专利名称：人造透辉石材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种人造透辉石型材及其制备方法，特别是采用非透辉石的矿物原料为主要原料制备透辉石型材的工艺方法。本发明属于矿物材料领域。
背景技术：
透辉石(Diopside)为单链状的硅酸盐矿物，结构式为CaMg[Si2O6]，其中Mg2+经常可被其它离子所取代，如Fe2+、Fe3+、Al3+、Cr3+等，从而形成Ca(Mg2+，Fe2+，Fe3+，Al3+)[Si2O6]的固溶体。透辉石的理论化学组成为SiO255.6％，CaO 25.9％，MgO 18.5％，属单斜晶系，晶体为短柱状，集合体呈粒状或放射状，多见浅绿色或浅灰色，玻璃光泽，硬度5.5～6，熔点1391℃，不溶于水和盐酸，密度3.27～3.38g/cm3。天然透辉石常含有Cr、Mn、Fe、V等杂质，透辉石化学稳定性好，不溶于HCl，耐磨性好，不含有机物，无结晶水。
天然透辉石来源于透辉石岩，透辉石岩是一种多矿物组成岩，除透辉石外，透辉石岩往往还含有硅灰石、石英、方解石、透闪石、磷灰石、长石、方柱石、黑云母、榍石、石榴石等矿物。因此，自然界中除宝玉石外，少见纯透辉石。
透辉石岩因其分布广泛、价廉、用途大而日益受到人们的重视。首先，作为陶瓷原料，透辉石可降低陶瓷的烧成温度，缩短烧成周期，起节能作用，是理想的低温快烧原料[1耿谦.从透辉石的结构特征探析其在陶瓷中的应用[J].河北陶瓷，2002，35(4)8-102黄惠宁.利用透辉石研制低温快烧釉面砖.陶瓷研究，1994，928-33王玲.新型陶瓷节能材料—透辉石.江苏建材，1998，(1)33-34]。其次，透辉石可用来制作冶金保护渣，可以使浇注钢锭过程中的保护钢不被氧化，并使钢锭表面光洁，减少扒皮损失。透辉石还可作为橡胶、塑料的填料，也可用于生产涂料等[晓非.透辉石与透闪石的利用.建材工业信息，1995(21)5]。
经检索，未发现人工制造纯透辉石材料的专利申请或文献报道。
发明内容
本发明的目的是，提供一种采用非透辉石的矿物原料为主要原料制备具有高强、耐磨、耐腐蚀、无放射性等优良特性的人造透辉石材料的工艺方法。本发明的用非透辉石矿物原料制备人造透辉石材料的制备方法，有如下工艺步骤(1)按化学组成为(重量百分比)SiO247～61％，Al2O34～9％，CaO 12～20％，MgO4～7％，TiO22～15％，NaO2+KO23～7％，ZrO21～4％，ZnO 0～4％，P2O51～4％，F 1～3％，C 1～3％，选择所需矿物原料进行称量配料，充分混合均匀，并使配合料的总含水量保持在3～5％。
(2)将步骤(1)制备的配合料在1450±5℃下熔融，经澄清、均化后的熔体倒入模具中，冷却成型为所需形状的型材。
(3)将步骤(2)所获的半成品型材以2～3℃/min的速度升温至700℃，保温2小时后，以同样的速度升温至950℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。
(4)根据需要对步骤(3)所获得的产品进行研磨、抛光、切割。
以上述步骤，制得的产品经X射线衍射及扫描电子显微镜鉴定为纯透辉石晶相，晶粒细小、分布均匀，晶粒平均尺寸为1.5～4μm，单晶体呈短柱状，少数为片状，集合体成致密粒状，晶体相互交织形成交错迭加的微观组织。
该透辉石型材具有高强、耐磨、耐腐蚀、无放射性等特点。实际测试结果为密度3.09～3.15g/cm3；抗压强度700～1000Mpa耐磨值(磨坑长度)15～18mm弹性模量80.9～96.6×103Mpa肖氏硬度90～95吸水率0％；含水率0.2～0.25％耐酸性(在20％H2SO4溶液中煮沸1小时后的重量损失率)0.5～2.0％；耐碱性(在1％NaOH溶液中煮沸1小时后的重量损失率)0.5～1.0％放射性无。
本发明制备的透辉石制品与天然透辉石相比，有以下明显特点1.本发明采用的制备人造透辉石材料的配料化学成分与天然透辉石的理论化学成分有较大差异，但处于Al2O3含量为10％的CaO-MgO-SiO2三元相图的透辉石相区内，在制备该人造透辉石材料的配料化学组成中，SiO2、Al2O3、CaO、MgO为基本组成，NaO2+KO2为助熔剂，TiO2、ZrO2、ZnO、P2O5、F组成复合晶核剂，C为还原剂。
2.本发明制备的透辉石型材晶相纯度高。天然透辉石来源于透辉石岩，透辉石岩是一种多矿物组成岩，除透辉石外，透辉石岩还含有硅灰石、石英、方解石、透闪石、磷灰石、长石、方柱石、黑云母、榍石、石榴石等矿物。因此，除宝玉石外，自然界中少见纯透辉石。
3.本发明制备的透辉石型材的结晶度高，晶粒平均尺寸约为1.5～4μm，晶粒微细，而天然透辉石岩晶粒粒径一般为10-2cm～101cm。
4.本发明可以制备透辉石板材，也可以使用模具制备各种形状的透辉石型材。天然透辉石通常表面裂理发育，较粗糙，风化程度高，不易开采成型材，通常只以碎块、粉体的形式用作制备其他制品的添加料、填料等。
4.本发明制备的透辉石型材抗压强度达700～1000Mpa，耐磨值(磨坑长度)为15～18mm，弹性模量为80.9～96.6×103Mpa，肖氏硬度为90～95，耐酸性(在20％H2SO4溶液中煮沸1小时后的重量损失率)为0.5～2.0％，耐碱性(在1％NaOH溶液中煮沸1小时后的重量损失率)为O.5～1.0％，无放射性。而天然透辉石由于晶粒较大，表面裂理发育，粗糙，风化程度高，且有放射性，因此，未见天然透辉石被用作型材。
具体实施例方式
以下实施例进一步说明本发明，但并不限制本发明。
实施例1本发明是一种用天然矿物为主要原料制备人造透辉石板材的工艺方法，该工艺以硅砂、钠长石、石灰石、白云石、萤石、钛渣、氧化锌、氧化锆、磷酸铝、石墨为原料，按以下化学组成进行配料(重量百分比)SiO249.14％，Al2O37.52％，CaO 17.11％，MgO 5.84％，TiO210.07％，NaO2+KO24.96％，ZrO21.50％，ZnO 2.00％，P2O51.49％，F 1.00％，外加1％石墨粉。配合料含水率为4％，混合均匀后投入熔窑熔制，控制熔制温度为1450±5℃。将高温熔融、澄清、均化的熔体压制成板后，将板移入已升温至600℃的退火炉退火2小时，然后将经以上步骤所获得的半成品移入晶化炉，以2～3℃/min的速度升温至700℃，保温2小时后，以同样的速度升温至950℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。最后对所获产品进行研磨、抛光、切割，即为人造透辉石板材。
该人造透辉石板材经X射线衍射及扫描电子显微镜鉴定为纯透辉石晶相，无玻璃相存在，晶粒细小，分布均匀，晶粒平均尺寸约为1.8μm，单晶体呈短柱状，少数为片状，集合体成致密粒状，晶体相互交织形成交错迭加的微观组织。其性能指标为密度3.09g/cm3；抗压强度887.1Mpa；耐磨值(磨坑长度)17mm；弹性模量80.9～96.6×103Mpa；肖氏硬度92.75；吸水率0％；含水率0.24％；耐酸性(在20％H2SO4溶液中煮沸1小时后的重量损失率)2％；耐碱性(在1％NaOH溶液中煮沸1小时后的重量损失率)0.5％；放射性无。
该人造透辉石板材可用作矿山、化工、建筑等企业的耐磨、耐腐蚀材料或建筑装饰材料。
实施例2本发明的一种制备人造透辉石型材的工艺方法，该工艺方法以硫铁尾矿、高岭土、石灰石、白云石、纯碱、萤石、氧化锌、氧化锆、磷酸铝、石墨为原料，所构成的配料有以下化学组成(重量百分比)SiO249.60％，Al2O37.90％，CaO 17.10％，MgO 5.80％，TiO210.10％，NaO25.00％，ZrO21.50％，ZnO 2.00％，P2O51.50％，F 1.00％，外加1％石墨粉。配合料含水率为4％，混合均匀后投入熔窑熔制，控制熔制温度为1450±5℃。将高温熔融、澄清、均化的熔体倒入槽型模具中成型为槽形型材，然后移入晶化炉，以2～3℃/min的速度升温至700℃，保温2小时后，以同样的速度升温至950℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。最后对所获产品进行修边、打磨，即为人造透辉石槽形材料。
制得的产品经X射线衍射及扫描电子显微镜鉴定为纯透辉石晶相，无玻璃相存在，晶粒细小，分布均匀，晶粒平均尺寸约为4μm，晶体呈板状和柱状，以短柱状为主，少数为片状，集合体成致密粒状，晶体相互交织形成交错迭加的微观组织。该人造透辉石型材可用作矿山、化工、建筑等企业的耐磨、耐腐蚀材料。
权利要求
1.一种人造透辉石材料，其特征在于该材料为纯透辉石相，由微米级透辉石晶粒构成。
2.一种人造透辉石材料的制备工艺，其特征在于该材料是以非透辉石的天然矿物为主要原料合成，有如下工艺步骤(1)按所需组分选定原料，进行称量配料，充分混合均匀，并使配合料的总含水量保持在3～5％。(2)将步骤(1)制备的配合料在1450±5℃下熔融，然后将澄清、均化后的熔体倒入模具中，冷却成型为所需形状的型材。(3)将步骤(2)所获的半成品型材以2～3℃/min的速度升温至700℃，保温2小时后，以同样的速度升温至950℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。(4)根据需要对步骤(3)所获得的产品进行研磨、抛光、切割。
3.根据权利要求1所述的透辉石材料及权利要求2所述的透辉石材料的制备工艺，其特征在于制备该材料的配料化学组成及其重量百分比为SiO247～61％，Al2O34～9％，CaO12～20％，MgO 4～7％，TiO22～15％，NaO2+KO23～7％，ZrO21～4％，ZnO 0～4％，P2O51～4％，F 1～3％，C 1～3％。
4.根据权利要求1所述的透辉石材料及权利要求2所述的透辉石材料的制备工艺，其特征在于该材料采用2～15wt％TiO2；1～4wt％ZrO2；0～4wt％ZnO；0～4wt％P2O5；0～3wt％F组成的复合晶化剂。
5.根据权利要求1所述的透辉石材料及权利要求2所述的透辉石材料的制备工艺，其特征在于所说的非透辉石的天然矿物为硅砂、钠长石、石灰石、白云石。
6.根据权利要求1所述的透辉石材料及权利要求2所述的透辉石材料的制备工艺，其特征在于所说的非透辉石的天然矿物为硫铁尾矿、高岭土、石灰石、白云石。
7.根据权利要求1所述的透辉石材料及权利要求2所述的透辉石材料的制备工艺，其特征在于所说的材料的抗压强度为700～1000Mpa；以磨坑长度计的耐磨值为15～18mm；弹性模量为80.9～96.6×103Mpa；肖氏硬度为90～95；以在20％H2SO4溶液中煮沸1小时后的重量损失率计的耐酸性为0.5～2.0％；以在1％NaOH溶液中煮沸1小时后的重量损失率计的耐碱性为0.5～1.0％，无放射性。
全文摘要
人造透辉石材料及其制备方法是一种人造纯透辉石晶体材料及其制备方法。该材料以硅砂、硫铁尾矿、高岭土、钠长石、石灰石、白云石等天然矿物为主要原料，经配料、熔制、成型、退火、核化、晶化等工艺步骤制得。制备该材料的配料化学组分及其重量百分比为SiO
文档编号C04B14/04GK1762878SQ20041004085
公开日2006年4月26日 申请日期2004年10月18日 优先权日2004年10月18日
发明者叶巧明, 张其春, 林金辉, 常嗣和, 刘菁, 李智 申请人:成都理工大学