一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特点是以黄金尾矿、钼尾矿等固体废弃物为主要原料，利用钼尾矿与黄金尾矿中的硅元素与铝元素含量高的优势，通过改变SiO2/Al2O3质量比，制备出以假蓝宝石和顽辉石为主晶相的玻璃陶瓷，该方法既能够降低制备玻璃陶瓷的原料成本，又能够解决金属尾矿对环境的污染，为利用成分较为单一的固废制备绝缘玻璃陶瓷材料提供了新思路。本发明专利技术制备的假蓝宝石和顽辉石相绝缘玻璃陶瓷电绝缘性优良、介电损耗小、介电常数稳定、机械强度高、耐高温、耐酸碱性好。可为所有硅酸盐质固体废弃物在以绝缘材料为代表的功能材料领域中的应用提供借鉴。具有较高的社会经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法
本专利技术涉及一种绝缘材料，尤其是涉及一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法。
技术介绍
绝缘玻璃陶瓷作为众多绝缘材料中的一种，一方面继承了普通氧化物玻璃陶瓷对基础玻璃组分要求广泛，硬度高、耐磨性高、化学稳定性好等特点，同时具备耐热性好，热膨胀系数可调、机械强度高、绝缘性能好、介电性能优异等特点，可广泛运用在电力行业。另一方面，基础玻璃组分与晶相的多样化也为绝缘玻璃陶瓷的改性及性能开发奠定了坚实的基础。玻璃陶瓷作为一种由晶相与玻璃相组成的多晶固体材料，既具备普通玻璃的基本性能，又具有陶瓷材料的多晶特点，其性能普遍优于同种类的玻璃及陶瓷。例如MgO-Al2O3-SiO2(MAS)系玻璃陶瓷可通过调整基础玻璃组分，制备出含有假蓝宝石、顽辉石、堇青石等晶相的微晶玻璃，不仅具有良好的机械性能，更为重要的是，MAS系玻璃陶瓷含有碱金属离子甚少，使其具备优异的电学性能(如低介电损耗、高绝缘电阻率)，是制备绝缘子的良好材料。但是目前MAS系玻璃陶瓷的研究主要集中在堇青石介电材料上，作为绝缘材料鲜有报道。金属尾矿会对人类生活及生态环境产生巨大危害，而利用尾矿制备玻璃陶瓷是一种切实有效的途径，既能够降低制备玻璃陶瓷的原料成本，又能够解决环境问题。已有研究者利用钢渣与金属尾矿为主要原料成功制备出主晶相为辉石相的玻璃陶瓷，其具有良好的机械性能及化学稳定性。钼尾矿与黄金尾矿中的硅元素与铝元素含量高，为制备MAS系绝缘玻璃陶瓷材料提供了主体成分。另外，不利于绝缘性能的碱金属元素(K、Na)、碱土金属元素(Ca)及Fe元素含量较低，为利用尾矿制备绝缘玻璃陶瓷材料提供了基础条件，也为利用成分较为单一的固废制备绝缘玻璃陶瓷材料提供了新思路。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，该方法以金属尾矿为主要原料，将熔融、成型、退火、核化、晶化过程有机结合在一起，制出了成本低、性能好的MAS系玻璃陶瓷绝缘材料。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，包括以下重量份计的原料：金属尾矿30～60份、石英砂2～14份、氧化铝13～25份、氧化镁8～16份、硼砂0～10份、纯碱0～3份；外加上述原料总重量3～14％的二氧化钛。所述的金属尾矿选自黄金尾矿、钼尾矿中的一种。石英砂为高纯石英砂。基础玻璃陶瓷配方包括：SiO239～51％、Al2O324～36％、MgO10～14％、B2O30～4％、Na2O0～3％、TiO23～14％。基础玻璃陶瓷成分中SiO2/Al2O3＝1.02～2.8。当SiO2/Al2O3＜2.0时，玻璃陶瓷绝缘材料的主晶相为：假蓝宝石相。当SiO2/Al2O3＞2.0时，玻璃陶瓷绝缘材料的主晶相为：顽辉石相。一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按原料配方进行称量，混匀；(2)将混合均匀的原料加入池窑或电炉中，加热熔融至澄清，制得玻璃液；(3)将玻璃液浇铸到预热好的模具中成型，然后脱模；(4)进行退火、核化和晶化处理；(5)冷却至室温，即得。步骤(2)的具体方法为将混合均匀的原料加入池窑或电炉中，加热至1400-1500℃，保温2-4h，制得玻璃液。步骤(3)中预热的温度为500-600℃。步骤(4)中退火为在500-600℃下保温2-3h；核化为在750-820℃下保温1-3h；晶化为在850-1050℃保温1-3h。本专利技术有益效果：1、本专利技术利用钼尾矿与黄金尾矿中的硅元素与铝元素含量高的优势，以金属尾矿为主要原料制备MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，既能够降低制备绝缘玻璃陶瓷的原料成本，又能够解决金属尾矿对环境的污染，为利用成分较为单一的固废制备绝缘玻璃陶瓷材料提供了新思路。2、本专利技术的方法制得的产品耐高温、介电损耗小，介电常数稳定，电绝缘性优良，抗腐蚀、耐酸碱、机械强度高。3、本专利技术中钼尾矿与黄金尾矿的加入降低了熔体粘度，有利于实现复杂异形工件的浇注成型，可实现假蓝宝石与顽辉石为主晶相的玻璃陶瓷绝缘器件的熔融、成型、退火、核化、晶化过程一体化生产。附图说明以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1为本专利技术实施例1制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料XRD图。图2为本专利技术实施例1制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料SEM图。图3为本专利技术实施例2制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料XRD图。图4为本专利技术实施例2制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料SEM图。图1、3显示实施例1和2的玻璃陶瓷绝缘材料主晶相为假蓝宝石相，有少量的镁铁钛矿相析出。图2、4显示假蓝宝石相玻璃陶瓷绝缘材料的晶体形貌以棒状晶为主，并有一定含量的块状晶析出，晶体尺寸约在250nm～600nm之间。随着SiO2/Al2O3质量比的增加，短棒状晶逐渐发育成长棒状晶，而块状晶的晶粒尺寸最终达到600nm左右，呈六边形杂乱排布。图5为本专利技术实施例3制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料XRD图。图6为本专利技术实施例3制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料SEM图。图7为本专利技术实施例4制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料XRD图。图8为本专利技术实施例5制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料SEM图。图5、7显示实施例3和4的玻璃陶瓷绝缘材料的主晶相为顽辉石相，有少量的磁铁矿相析出。图6、8显示，随着SiO2/Al2O3质量比的增大，顽辉石晶体形貌由粒状晶逐渐转变为枝状晶，晶粒尺寸约为0.3μm，晶粒与晶粒之间呈现交错互锁的方式排列，晶粒之间的间隙小。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。本专利技术原料黄金尾矿和钼尾矿的主要化学成分见表1。表1本专利技术中原料黄金尾矿和钼尾矿的主要化学成分(wt.％)实施例1表2内蒙古黄金尾矿的化学成分(wt.％)一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，包括以下重量份计的原料：内蒙古黄金尾矿49.7份、石英砂5.2份、氧化铝22.7份、氧化镁8.6份、硼砂7.1份、二氧化钛6.6份；SiO2/Al2O3＝1.27。SiO2/Al2O3的计算方法：SiO2：49.7(黄金尾矿份数)×59.4％(SiO2含量)+5.2(添加的SiO2份数)＝34.72Al2O3：49.7(黄金尾矿份数)×9.33％(Al2O3含量)+22.7(添加的Al2O3份数)＝27.33SiO2/Al2O3＝34.72/27.33＝1.27其制备方法，包括以下步骤：(1)按原料配方进行称量，混匀；(2)将混合均匀的原料加入电炉中，加热至1400℃，保温4h，使其熔融后澄清，制得玻璃液；(3)将玻璃液浇铸到预热至500℃的模具中成型，然后脱模；(4)脱模后的样品放入电炉中在500℃下保温3h，进行退火；在750℃下保温2h，进行核化；在880℃保温2h，进行晶化；(5)在电炉中自然冷却至室温，得到MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，主晶相为假蓝宝石相。本实施例制备的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料XRD图见图1，SEM图见图2。实施例2表3内蒙古钼尾矿的主要化学成分(wt.％)一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，包括以下重量份计的原料：内蒙古钼尾矿40.9份、石英砂7.7份、氧化铝20.2份、氧化镁8.6份、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：金属尾矿30～60份、石英砂2～14份、氧化铝13～25份、氧化镁8～16份、硼砂0～10份、纯碱0～3份；外加上述原料总重量3～14％的二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：金属尾矿30～60份、石英砂2～14份、氧化铝13～25份、氧化镁8～16份、硼砂0～10份、纯碱0～3份；外加上述原料总重量3～14％的二氧化钛。2.根据权利要求1所述的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，所述的金属尾矿选自黄金尾矿、钼尾矿中的一种。3.根据权利要求1所述的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，基础玻璃陶瓷配方包括：SiO239～51％、Al2O324～36％、MgO10～14％、B2O30～4％、Na2O0～3％、TiO23～14％。4.根据权利要求1所述的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，基础玻璃陶瓷成分中SiO2/Al2O3＝1.02～2.8。5.根据权利要求3所述的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，当SiO2/Al2O3＜2.0时，玻璃陶瓷绝缘材料的主晶相为：假蓝宝石相。6.根据权利要求3所述的尾矿MAS系玻璃陶瓷绝缘材料，其特征在于，当SiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪峰，沈保根，李保卫，赵同云，殷哲一，贾晓林，刘芳，邓磊波，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15