鋼渣的質(zhì)量比分別為1:1.5，1:2.5，1:3。原料和產(chǎn)品的化學(xué)組分分別見表-I，表-2和表-3。表-I輔料和產(chǎn)品的化學(xué)組成(鋼渣與廢玻璃的質(zhì)量比為I: I. 5)
組分 jSiO；； IAlaO, |FeT |CaO IMgO IKaO |Na,0 ~
鋼渣 -11·37 7&Τ~ 30.75 38.25 10.56~
廢玻璃—71.02O. 27 8. 64 4. 25 O. 3 13. 51~
微晶玻璃 |47. 16|l.63 |l2. 46 |20. 48+6. 77 |θ. 18 |8. 11 ~
表-2輔料和產(chǎn)品的化學(xué)組成(鋼渣與廢玻璃的質(zhì)量比為1:25)
組分 jsio；； IAlaO, |FeT |CaO IMgO IKaO |Na,0 ~
鋼渣 -11·37 YW~ 30.75 38.25 10.56~
廢玻璃—71.02O. 27 8. 64 4. 25 O. 3 13. 51~
微晶玻璃 |53·98| ·43 |8. 98 |l7. I \&. 05 |θ. 21 \9. 65 ~
表-3輔料和產(chǎn)品的化學(xué)組成(鋼渣與廢玻璃的質(zhì)量比為1:3)
組分 jsio；； Iai3O, Itf. Icao |Mgo |κ3ο |Na,o ~
鋼渣 -11·37 YW~ 30.75 38.25 10.56~
廢玻璃—71.02O. 27 8. 64 4. 25 O. 3 13. 51~
微晶玻璃丨56.11丨1.37 {1. 89 | 6· 04 丨5· 83 |θ. 23 |l0. 13~
實施例4
取81. 23g的輔料制粉且混合均勻，在1400-1450°C溫度下加熱2_4小時，將其熔融成輔料熔體；
輔料的配比為Si02 49 . 59g, CaO 8. 67g, Al2O3 15. 7g, MgO 4. 95g, Na2O 2. 32g ；
取18. 68g的熱態(tài)鋼渣將其倒入輔料熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃?；A(chǔ)玻璃再經(jīng)過950-1050 °C晶化熱處理后可得到磁性較強的微晶玻璃。最后應(yīng)說明的是顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃和熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟。
2.如權(quán)利要求I所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為 (1)首先對熱態(tài)鋼渣的化學(xué)成分和所用的各輔料組分進行成分分析，根據(jù)玻璃熔體的化學(xué)組成，確定鋼渣的重量份摻入量為2-5份，輔料或碎玻璃的重量份用量為5-8份； 玻璃熔體中化學(xué)成分的重量份配比如下 55-75份的SiO2,10-15份的Al2O3,15-30份的鐵氧化物、其中Fe2+和Fe3+的比值為I 2，10-20 份的 CaO，5-10% 的 MgO，2-8% 的 Na2CHK2O ； (2)將輔料混勻、制粉、在熔渣池內(nèi)加熱熔融成液態(tài)； (3)將含有多價態(tài)鐵的熱態(tài)鋼渣加入到熔融成液態(tài)的輔料中與之混合，均化，得到玻璃熔體； (4)將玻璃熔體澆鑄到預(yù)熱的金屬模具中成型，脫模、退火后制得基礎(chǔ)玻璃。
3.如權(quán)利要求2所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為 將碎玻璃在1400-1450°C溫度下加熱2-4小時，將其熔融成碎玻璃熔體； 按碎玻璃與熱態(tài)鋼渣的質(zhì)量比為I: (I. 5-3)的比例稱取熱態(tài)鋼渣倒入碎玻璃熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。
4.如權(quán)利要求2所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃步驟為 取81. 23g的輔料制粉且混合均勻，在1400-1450°C溫度下加熱2_4小時，將其熔融成輔料熔體；輔料的配比為Si02 49 . 59g, CaO 8. 67g, Al2O3 15. 7g, MgO 4. 95g, Na2O 2. 32g ； 取18. 68g的熱態(tài)鋼渣將其倒入輔料熔體中并與其混合均勻后，澆鑄到預(yù)熱的模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃。
5.如權(quán)利要求2-4之任一所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為 (1)對基礎(chǔ)玻璃進行差熱分析，根據(jù)差熱曲線上吸熱峰和放熱峰對應(yīng)的溫度，確定熱處理所需的核化溫度和晶化溫度； (2)在保護氣氛或還原氣氛下對基礎(chǔ)玻璃進行核化與晶化熱處理，得到含有大量磁鐵礦的微晶玻璃。
6.如權(quán)利要求5所述的熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟為 對基礎(chǔ)玻璃進行核化、晶化熱處理，當晶化溫度達到950-1050°C保溫后冷卻，得到以透灰石和鐵氧體為主晶相的磁性微晶玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱態(tài)鋼渣直接制備鐵磁性微晶玻璃的方法，包括鋼渣熔制基礎(chǔ)玻璃和熱處理制備鐵磁性微晶玻璃步驟。首先將輔料組分制粉混合均勻，在1400-1450℃溫度下加熱2-4小時，熔融成液體，將熱態(tài)鋼渣倒入輔料熔體中并混合均勻，澆鑄到模具內(nèi)成型，退火，冷卻至室溫，制成基礎(chǔ)玻璃毛坯。對玻璃毛坯進行核化、晶化熱處理，當晶化溫度達到950℃以上保溫后冷卻，得到以透灰石和鐵氧體為主晶相的磁性微晶玻璃。利用本發(fā)明提出的鐵磁性微晶玻璃制備方法，既充分利用了熱態(tài)鋼渣所含的大量顯熱，避免了環(huán)境污染，又使渣中的鐵得到有效利用。所制備的微晶玻璃具有良好的磁熱性和生物活性，產(chǎn)品附加值高。
文檔編號C03C10/02GK102826759SQ20121035903
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者張凱, 武文斐, 李保衛(wèi) 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)