CN106082679A - 一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要属于废物资源化领域，具体涉及一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法。所述方法首先以不锈钢渣和粉煤灰为原料，制备获得基础玻璃，对所述基础玻璃进行采用核化晶化一步热处理制备获得微晶玻璃。控制所述原料中SiO2为32.0wt.%‑42.0wt.%，CaO为29.0wt.%‑39.0wt.%，Al2O3为10.0wt.%‑18.0wt.%，Fe2O3为5.5wt.%‑10.0wt.%，Cr2O3为2.6wt.%‑4.0wt.%。所述方法工艺流程依次为：配料、混料、熔化、成形、核化晶化一步热处理、切磨抛加工。本发明实现了不锈钢渣和粉煤灰的协同处置和高值化利用，将核化和晶化在同一温度下一步热处理完成，具有流程短、能耗低、技术窗口宽、易于工业化生产等优点。本发明制备的微晶玻璃可广泛应用于建筑、冶金、化工和电力领域。

Description

一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法
技术领域
本发明主要属于废物资源化领域，具体涉及一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法。
背景技术
随着我国工业的快速发展，不锈钢渣年产生量已逾数百万吨，粉煤灰年产生量高达数亿吨。不锈钢渣和粉煤灰会造成环境污染，特别是不锈钢渣中的重金属铬和镍会造成重金属污染。不锈钢渣和粉煤灰主要应用于水泥、混泥土掺合料或路基料，存在利用附加值低，且潜在有重金属浸出风险。
微晶玻璃是通过控制特定组成基础玻璃晶化过程而制得一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。其制备方法主要有熔融-热处理法、烧结法和溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶技术具有制备温度低、微晶玻璃成分能严格符合设计要求等优点；但是其生产周期长、成本高、环境污染大。烧结法具有整体析晶时间短且析晶易于控制的优点；但也存在工艺较复杂、产品易变形和对耐火模具要求高等缺点。熔融-热处理法工艺过程：配料、混料、熔制、热处理、切磨抛加工。熔融法虽析晶过程难以控制，但工艺简单、制品致密度高且易于成形。从生产工艺难易程度及生产成本来看，熔融-热处理法都要优于上述的另两种方法。但现已公开以不锈钢渣和粉煤灰为原料采用熔融-热处理法制备微晶玻璃专利还存在一些不足。
专利(公开号：CN105271744A)“一种微晶玻璃制备方法”以固废(不锈钢渣、粉煤灰、石英砂、废玻璃、黏土)和化学添加剂(乙烯-醋酸乙烯共聚物、ZnO、TiO2、AgO、SnO2、Cr2O3Co2O3、ZrO2)为原料，以熔融-热处理法中的两步热处理法工艺(即核化和晶化在不同温度下进行)制备微晶玻璃。专利(公开号：CN101838108A)“一种不锈钢尾渣和粉煤灰的利用方法”公开了一种以不锈钢尾渣、粉煤灰、石英砂、碳酸钠和氧化钡为原料采用熔融-一步热处理法制备微晶玻璃的方法。这些专利都未能充分利用不锈钢渣和粉煤灰的成分特点，原料中加有纯的添加剂，生产成本较高。还存在有能耗较高的问题：专利(CN105271744A)采用传统热处理法工艺，即先在较低温度核化，之后再在较高温度晶化，生产周期较长能还高；专利(CN101838108A)的晶化温度过高(约1000℃)且晶化时间较长，能耗高。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，所述方法充分利用了不锈钢渣和粉煤灰这两种固废的成分特点，通过严格控制原料中各组分的重量百分比，无需外加添加剂，实现了低成本制备微晶玻璃。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，所述方法首先以不锈钢渣和粉煤灰为原料，制备获得基础玻璃，对所述基础玻璃进行采用核化晶化一步热处理制备获得微晶玻璃。
进一步地，控制所述原料中SiO2为32.0wt.％-42.0wt.％，CaO为29.0wt.％-39.0wt.％，Al2O3为10.0wt.％-18.0wt.％，Fe2O3为5.5wt.％-10.0wt.％，Cr2O3为2.6wt.％-4.0wt.％；原料中各组分的重量百分比必须严格控制在上述范围，才能够充分发挥不锈钢渣和粉煤灰这两种固废的成分特点，无需添加其他添加剂；其中，尤其是Fe2O3和Cr2O3作为晶核剂，其在原料中的含量直接影响到核化晶化效果，必须严格控制。
进一步地，所述核化晶化一步热处理具体为：将基础玻璃的核化和晶化在同一温度下一次完成，之所以能够将核化跟晶化在同一温度下一次完成，是因为所述方法充分利用了不锈钢渣和粉煤灰这两种固废的成分特点，并且严格控制了原料中各组分的重量百分比。
进一步地，所述核化晶化一步热处理的温度为670℃-900℃，保温时间为0.5h-4h。
进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
(1)配料：以不锈钢渣和粉煤灰为原料，调配所述原料中SiO2为32.0wt.％-42.0wt.％，CaO为29.0wt.％-39.0wt.％，Al2O3为10.0wt.％-18.0wt.％，Fe2O3为5.5wt.％-10.0wt.％，Cr2O3为2.6wt.％-4.0wt.％；
(2)混料：将步骤(1)中配好的原料混合均匀；
(3)熔化：将步骤(2)混合均匀的原料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h；
(4)成形：保温后的玻璃液采用压延成形，获得成形后的基础玻璃；
(5)核化晶化一步热处理：将步骤(4)成形后的基础玻璃进行核化晶化一步热处理，核化晶化一步热处理条件为：热处理的温度为670℃-900℃，保温时间为0.5h-4h；
(6)切磨抛加工：冷却至室温，对步骤(5)处理后获得的玻璃板进行切磨抛加工，得到微晶玻璃成品。
本发明的有益技术效果：
本发明所述方法不仅可以将不锈钢渣中的重金属Cr、Ni解毒固化，而且可将这两种固废高值化再利用于微晶玻璃。将核化和晶化在同一温度下一步热处理完成，具有流程短、能耗低、易于工业化生产等优点，解决了传统的微晶玻璃制备工艺中存在的流程长、能耗高的难题，本发明制备的微晶玻璃可广泛应用于建筑、冶金、化工和电力领域。
附图说明
图1为本发明一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为32.0wt.％，CaO为39.0wt.％，Al2O3为10.0wt.％，Fe2O3为10.0wt.％，Cr2O3为5.0wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在670℃进行核化晶化一步热处理4.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例2
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为33.0，CaO为38.0wt.％，Al2O3为10.8wt.％，Fe2O3为9.6wt.％，Cr2O3为4.7wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在710℃进行核化晶化一步热处理3.5h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例3
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为34.0wt.％，CaO为37.0wt.％，Al2O3为11.6wt.％，Fe2O3为9.1wt.％，Cr2O3为4.5wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在740℃进行核化晶化一步热处理3.5h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例4
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为35.0wt.％，CaO为36.0wt.％，Al2O3为12.4wt.％，Fe2O3为8.7wt.％，Cr2O3为4.2wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在760℃进行核化晶化一步热处理3.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例5
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为36.0wt.％，CaO为35.0wt.％，Al2O3为13.2wt.％，Fe2O3为8.2wt.％，Cr2O3为4.0wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在780℃进行核化晶化一步热处理3.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例6
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为37.0wt.％，CaO为34.0wt.％，Al2O3为14.0wt.％，Fe2O3为7.8wt.％，Cr2O3为3.7wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在800℃进行核化晶化一步热处理2.5h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例7
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为37.5wt.％，CaO为33.5wt.％，Al2O3为14.1wt.％，Fe2O3为7.6wt.％，Cr2O3为3.6wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在800℃进行核化晶化一步热处理2.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例8
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为37.5wt.％，CaO为33.5wt.％，Al2O3为14.5wt.％，Fe2O3为7.4wt.％，Cr2O3为3.6wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在800℃进行核化晶化一步热处理1.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例9
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为38.0wt.％，CaO为33.0wt.％，Al2O3为14.8wt.％，Fe2O3为7.3wt.％，Cr2O3为3.5wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在820℃进行核化晶化一步热处理2.5h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例10
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为39.0wt.％，CaO为32.0wt.％，Al2O3为15.6wt.％，Fe2O3为6.9wt.％，Cr2O3为3.2wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在840℃进行核化晶化一步热处理2.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例11
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为40.0wt.％，CaO为31.0wt.％，Al2O3为16.4wt.％，Fe2O3为6.4wt.％，Cr2O3为3.0wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在860℃进行核化晶化一步热处理1.5h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例12
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为41.0wt.％，CaO为30.0wt.％，Al2O3为17.2wt.％，Fe2O3为6.0wt.％，Cr2O3为2.8wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在880℃进行核化晶化一步热处理1.0h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。
实施例13
以不锈钢渣和粉煤灰为原料，将原料中各成分(重量百分比)调配到含SiO2为42.0wt.％，CaO为29.0wt.％，Al2O3为18.0wt.％，Fe2O3为5.5wt.％，Cr2O3为2.6wt.％。将配好的原料混合均匀，制备成玻璃配合料，配合料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h。保温后的玻璃液采用压延成形，成形后的基础玻璃在900℃进行核化晶化一步热处理0.5h，冷却至室温，最后对玻璃板进行切磨抛加工得到微晶玻璃成品。

Claims (5)

1.一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法首先以不锈钢渣和粉煤灰为原料，制备获得基础玻璃，对所述基础玻璃进行采用核化晶化一步热处理制备获得微晶玻璃。
2.根据权利1所述的一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，其特征在于，控制所述原料中SiO2为32.0wt.％-42.0wt.％，CaO为29.0wt.％-39.0wt.％，Al2O3为10.0wt.％-18.0wt.％，Fe2O3为5.5wt.％-10.0wt.％，Cr2O3为2.6wt.％-4.0wt.％。
3.根据权利1所述的一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述核化晶化一步热处理具体为：将基础玻璃的核化和晶化在同一温度下一次完成。
4.根据权利1所述的一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述核化晶化一步热处理的温度为670℃-900℃，保温时间为0.5h-4h。
5.根据权利1所述的一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(1)配料：以不锈钢渣和粉煤灰为原料，调配所述原料中SiO2为32.0wt.％-42.0wt.％，CaO为29.0wt.％-39.0wt.％，Al2O3为10.0wt.％-18.0wt.％，Fe2O3为5.5wt.％-10.0wt.％，Cr2O3为2.6wt.％-4.0wt.％；
(2)混料：将步骤(1)中配好的原料混合均匀；
(3)熔化：将步骤(2)混合均匀的原料在1450℃熔化成玻璃熔液并保温2h；
(4)成形：保温后的玻璃液采用压延成形，获得成形后的基础玻璃；
(5)核化晶化一步热处理：将步骤(4)成形后的基础玻璃进行核化晶化一步热处理，核化晶化一步热处理条件为：热处理的温度为670℃-900℃，保温时间为0.5h-4h；
(6)切磨抛加工：冷却至室温，对步骤(5)处理后获得的玻璃板进行切磨抛加工，得到微晶玻璃成品。
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