5.5.1 Декоративное стекло «Железные отвалы»

Использование хвостов железорудных предприятий для плавки высококачественных декоративных стеклянных материалов является эффективным способом комплексного утилизирования хвостов и обеспечения устойчивого развития предприятий. Университет Тунцзи провёл экспериментальные исследования по плавке декоративного стекла с использованием хвостов с высоким содержанием железа и алюминия из Нанкина в качестве основного сырья.

5.5.1.1 Сырье

Основным сырьем являются железные хвосты светло-розового цвета, имеющие порошкообразную консистенцию и размер частиц менее 0,589 мм. Основными минералами являются кварц, полевой шпат и сульфидные руды с высоким содержанием железа и оксида алюминия. Массовые доли различных оксидов приведены в таблице 5-15. Железные хвосты можно использовать непосредственно после сушки без дополнительной обработки.

К вспомогательным сырьевым материалам относятся песчаник, известняк и доломит. Песчаник, известняк и доломит измельчаются до размера частиц менее 0,589 мм. Вместо песчаника также можно использовать кварцевый песок или кремнеземную породу.

Таблица 5-15. Химический состав железных хвостов (%)

5.5.1.2 Схема технологического процесса

Технологический процесс выглядит следующим образом: подготовка сырья → плавка → отжиг → стекло.

Железные отходы и вспомогательное сырье взвешиваются, просеиваются и смешиваются в определённой пропорции. Партия загружается в тигель печи методом высокотемпературной подачи при температуре 1000–1200 °C, при этом оставшаяся часть партии добавляется поэтапно. Интервал между добавками определяется степенью плавления основной части шихты в тигле. После добавления всех материалов температуру печи повышают до 1400–1450 °C и поддерживают на этом уровне. В период выдержки состояние плавления шихты в тигле определяют путем наблюдения в передней части печи, отбора проб шихты и вытяжки проволоки. Когда устанавливается, что шихта в тигле полностью расплавлена, остекловилась и не содержит шлака, нерасплавленных песчинок и пузырьков, температуру печи понижают на 100–250 °C и поддерживают в течение 10–20 мин, после чего тигель извлекают для литья. Форма для литья изготавливается из железной пластины, размеры отлива составляют 70 мм × 70 мм × 10 мм и 100 мм × 10 мм × 10 мм. Через 2–3 минуты стекло извлекают из формы и отправляют в муфельную печь для отжига при температуре 520–620 °C. Стекло выдерживают при этой температуре около 15 минут, затем отключают питание и дают ему остыть в печи естественным образом до 50–100 °C перед извлечением. В качестве альтернативы извлечённое из формы стекло можно сразу поместить в вспененный перлит для отжига с использованием его собственного остаточного тепла.

5.5.1.3 Результаты экспериментов

В результате серии экспериментов было установлено, что химический состав стекла из железных хвостов находится в следующих пределах: SiO₂ 48%–62%, Al₂O₃ 9%–10,3%, CaO 8%–19%, MgO 2%–3%, Fe₂O₃ 18%–20%. Основные технологические параметры для стекла из железных хвостов: дозировка железных хвостов (в процентах от массы шихты): 70%; вспомогательное сырьё: песчаник 10%–30%; известняк 5%–25%; скорость плавления шихты >70%; температура остеклования 1400–1450 °C; температура формования 1000–1200 °C; температура отжига 520–620 °C.

После отжига стекло из железных отходов приобретает глубокий черный цвет и блеск, имеет однородную и стабильную структуру без цветовых различий, не содержит пузырьков и дефектов. Поверхность можно шлифовать и полировать; после полировки она становится гладкой, как зеркало, с блеском поверхности не менее 115 (естественный блеск без полировки составляет 110). По сравнению с натуральным мрамором и гранитом (блеск 78–90) это декоративное стекло из отходов выглядит более торжественно и элегантно. Его физико-химические свойства даже превосходят аналогичные материалы. Предварительный анализ затрат показывает, что декоративное стекло из железных отходов обладает хорошей экономической выгодой, высокой добавленной стоимостью и многообещающими перспективами развития и применения.

5.5.2 Декоративное стекло из медных хвостов

Университет Тунцзи, используя в качестве основного сырья медно-серные хвосты с высоким содержанием алюминия и железа из провинции Цзилинь и опираясь на результаты лабораторных исследований, завершил испытания по масштабированию производства декоративного стекла из медных хвостов в промышленных условиях с использованием тигельной печи стекольного завода.

5.5.2.1 Сырье

Основным сырьем для производства декоративного стекла из медных хвостов являются медные хвосты. Их минеральный состав состоит преимущественно из кварца, полевого шпата и сульфидных руд; по внешнему виду они имеют серый цвет, при этом доля фракции размером 0,589 мм составляет 100%. Химический состав приведён в таблице 5-16, а свойства спекания медных хвостов — в таблице 5-17. После быстрого охлаждения расплава он превращается в смесь фазы литого камня и стеклянной фазы, наполненную пузырьками, пеной и нерасплавленными зернами песка, черного цвета. Вспомогательным сырьем являются кварцевый песок и кальцит.

Таблица 5-16. Химический состав медных хвостов (%)

Таблица 5-17. Свойства медных хвостов при спекании

5.5.2.2 Технологическая схема

Соотношение компонентов в партии составляет примерно 60% медных хвостов, смешанных с примерно 40% вспомогательных материалов. Технологическая схема промышленных испытаний в целом аналогична схеме производства декоративного стекла из железных хвостов:

Подготовка сырья → подача → плавка в тигле → литье, прессование, выдувное формование → отжиг в периодической отжиговой печи → резка, шлифование, полировка

5.5.2.3 Параметры процесса

Основные параметры технологического процесса приведены в таблице 5-18.

Таблица 5-18. Основные технологические параметры плавки стекла из медных хвостов

Декоративное стекло из медных хвостов имеет глубокий черный цвет и высокую прозрачность, не содержит примесей и пузырьков, поддается резке, шлифовке и полировке. После полировки блеск его поверхности составляет не менее 100. По сравнению с натуральным мрамором оно имеет более тёмный и однородный цвет, создавая элегантный, торжественный и величественный декоративный эффект. Его физико-химические свойства соответствуют техническим требованиям к декоративным материалам, а внешний вид и декоративный эффект превосходят натуральный мрамор. Предварительный анализ затрат показывает, что производство декоративного стекла из медных хвостов имеет хорошую экономическую выгоду и относительно высокую добавленную стоимость.

5.6 Производство архитектурной стеклокерамики из хвостов

Стеклокерамика — это материалы, получаемые из базового стекла путем контролируемой кристаллизации, в результате чего образуется однородная смесь микрокристаллов и стеклянной фазы. Они обладают низким коэффициентом теплового расширения, высокой механической прочностью, замечательной коррозионной стойкостью, устойчивостью к атмосферным воздействиям и хорошей виброустойчивостью, а также широко используются в архитектуре, биомедицине, машиностроении, электромагнетизме и других областях. Основным компонентом архитектурной стеклокерамики является SiO₂, а массовая доля SiO₂ в металлических отходах, как правило, превышает 60%, при этом другие компоненты также находятся в стеклообразующем диапазоне, что позволяет удовлетворить требованиям к химическому составу.

Исследования по разработке и применению стеклокерамики из хвостов начались на международном уровне ещё в 1920-х годах. Начиная с 1950-х–60-х годов многие страны успешно добились широкого применения хвостов в стекольной промышленности. В Китае исследования в области стеклокерамики из хвостов начались в 1980-х годах, а к 1990-м годам были начаты испытания в промышленных масштабах под руководством университетов, занимающих передовые позиции в области материаловедения. Опираясь на передовой международный опыт, Китай добился прорывного прогресса в технологии производства декоративных стеклокерамических панелей, успешно решив множество проблем, таких как разработка состава базового стекла, плавка стекла, грануляция стекла и контроль кристаллизационной способности стеклянных частиц. Освоены ключевые технологии производства стеклокерамики из различных отходов горнодобывающей промышленности, и налажено промышленное производство в Тяньцзине, провинции Гуандун, Внутренней Монголии, провинции Хэбэй и других регионах.

Производственные процессы изготовления стеклокерамики из хвостов включают метод плавления и метод спекания. В Китае широко применяется более отработанный метод спекания, сочетающий в себе технологии обработки стекла, керамики и камня. Данный метод не требует этапа формования стекла и не всегда нуждается в использовании агентов зародышеобразования. Он обеспечивает высокую производительность, короткие сроки кристаллизации, экономию энергии, возможность регулирования толщины изделия, а также облегчает производство формованных плит и различных изогнутых панелей с узорами, имитирующими натуральный камень, что делает его более подходящим для промышленного производства. Конкретная технологическая схема выглядит следующим образом: обработка сырья → дозирование и смешивание → плавление стекла → закалка водой с образованием гранул → просеивание → укладка в слой и загрузка в форму → спекание и выравнивание → кристаллизация и формование → шлифование и полировка → резка → контроль готовой продукции. Процесс плавления аналогичен плавлению стекла; водяная закалка и кристаллизация заимствованы из керамической технологии; а шлифование, полировка и резка соответствуют методам обработки камня. Вспомогательное химическое сырьё, такое как флюсы, красители и спекающие добавки, представляет собой химически чистые реагенты, используемые напрямую. Распространенными зародышеобразователями для стеклокерамики из хвостов являются ZnO, TiO₂, Cr₂O₃ и др. Оксиды щелочных металлов Na₂O, K₂O, Li₂O являются очень эффективными флюсами, а некоторые зародышеобразователи сами по себе также обладают флюсующими свойствами, например TiO₂. Красители могут выбираться из различных неорганических веществ или оксидов металлов в зависимости от желаемого цвета. Для увеличения скорости спекания и снижения температуры спекания в качестве спекающих добавок можно добавлять небольшие количества галогенидов или различных неорганических смесей.

5.6.1 Производство стеклокерамики из железных отходов

Исходя из состава железных хвостов, стеклокерамика из хвостов, как правило, относится к системам CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ (CMAS) и CaO-Al₂O₃-SiO₂ (CAS). Различные соотношения силикатов к кислороду приводят к образованию разных кристаллических фаз. При низком содержании SiO₂ и Al₂O₃, как правило, образуются силикаты с низким соотношением Si/O (такие как волластонит). При высоком содержании SiO₂ и Al₂O₃, как правило, образуются каркасные силикаты (такие как полевой шпат), что приводит к образованию стабильной стеклянной структуры, кристаллизация которой затруднена. Для достижения высокой механической прочности, хорошей износостойкости, химической и термической стабильности в стеклокерамике, изготовленной из железных отходов, в качестве основных кристаллических фаз обычно выбирают диопсид (CaMg(SiO₃)₂) или волластонит (β-CaSiO₃).

В настоящее время в Китае железосодержащие отходы могут использоваться только для производства стеклокерамики тёмного цвета, что ограничивает сферу их применения. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию стеклокерамики с высоким содержанием железа из железосодержащих отходов пока находятся на лабораторной стадии; промышленные испытания проходит лишь декоративное стекло из железосодержащих отходов, предназначенное для архитектурной отделки. Исследования в области железных отходов также в значительной степени ограничиваются регионами с высоким содержанием кремнезема и должны быть расширены на регионы со средним и низким содержанием кремнезема с целью поиска новых областей применения.

(1) Пекинский университет науки и технологий использовал железные хвосты и пустую породу из Дамяо в качестве основного сырья для производства гранита на основе стеклокерамики из хвостов (разновидность стеклокерамики). Его прочность на сжатие, прочность на изгиб, блеск, кислото- и щелочестойкость, а также другие свойства соответствуют или превосходят показатели натурального гранита. Материал можно формувать в специальные формы, он имеет красивые узоры, а цвета можно регулировать в соответствии с рыночным спросом (например, можно производить синие оттенки, которых нет в натуральном камне), при этом разница в оттенках минимальна.

1. Технологический процесс: дозирование → плавка → закалка водой → кристаллизация путем нагрева → резка, шлифование, полировка → готовое изделие.

① Состав смеси: Основным химическим компонентом стеклокерамики является SiO₂, за которым следуют CaO, Na₂O, Al₂O₃, а также небольшие количества MgO, K₂O, ZnO и BaO. Основными кристаллическими фазами являются пироксен и диопсид. Рецептура должна быть оптимизирована на основе состава хвостов путем проведения экспериментов.

② Плавка: температура плавки составляет примерно 1450–1500 °C, время плавки — 2–5 часов. Перемешивание должно быть равномерным; плавка должна быть полной, без остаточных комков; пузырьки должны полностью выйти. В противном случае это негативно повлияет на качество стеклокерамики.

③ Водяная закалка: полностью расплавленный материал заливают в холодную воду для получения стеклянных частиц размером ≤5 мм.

④ Кристаллизация: Высушенные стеклянные частицы распределяют в огнеупорных формах и нагревают для кристаллизации. До достижения температуры 700–800 °C скорость нагрева может быть более высокой — около 300 °C/ч или выше. При 700–800 °C стекло начинает размягчаться и кристаллизоваться; скорость нагрева не должна быть слишком высокой (иначе кристаллизация будет неполной) — примерно 120–180 °C/ч. При нагревании до 1100–1200 °C стеклянный материал становится полурасплавленным, а поверхность выравнивается; выдерживают в течение 1–2 ч. Затем медленно охлаждают. Скорость охлаждения не должна быть слишком высокой, иначе изделие может растрескаться.

⑤ Резка, шлифовка, полировка: Поверхность изделия после кристаллизации уже ровная, но имеет небольшие неровности. С помощью стандартного оборудования для резки, шлифовки и полировки камня можно добиться идеального полированного покрытия. Кроме того, толщина шлифования меньше, чем у обычного камня, поэтому эффективность выше.

2. Характеристики продукта: Характеристики стеклокерамики из железных отходов Дамяо приведены в таблице 5-19. Как видно, стеклокерамика из отходов демонстрирует превосходные эксплуатационные характеристики и представляет собой многообещающий новый вид искусственного камня.

Таблица 5-19. Характеристики гранита из стеклокерамики, полученного из хвостов

① Образец размером 15 мм × 15 мм × 15 мм, погруженный в раствор HCl 3% при температуре 25 °C на 650 ч, потеря веса (%).
② Образец размером 15 мм × 15 мм × 15 мм, погруженный в раствор NaCl 3% при температуре 25 °C на 650 ч, потеря массы (%).

(2) Шэньянский университет строительства и Северо-Восточный университет совместно разработали технологический процесс, в котором используются железные хвосты рудника Вайтоушань и золотые хвосты рудника Синьчэн с добавлением регулирующих оксидов и соответствующих агентов зародышеобразования, смешиванием, плавлением при 1450 °C, а затем отжигом, зародышеобразованием и термообработкой кристаллизации. Выдержка в течение 2 часов как при температуре зародышеобразования, так и при температуре кристаллизации, с последующим естественным охлаждением, позволяет получить архитектурную стеклокерамику с диопсидом в качестве основной кристаллической фазы. Доля добавленных хвостов может достигать более 65%. Пилотное производство показало, что оптимальный диапазон состава архитектурной стеклокерамики на основе металлических хвостов составляет: SiO₂ 50%–60%, Al₂O₃ 6%–9%, CaO 11%–13%, MgO 3%–5%, K₂O 3%–5%, FeO+Fe₂O₃ 2%–8%.

(3) Тянь Инлян и др. провели анализ состава железных отходов из уезда Миюнь (Пекин). Они установили, что основными компонентами являются SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, а также определенные количества CaO, MgO, Na₂O, K₂O и высокое содержание железа. Они решили добавить соответствующие количества CaO и MgO для получения стеклокерамики системы CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂. Добавление небольшого количества серы привело к превращению части железа в сульфид железа, что способствовало кристаллизации. Для получения стеклокерамики использовался технологический процесс: дозирование → смешивание → плавление → закалка водой → просеивание → укладка в слои → кристаллизация → шлифование и полировка → резка → готовое изделие. Массовая доля железных отходов превысила 60%. Готовый продукт обладал прочностью на изгиб 50,2 МПа и средней микротвёрдостью 675,4, тогда как мрамор и гранит имеют прочность на изгиб всего 17–19 МПа и среднюю микротвёрдость 153,6. Таким образом, данное исследование открывает перспективный путь для утилизации железных отходов.

(4) Чжан Цзиньруй и др. исследовали процесс получения стеклокерамики с использованием железных отходов из Таншаня. На основе анализа состава отходов они разработали рецептуры стеклокерамики, определили тип и количество агентов зародышеобразования, а также подобрали подходящий процесс термической обработки. Результаты показали, что более эффективны композитные агенты нуклеации: добавление 3% TiO₂ и 1% Cr₂O₃. Температура нуклеации — 770 °C, время выдержки — 60 мин; температура кристаллизации — 870 °C, время выдержки — 60 мин; скорость нагрева — 5 °C/мин. Основной кристаллической фазой полученной стеклокерамики был диопсид, второстепенными фазами — волластонит и шпинель.

5.6.2 Производство стеклокерамики из вольфрамовых отходов

Университет Центрального Юга в сотрудничестве с Китайской академией геологических наук в ходе экспериментов разработал новый тип стеклокерамики из вольфрамовых отходов. Технология проста и экономична. Основным сырьем служат вольфрамовые хвосты, а в качестве вспомогательных материалов используются полевой шпат и известняк. Смесь равномерно перемешивается, помещается в корундный тигель и плавится в резистивной печи с кремний-молибденовыми электродоми. В качестве рафинирующих агентов используются 1% Sb₂O₃ (массовая доля, далее то же) и 4% NH₄NO₃ в качестве очищающих агентов, температура подачи составляет 1200 °C, температура плавления — 1550 °C, выдержка — 2,5 ч, после чего проводится очистка при 1580 °C в течение 1,5 ч. Расплавленное стекло закаливают в воде с образованием стеклянных гранул, которые затем естественным образом распределяются в огнеупорных формах. Для облегчения извлечения из формы внутренняя поверхность формы покрывается суспензией кварцевого песка и каолина. После загрузки формы материал отправляется в печь для керамизации. С помощью этого процесса были изготовлены светло-желтые образцы стеклокерамики размером 100 мм × 100 мм × 10 мм, обладающие плотной, однородной структурой, с очень небольшим количеством пор, ровным, блестящим внешним видом без деформаций, а также поверхностями с естественным мраморным узором. Испытания показали, что прочность на изгиб, сжатие и удар, а также химическая коррозионная стойкость данной стеклокерамики превосходны и превосходят показатели натурального мрамора и гранита.

Куан Цзинчжун и др. использовали вольфрамовые хвосты в качестве основного сырья (соотношение 55%–75%) без добавления агентов зародышеобразования и получили стеклокерамику из вольфрамовых хвостов методом литейной кристаллизации. Основной кристаллической фазой является β-волластонит. Механизм зародышеобразования и кристаллизации заключается в поверхностном зародышеобразовании, что обеспечивает простоту процесса и низкую стоимость.

Ван Чэнюй и др. использовали вольфрамовые хвосты, полевой шпат, известняк, мирабилит и кальцинированную соду в качестве основного сырья, а флюорит и фосфатную руду — в качестве агентов зародышеобразования для получения стеклокерамики молочно-белого цвета из вольфрамовых хвостов методом плавления. Оптимальная температура зародышеобразования составляет 680–700 °C, температура кристаллизации — 900–950 °C; кристаллические фазы представлены волластонитом и апатитом.

5.6.3 Производство стеклокерамики из золотосодержащих отходов

Гао Шуя и др. из Шэньсиского университета науки и технологий использовали хвосты золотого рудника Ханьинь (провинция Шэньси) и кальцит в качестве основного сырья, добавив другие необходимые материалы, такие как бура, ZnO, Cr₂O₃, Sb₂O₃ и т. д., для получения стеклокерамики системы CaO-Al₂O₃-SiO₂ методом плавления. В ходе экспериментов было определено массовое соотношение компонентов шихты: золотые хвосты — 63,5%, кальцит — 27,1%, бура — 4,7%, ZnO — 1,6%, Cr₂O₃ — 0,8%, Na₂SiF₆ — 1,2%, Sb₂O₃ — 1,2%.

Сырье взвешивали в соответствии с массовым соотношением, смешивали, измельчали и просеивали через сито с ячейками размером 60 меш (0,246 мм) для получения шихты. С использованием электропечи с карбидо-кремниевым стержнем шихту выдерживали при температуре 1300–1350 °C в течение 4 часов для полного плавления стекла без видимых пузырьков. Затем расплавленное стекло разливали в предварительно нагретую форму из нержавеющей стали. После формования образец помещали в муфельную печь при температуре 600 °C на 1 час для отжига. Остывший стеклянный образец разрезали на полосковые образцы размером 10 мм × 10 мм × 100 мм. Термическая обработка кристаллизации проводилась в муфельной печи со скоростью нагрева 3–5 °C/мин: выдержка при температуре зародышеобразования 820 °C в течение 2 часов, затем нагрев до 890 °C и выдержка в течение 3 часов, после чего следовало медленное охлаждение до комнатной температуры для получения стеклокерамических образцов из золотых хвостовстеклокерамики из золотых хвостов. Результаты испытаний показали, что основными кристаллическими фазами стеклокерамики из золотых хвостов являлись пироксен и твёрдый раствор диопсида. Продукт обладал прочностью на изгиб 119,2 МПа, коэффициентом теплового расширения 69,5×10⁻⁷/°C и насыпной плотностью 2,81 г/см³.

Лю Сюань и др. из Шандунского института геологических наук использовали золотые хвосты из Цзяоцзя в качестве основного сырья для производства стеклокерамики методом спекания — простой и легко контролируемой технологии. В экспериментальных рецептурах максимальный коэффициент использования хвостов достиг 60%. Основными сырьевыми материалами были золотые хвосты, известняк и кварцит. Технологический процесс: обработка сырья → дозирование и смешивание → плавка стекла → водяное охлаждение с образованием гранул → просеивание → укладка в слой и загрузка в форму → спекание и выравнивание → кристаллизация и формование → шлифование и полировка → резка → контроль готовой продукции. Размеры конечного продукта составляли 60–90 мм². Цвет изделия был нормальным с отчётливыми узорами, светло-жёлтым, а на поверхности образца отсутствовали плотные открытые поры. Испытания на физические и химические свойства, а также на кислото- и щелочестойкость показали, что все показатели соответствуют отраслевому стандарту на “архитектурную декоративную стеклокерамику”.”

5.6.4 Производство стеклокерамики из молибденовых, никелевых и других хвостов

Шэнь Цзе и др. использовали молибденовые хвосты в качестве основного сырья, добавляя другие вспомогательные материалы, для получения высокоэффективной стеклокерамики методом плавления. Основными сырьевыми материалами были молибденовые хвосты, кварцевый песок, оксид алюминия (аналитического качества), карбонат кальция (аналитического качества), оксид магния (аналитического качества), карбонат калия (аналитического качества), кальцинированная сода и т. д., при этом доля молибденовых хвостов составляла 30%. В качестве зародышеобразователя был выбран TiO₂. Режим термообработки кристаллизации приведён в таблице 5-20. Были изготовлены образцы стеклокерамики, соответствующие национальным стандартам; результаты испытаний приведены в таблице 5-21.

Таблица 5-20. График термообработки кристаллизации

Таблица 5-21. Примерные результаты испытаний свойств

Ли Чжанда подал заявку на патент “Стеклокерамика, изготовленная из молибденсодержащих хвостов, и способ её получения”, в котором раскрывается новый способ комплексного использования молибденсодержащих хвостов (Mo 0,01%–0,02%) в качестве сырья для производства стеклокерамических изделий с стабильными производственными характеристиками. В данном методе молибденсодержащие хвосты используются для замены добавок в составе стеклокерамики, таких как хвосты, оксид кальция и агент нуклеации, с долей добавления 40,5%–74,4%. При использовании молибденсодержащих хвостов в качестве сырья требуется предварительная гомогенизация. Традиционный технологический процесс остается неизменным, а модификация оборудования не требуется, что позволяет снизить затраты более чем на 15%, одновременно улучшая эксплуатационные характеристики и повышая ценность продукции.

Ли Цзелинь и др. исследовали метод получения стеклокерамики чистого черного цвета с использованием никелевых хвостов в качестве основного сырья и железо-магниевого диопсида в качестве основной кристаллической фазы, применяя процесс прокатки. В качестве отходов использовались никелевые хвосты с никелевого рудника Хунцилин компании «Цзилинь Цзянь Никель Индастри Ко., Лтд.», полученные после флотации с целью извлечения сульфидных медно-никелевых руд. Основной химический состав хвостов приведен в таблице 5-22. В ходе экспериментов была определена базовая рецептура для производства стеклокерамики из никелевых хвостов, представленная в таблице 5-23. Подходящий диапазон состава стекла (wt%) составляет: SiO₂ 37–39, CaO 13–15, Al₂O₃ 15–18, MgO 13–15, FeO 7,5–9, (K₂O+Na₂O) 3–6, TiO₂ 2–3. Температуры зародышеобразования и кристаллизации составляют 780 °C и 900 °C соответственно. Полученные образцы стеклокерамики имели прочность на изгиб 45,4–98,6 МПа, поверхностную твёрдость по шкале Мооса 6–7 и водопоглощение 0.

Таблица 5-22. Основной химический состав никелевых хвостов (%)

Таблица 5-23. Базовая рецептура для производства стеклокерамики из никелевых хвостов

Ю Цзяньчан использовал отходы добычи ниобия и тантала из Наньпина (провинция Фуцзянь) в качестве основного сырья, добавив к ним природный порошкообразный кварц и известняк, для получения стеклокерамики на основе волластонита методом спекания. Согласно результатам экспериментального анализа, ниобий-танталовые хвосты богаты SiO₂, Al₂O₃ и содержат некоторое количество Na₂O, что делает их пригодными для получения стеклокерамики системы CaO-Al₂O₃-SiO₂ с волластонитом в качестве основной кристаллической фазы. Результаты показали, что доля добавления хвостов может достигать 50%, оптимальная температура плавления составляет 1450 °C, зародышеобразование при 855 °C в течение 3 часов, кристаллизация при 920 °C в течение 2 часов, в результате чего получается стеклокерамика с размером кристаллических зерен около 100–300 нм, равномерным распределением и долей кристаллической фазы, составляющей 60%. Её физико-химические свойства превосходят свойства керамической плитки, натурального гранита и натурального мрамора. Куан Цзинчжун также провёл экспериментальные исследования по получению стеклокерамики с использованием отходов ниобия и тантала в качестве основного сырья. Композитная декоративная плита из стеклокерамики, изготовленная из тантало-ниобиевых отходов, отличалась хорошей кристаллизацией, прочной связью между основой и глазурью, полным спеканием и поверхностью без пор. Коэффициент использования тантало-ниобиевых отходов в стеклокерамической глазури может достигать 40%–50%.

Университет Тунцзи в сотрудничестве с Шанхайским заводом по производству стеклянной посуды № 2 использовал медные хвосты из Ланъяшаня (провинция Аньхой) в качестве основного сырья, а кварцевый песок и кальцит — в качестве вспомогательных материалов (соотношение компонентов: медные хвосты ~60%, вспомогательные материалы ~40%). После проведения промышленных испытаний был разработан стеклокерамический материал на основе медных хвостов, способный заменить мрамор, гранит и керамическую плитку, обладающий высокой прочностью, износостойкостью и коррозионной стойкостью. Лю Вэйпин и др. изготовили из медных хвостов стеклокерамические панели и окрашенный кварцевый песок с хорошими физико-химическими свойствами, сопоставимыми с природным камнем.