CN101186444B - 低成本微晶玻璃材料及制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种低成本建筑用微晶玻璃材料及制备工艺，是选用了由部分废玻璃组成的低成本基料，按以下工艺流程制得的：废玻璃拣选→清洗→粉碎→筛分→加入普通钙铝硅系微晶玻璃基料中→混料→烧结反应析晶→微晶玻璃材料。其特点在于选用废玻璃颗粒直接添加到普通钙铝硅系微晶玻璃基料中，制成低成本微晶玻璃基料，利用普通钙铝硅系微晶玻璃基料的表面析晶作用，诱导废玻璃颗粒产生表面析晶，最后使废玻璃颗粒整体析晶，从而获得微晶玻璃材料。由于利用的是界面非均匀成核一长大机理，对玻璃成分无特殊的要求，可以使用普通废玻璃，直接加入普通微晶玻璃基料中，来生产不同品质要求的微晶玻璃材料，既降低了微晶玻璃材料的制造成本，又回收利用了废玻璃。

Description

低成本微晶玻璃材料及制备工艺

技术领域  本发明涉及一种降低建筑微晶玻璃材料成本的制造方法，具体涉及到一种利用废玻璃生产高品质建筑微晶玻璃材料的基料配方和制备工艺，属于建筑装饰材料领域。

背景技术  微晶玻璃材料是一种性能优良的无机材料，具有强度高、硬度大、耐腐蚀、耐高温等优点，可以做电子材料、建筑装饰材料等。做为建筑装饰材料的微晶玻璃材料，不但性能优良，而且图案美观可调，是目前最高档的建筑装饰材料，广泛应用在机场、宾馆等高档场所，起到了很好的装饰效果。但与之相随的是较高的成本，包括制造成本和加工成本，高成本制约了建筑微晶玻璃材料的广泛应用，因此，降低建筑微晶玻璃材料的成本，是许多研究人员的努力追求，并且也取得了很多的成绩。

降低建筑微晶玻璃材料制造成本的方法可以通过降低基料的成本达到。降低基料成本的方法目前有三种，第一种是使用粉煤灰或者矿物尾砂等废料替代部分制造基料的原料，例如，专利申请号03111105.x(公开日2003年8月6日)和专利申请号200610032704.2(公开日2005年5月25日)提到的降低基料成本的方法，都是利用粉煤灰或矿物尾砂等废渣，经过适当的成分调整后，在熔窑中熔制出符合微晶玻璃成分的玻璃液，然后经流料制成微晶玻璃基料，再将基料热处理析晶制成微晶玻璃材料。利用粉煤灰或者矿物尾砂废料，虽然降低了微晶玻璃基料的原料成本，但这些原料仍然需要高温熔化成玻璃液，能源的消耗没有减少，因此微晶玻璃基料成本降低得并不多，而且用该方法制成的微晶玻璃材料，通常颜色较深，呈黑色或者棕色，材料的装饰效果不理想。第二种降低微晶玻璃基料成本的方法是利用废玻璃，例如专利号为200410104277.5和申请号为200610069036.0(公开日2007年3月7日)的专利提到的降低成本的方法，是将废玻璃粉碎球磨后加入适当的晶核剂，直接作为微晶玻璃基料，再进行热处理析晶制成微晶玻璃材料，这种方法虽然降低了微晶玻璃基料的成本，但增加了废玻璃的拣选、清洗、粉碎和球磨等工序，同时晶核剂的成本相对较高，这都增加了基料的成本，而且，用这种方法制成的微晶玻璃材料，其晶体含量、气孔率、晶体尺度均匀性以及材料的机械性能等，都不十分理想。第三种降低微晶玻璃基料成本的方法也是利用废玻璃，例如专利申请号200610140748.7(公开日2007年2月28日)的专利，以及马志强等人的工作(利用碎玻璃及高软化点易析晶玻璃复合烧结微晶玻璃，马志强，马春，李长敏，周靖，大连轻工业学院学报，1999，第18卷第2期)，是将废玻璃作为基料原料的一部分，适当添加其他组分使之符合微晶玻璃的成分，再熔制成微晶玻璃基料，然后进行热处理析晶制成微晶玻璃材料。这种方法制成的微晶玻璃材料的理化性能能够达到要求，并且在一定程度上降低了微晶玻璃材料的成本，但由于原料还需要进行熔化流料等工序制成基料使用，使得微晶玻璃材料的成本降低得很少。因此，目前建筑用微晶玻璃材料的成本，尤其是浅色高品质微晶玻璃材料的成本还非常高，降低这类高档微晶玻璃材料的成本，还没有有效的方法。

发明内容本发明针对建筑微晶玻璃材料制造成本较高的缺点，对建筑微晶玻璃材料的基料进行改进，根据表面诱导析晶理论，直接将适当粒度、适当种类的普通废玻璃颗粒，按一定的比例添加到普通钙铝硅系微晶玻璃基料中，机械搅拌混合后构成低成本微晶玻璃基料，然后经过常规烧结和析晶工艺，在适当调整析晶温度制度后即可制成性能优良的微晶玻璃材料。是一种低成本的微晶玻璃材料，其特征在于采用由普通废玻璃颗粒和普通钙铝硅系建筑微晶玻璃基料混合制成的低成本微晶玻璃基料，经烧结晶化后制成，所采用的低成本微晶玻璃基料，是在普通钙铝硅系建筑微晶玻璃基料中加入2～30wt％的普通废玻璃颗粒构成的，所述的普通钙铝硅系建筑微晶玻璃基料的成分为：SiO₂ 55～68 Al₂O₃ 6～11 CaO 12～18MgO 2～4 ZnO 0～8 Na₂O+K₂O 3～12 BaO 2～6着色剂0～3。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，

1)、选用普通钙铝硅系微晶玻璃基料做低成本微晶玻璃基料的主要成分，该钙铝硅系微晶玻璃基料的成分为：SiO₂ 55～68 Al₂O₃ 6～11 CaO 12～18 MgO 2～4 ZnO 0～8Na₂O+K₂O 3～12 BaO 2～6着色剂0～3；

2)、将普通废玻璃按不同种类和颜色进行拣选、清洗和粉碎，选择粒度在0.1-5mm之间的颗粒制成普通废玻璃颗粒备用；

3)、低成本微晶玻璃基料的制备，将如1)所述的普通钙铝硅系微晶玻璃基料和如2)所述的普通废玻璃颗粒按适当的比例混合，控制废玻璃的品种、颜色和重量百分比，即在同一种基料配方中，选择同种类同颜色的废玻璃颗粒，并控制废玻璃颗粒的含量在2～30％(重量百分比)之间；

4)、烧结晶化工艺，将如3)所述的低成本微晶玻璃基料储集在有理想形状的模具内，加热到普通钙铝硅系建筑微晶玻璃析晶温度附近，±30℃范围内，保温2～3小时，然后自然降温到室温，形成理想的微晶玻璃材料。

主要创新和特点

与目前通用的钙铝硅系建筑微晶玻璃材料相比，由于直接采用了部分废玻璃颗粒做基料，使该低成本微晶玻璃材料的成本显著降低，同时还具有其他一些显著的优点。

1)、降低基料(制造)成本

经过拣选、清洗、粉碎和颗粒分级后的废玻璃颗粒成本约为800元/吨，普通钠钙硅系建筑微晶玻璃基料的成本约为2000元/吨，如果用10％的废玻璃颗粒取代微晶玻璃基料，则微晶玻璃基料的成本约可降低120元/吨，相当于微晶玻璃材料的制造成本约降低了120元/吨，经济效益显著。如果用30％的废玻璃颗粒取代微晶玻璃基料，则微晶玻璃基料的成本约可降低360元/吨，相当于微晶玻璃材料的制造成本约降低了360元/吨，经济效益更显著。

2)、理化性能优良

经检测，该低成本微晶玻璃材料的耐磨、耐酸碱和抗折强度等理化性能指标，与现有常规微晶玻璃材料相比，基本没有变化，保持了普通微晶玻璃材料的优良品质。

3)、质感好、图案美观

由于部分废玻璃颗粒的析晶程度稍低，使制成的微晶玻璃材料的玻璃相含量有所提高，微晶玻璃材料的透光性能加强，增加了材料的表面光泽，并在表面上出现隐约的胞状图案，装饰效果更好。而且不同颜色微晶玻璃基料和废玻璃颗粒的组合，可以产生更美丽更丰富的装饰效果。

4)、绿色环保

直接将废玻璃回收利用，解决了废玻璃对环境的污染问题，节约了天然矿物资源，减少了能量消耗。

5)、部分低成本微晶玻璃材料的烧结晶化温度稍低，节约了能源。

具体实施方式按照微晶玻璃材料的图案和色彩的要求，选择普通钙铝硅系微晶玻璃基料的颜色和废玻璃颗粒的颜色，然后取适当重量的普通微晶玻璃基料(设计好的颜色)，按比例加入适当重量、适当粒度范围的单一品种废玻璃颗粒(设计好的颜色)，机械搅拌混合后放入刷好氧化铝脱模剂的耐火容器中，将耐火容器放入窑炉中，由常温加热到同色普通钙铝硅系微晶玻璃的最高保温温度，±30℃范围内，保温2-3小时后，自然冷却到室温，即制成了符合设计图案要求的建筑微晶玻璃材料。

按这种方法制得的低成本微晶玻璃材料，随着废玻璃含量的增加，其玻璃相含量逐渐增加(化学腐蚀法晶体含量测定)，材料的抗折强度逐渐降低，但其外观形貌和普通微晶玻璃材料相似，其显微组织结构和普通微晶玻璃材料相近，经过X-ray衍射分析发现，其结晶物相和普通微晶玻璃材料相同，主晶相为硅灰石相。因此，可以认为，本低成本微晶玻璃材料的性能和普通钙铝硅系建筑微晶玻璃材料的性能相同。

实施例1：

废玻璃含量低的低成本微晶玻璃材料

取12份普通白色微晶玻璃基料，加入1份粒度范围在2-5mm间的棕色废啤酒瓶玻璃颗粒，机械搅拌混合后放入刷好氧化铝脱模剂的耐火容器中，将耐火容器放入窑炉中，由常温加热到1090℃，在1090℃保温2.5小时后，自然冷却到室温。按这种方法制得的低成本微晶玻璃材料，其外观形貌为棕麻点状，并有更温润的光泽，更美观的装饰效果。经过X-ray衍射分析发现，其结晶物相和普通微晶玻璃材料相同，主晶相为硅灰石相；经过化学腐蚀法晶体含量测定发现，该低成本微晶玻璃材料的晶相含量为36.18％，和普通白色微晶玻璃材料晶相含量37.27％相比，变化不大。

实施例2：

废玻璃含量适中的低成本微晶玻璃材料

取6份普通米色微晶玻璃基料，加入1份粒度范围在1-4mm间的无色废平板玻璃颗粒，机械搅拌混合后放入刷好氧化铝脱模剂的耐火容器中，将耐火容器放入窑炉中，由常温加热到1065℃，在1065℃保温3小时后，自然冷却到室温。按这种方法制得的低成本微晶玻璃材料，其外观形貌和普通米色微晶玻璃材料相似。经过X-ray衍射分析发现，其结晶物相也和普通微晶玻璃材料相同，主晶相为硅灰石相；经过化学腐蚀法晶体含量测定发现，该低成本微晶玻璃材料的晶相含量为37.11％，和普通米色微晶玻璃材料晶相含量38.56％相比，变化不大。

实施例3：

废玻璃含量高的低成本微晶玻璃材料

取3份普通白色微晶玻璃基料，加入1份粒度范围在0.1-3mm间的无色废酒瓶玻璃颗粒，机械搅拌混合后放入刷好氧化铝脱模剂的耐火容器中，将耐火容器放入窑炉中，由常温加热到1055℃，在1055℃保温2小时后，自然冷却到室温。按这种方法制得的低成本微晶玻璃材料，其外观形貌和普通白色微晶玻璃材料相似，并有更温润的光泽，更透明的质感，经过X-ray衍射分析发现，其结晶物相和普通微晶玻璃材料相同，主晶相为硅灰石相；经过化学腐蚀法晶体含量测定发现，该低成本微晶玻璃材料的晶相含量为34.86％，和普通白色微晶玻璃材料晶相含量37.27％相比，变化不大。因此，可以认为，本低成本微晶玻璃材料的性能和普通微晶玻璃材料的性能相同。

Claims (3)

1.一种低成本的微晶玻璃材料，其特征在于采用由普通废玻璃颗粒和普通钙铝硅系建筑微晶玻璃基料混合制成的低成本微晶玻璃基料，经烧结晶化后制成，所采用的低成本微晶玻璃基料，是在普通钙铝硅系建筑微晶玻璃基料中加入2～30wt％的普通废玻璃颗粒构成的，所述的普通钙铝硅系建筑微晶玻璃基料的成分为：SiO₂ 55～68 Al₂O₃ 6～11 CaO 12～18MgO 2～4 ZnO 0～8 Na₂O+K₂O 3～12 BaO 2～6着色剂0～3。

2.按权利要求1所述的低成本的微晶玻璃材料，其特征在于制备该材料的低成本微晶玻璃基料中，普通废玻璃的粒度在0.1-5mm之间。

3.一种制造如权利要求1所述低成本的微晶玻璃材料的制备工艺，其特征为包括以下步骤：

1)、选用普通钙铝硅系微晶玻璃基料做低成本微晶玻璃基料的主要成分，该钙铝硅系微晶玻璃基料的成分为：SiO₂ 55～68 Al₂O₃ 6～11 CaO 12～18 MgO 2～4 ZnO 0～8Na₂O+K₂O 3～12 BaO 2～6着色剂0～3；

2)、将普通废玻璃按不同种类和颜色进行拣选、清洗和粉碎，选择粒度在0.1-5mm之间的普通废玻璃颗粒备用；

3)、低成本微晶玻璃基料的制备，将如1)所述的普通钙铝硅系微晶玻璃基料和如2)所述的普通废玻璃颗粒按适当的比例混合，控制废玻璃的品种、颜色和重量百分比，即在同一种基料配方中，选择同种类同颜色的废玻璃颗粒，并控制废玻璃颗粒的含量在2～30wt％之间；

4)、烧结晶化工艺，将如3)所述的低成本微晶玻璃基料储集在有理想形状的模具内，加热到普通钙铝硅系建筑微晶玻璃析晶温度附近，±30℃范围内，保温2～3小时，然后自然降温到室温，形成理想的微晶玻璃材料。