一种含镧铈稀土微晶材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710252264.X | 申请日 | 2017-04-18 | 公开(公告)号 | CN107010839A | 公开(公告)日 | 2017-08-04 |
| 申请人 | 宋小明; | 发明人 | 宋小明; 胡静; 王琳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种含镧铈稀土微晶材料及其制备方法，通过选取选取 粉 煤 灰 、 高炉 渣、稀选 尾矿 、 石英 砂、石灰石、 长石 以及CaF2、RE(LaxCe1‑x)O、Na2O中的若干种材料作为制备材料，测定选取材料的成分比例，根据含镧铈稀土微晶材料的组份计算所选取材料中若干种材料的加入比例；通过混料、熔炼、浇铸、 退火 以及晶化工艺制得化学成份按重量比为：SiO235~65%、CaO7~26%、MgO1~5%、Al2O3 8~17%、FeO≤13%、Na2O+K2O0.5~6%、CaF22~10%、RE(LaxCe1‑x)O 1~5%、杂质≤2%的含镧铈稀土微晶材料，该材料具有极高的莫氏硬度、良好的机械性能和耐酸 碱 性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种含镧铈稀土微晶材料，其特征在于，化学成份按重量比为：SiO2 35~65%、CaO 7~ |
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| 说明书全文 | 一种含镧铈稀土微晶材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于资源综合利用和工业固废的综合利用技术领域，具体是一种含镧铈稀土微晶材料及其制备方法。 背景技术[0002] 高丰度稀土镧铈伴随其他稀土元素一起开采和分离出来，在所有稀土元素中占70%以上，但实际的需求量却很低，造成资源浪费；粉煤灰是火力发电厂的主要废弃物、高炉渣是炼铁厂的主要废弃物，堆放处理不仅占用大量土地，还对周边土壤和水资源造成严重污染。近年来，国内外对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶材料的研究日益增多，粉煤灰、高炉渣和石英砂是其很好的主要原材料，但其耐磨性能和机械性能没有得到很好的发挥。 发明内容[0003] 本发明针对现有技术不足，提供一种含镧铈稀土微晶材料及其制备方法，本发明通过加入高丰度稀土镧铈氧化物进行改性；利用烧结法制备的含镧铈稀土微晶材料，具有极高的莫氏硬度、良好的机械性能和耐酸碱性能，在耐磨和耐酸碱等应用领域表现优异。 [0004] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种含镧铈稀土微晶材料，化学成份按重量比为：SiO2 35~65%、CaO7~26%、MgO1~5%、Al2O3 8~17%、FeO≤13%、Na2O+K2O 0.5 6%、CaF22 10%、RE(LaxCe1-x)O 1 5%、杂质≤2%。该种含镧铈稀土微晶材料莫~ ~ ~氏硬度7 9级、压缩强度1300 1500Mpa、弯曲强度110 195MPa、密度2.8 3.3g/cm3、耐酸性≤~ ~ ~ ~ 0.07、耐碱性≤0.03，性能优异，在微晶材料的同类产品中同时具有较高的耐磨、耐腐蚀和较高的机械性能。 [0005] 一种含镧铈稀土微晶材料的制备方法，包括以下步骤：1、选取粉煤灰、高炉渣、稀选尾矿、石英砂、石灰石、长石以及CaF2、RE(LaxCe1-x)O、Na2O中的若干种材料作为制备材料，测定选取材料的成分比例，根据含镧铈稀土微晶材料的组份计算所选取材料中若干种材料的加入比例；2、将步骤1中选取的材料磨制成粉并过200目筛，混合均匀后放入坩埚，于13001550℃在电炉中熔化完全后澄清20 30min，将熔融液浇铸在预热温度为850 950℃的已预~ ~ ~ 热的模具中；3、将浇铸好的含镧铈稀土微晶材料立即放入680 730℃炉内退火，保温时间为~ 60 120min，再以10℃ /min升温到800 850℃保温120min，然后以5℃ /min 升温到880 970~ ~ ~ ℃晶化，保温时间为240 480min，最后以2℃ /min的速率降温到500℃以下，自然冷却到常~ 温。该种含镧铈稀土微晶材料的制备方法采用高丰度稀土镧铈氧化物和电厂废弃物粉煤灰、炼铁厂废弃物高炉渣来制备含镧铈稀土微晶材料，可开发出高端工业用高耐磨、耐腐蚀或即耐磨又要耐腐蚀的管材、板材和异形件。提高了高丰度稀土镧铈的综合利用率和粉煤灰的利用价值，具有高技术含量和高附加值。在微晶材料的制备中加入少量高丰度稀土镧铈氧化物，稀土元素进入玻璃体替代硅离子，由于价态不同打断了玻璃体中的(-Si≡Si-)键，使玻璃体粘度降低，促进晶化过程中晶核的形成和晶体的生长，使晶粒更加细小、均匀和体检占比，显著提高材料硬度、改善断裂韧性；通过选用不同的生产工艺，可生产工业用高耐磨耐腐蚀板材、管材和异形件；达到高丰度稀土综合利用的目的和火力发电废弃物粉煤灰综合利用的目的；使微晶材料的微晶更加细小、分别更加均匀、体积占比更大，莫氏硬度和机械性能显著提高，且大大减少了形核剂的加入量。 [0006] 上述技术方案中，优选的，选取材料按重量比为：粉煤灰22%、石英砂31%、石灰石13.8%、长石14%、高炉渣12%、CaF24%、RE(LaxCe1-x)O 1.2%、Na2O 2%。 [0007] 上述技术方案中，优选的，选取材料按重量比为：粉煤灰40%、石英砂26%、石灰石15%、长石10%、CaF2 6%、RE(LaxCe1-x)O 2%、Na2O 1%。 [0008] 上述技术方案中，优选的，选取材料按重量比为：稀选尾矿32%、粉煤灰7%、高炉渣5%、石英砂32%、石灰石11%、长石9%、CaF23%、RE(LaxCe1-x)O 1%。 [0009] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：该种含镧铈稀土微晶材料的制备方法采用高丰度稀土镧铈氧化物和电厂废弃物粉煤灰、炼铁厂废弃物高炉渣来制备含镧铈稀土微晶材料，可开发出高端工业用高耐磨、耐腐蚀或即耐磨又要耐腐蚀的管材、板材和异形件。提高了高丰度稀土镧铈的综合利用率和粉煤灰的利用价值，具有高技术含量和高附加值。在微晶材料的制备中加入少量高丰度稀土镧铈氧化物，稀土元素进入玻璃体替代硅离子，由于价态不同打断了玻璃体中的(-Si≡Si-)键，使玻璃体粘度降低，促进晶化过程中晶核的形成和晶体的生长，使晶粒更加细小、均匀和体检占比，显著提高材料硬度、改善断裂韧性；通过选用不同的生产工艺，可生产工业用高耐磨耐腐蚀板材、管材和异形件；达到高丰度稀土综合利用的目的和火力发电废弃物粉煤灰综合利用的目的；使微晶材料的微晶更加细小、分别更加均匀、体积占比更大，莫氏硬度和机械性能显著提高，且大大减少了形核剂的加入量，制得的含镧铈稀土微晶材料莫氏硬度7 9级、压缩强度1300 1500Mpa、弯曲强~ ~度110 195MPa、密度2.8 3.3g/cm3、耐酸性≤0.07、耐碱性≤0.03，性能优异，在微晶材料的~ ~ 同类产品中同时具有较高的耐磨、耐腐蚀和较高的机械性能。 具体实施方式[0010] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：实施例1，一种含镧铈稀土微晶材料的制备方法，包括以下步骤：1、按重量比选取粉煤灰22%、石英砂31%、石灰石13.8%、长石14%、高炉渣12%、CaF24%、RE(LaxCe1-x)O 1.2%、Na2O 2%作为制备材料， 2、将步骤1中选取的材料放入球磨机中磨120min并过200目筛，混合均匀后放入坩埚，于1450-1470℃在电炉中熔化完全后澄清30min，将熔融液浇铸在预热温度为890-910℃的已预热的模具中；3、将浇铸好的含镧铈稀土微晶材料立即放入690-710℃炉内退火，保温时间为120min，再以10℃ /min升温到825-835℃保温120min，然后以5℃ /min 升温到895-905℃晶化，保温时间为360min，最后以2℃ /min的速率降温到500℃以下，自然冷却到常温。通过上述技术工艺过程制备的含镧铈稀土微晶材料的化学成分为：SiO255%、Al2O312.5%、CaO18.2%、MgO1.8%、FeO2.9%、Na2O+K2O4.9%、RE(LaxCe1-x)O 1.2%、CaF23.6%。性能指标为：密度2.9g/cm3、莫氏硬度7级、压缩强度1391Mpa、弯曲强度180MPa、耐酸性0.06、耐碱性0.03。 [0011] 实施例2，一种含镧铈稀土微晶材料的制备方法，包括以下步骤：1、按重量比选取粉煤灰40%、石英砂26%、石灰石15%、长石10%、CaF2 6%、RE(LaxCe1-x)O 2%、Na2O 1%作为制备材料， 2、将步骤1中选取的材料放入球磨机中磨120min并过200目筛，混合均匀后放入坩埚，于1300 1310℃在电炉中熔化完全后澄清20min，将熔融液浇铸在预热温度为850 860℃~ ~的已预热的模具中；3、将浇铸好的含镧铈稀土微晶材料立即放入680 690℃炉内退火，保温~ 时间为60min，再以10℃ /min升温到800 810℃保温120min，然后以5℃ /min 升温到880~ ~ 890℃晶化，保温时间为240min，最后以2℃ /min的速率降温到500℃以下，自然冷却到常温。通过上述技术工艺过程制备的含镧铈稀土微晶材料的化学成分为：SiO2 52.6%、Al2O315.4%、CaO15.5%、MgO1.3%、FeO4.7%、Na2O+ K2O 3.2%、RE(LaxCe1-x)O 2.0%、CaF25.4%。 性能指标为：密度3.05g/cm3、莫氏硬度8级、压缩强度1458Mpa、弯曲强度182MPa、耐酸性 0.06、耐碱性0.05。 [0012] 实施例3，一种含镧铈稀土微晶材料的制备方法，包括以下步骤：1、按重量比选取稀选尾矿32%、粉煤灰7%、高炉渣5%、石英砂32%、石灰石11%、长石9%、CaF2 3%、RE(LaxCe1-x)O1%作为制备材料，2、将步骤1中选取的材料放入球磨机中磨120min并过200目筛，混合均匀后放入坩埚，于1540 1550℃在电炉中熔化完全后澄清30min，将熔融液浇铸在预热温度为~940 950℃的已预热的模具中；3、将浇铸好的含镧铈稀土微晶材料立即放入720 730℃炉内~ ~ 退火，保温时间为120min，再以10℃ /min升温到840 850℃保温120min，然后以5℃ /min ~ 升温到960 970℃晶化，保温时间为480min，最后以2℃ /min的速率降温到500℃以下，自然~ 冷却到常温。通过上述技术工艺过程制备的含镧铈稀土微晶材料的化学成分为： SiO246.9%、Al2O3 7.6%、CaO18.5%、MgO2.4%、FeO7.7%、Na2O+ K2O 4.8%、RE(LaxCe1-x)O 2.2%、CaF29.7%。性能指标为：密度3.28g/cm3、莫氏硬度9级、压缩强度1380Mpa、弯曲强度185MPa、耐酸性0.07、耐碱性0.02。 |
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