CN101259987A - 利用高炉渣制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，将高炉渣粉碎后过筛，掺入0～10wt％的长石和0～5wt％的锆英石制得混合粉料，混合粉料中高炉渣的重量比例不小于85％；然后球磨混合制成浆料，浆料干燥后加入粘结剂造粒，直接压片晶化烧结，即制成微晶玻璃。本发明的优点在于：1.采用炼铁高炉渣为主要原料，高炉渣的添加量可达85％以上，不仅能节约资源，减轻污染，又实现了循环经济。2.采用廉价硅酸盐原料锆英石和长石作为添加剂。3.采用粉末压片烧结的方法制备微晶玻璃，避免了传统的玻璃工艺和烧结工艺中需高温熔融玻璃后浇注成型或熔融水淬后烧结的复杂工艺。
Description
技术领域
本发明涉及微晶玻璃材料的制备工艺，具体涉及一种利用炼铁高炉水渣制备微晶玻璃材料的制备方法。
背景技术
高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉渣，是一种工业固体废物。依矿石品位不同，每炼1吨铁排出0.3～1吨渣，矿石品位越低，排渣量越大。水渣就是将熔融状态的高炉渣用水或水与空气的混合物给予水淬，使其成为砂粒状的玻璃质物质，这也是我国处理高炉渣的主要方法。炉渣弃置不用会占用土地，浪费资源，污染环境。20世纪中期以后，国外高炉渣综合利用迅速发展。目前美国、英国、加拿大、法国、德国、瑞典、比利时等许多国家都已做到当年排渣，当年用完，全部实现了资源化。中国目前每年约排放高炉渣5500多万吨，约70％制成水渣，用作水泥原料，少量用作道碴和混凝土掺加料等，此外炉渣还可做砖、砌块和肥料等。但这些炉渣中还富有很多宝贵资源，冶金炉渣远没有达到全量和高附加值的利用水平。
微晶玻璃(晶粒度＜0.5～2.0μm)，即玻璃陶瓷(Glass-ceramics)是综合玻璃和陶瓷技术发展起来的一种新型材料，其物理化学性能集中了玻璃和陶瓷的双重优点，既具有陶瓷的强度，又具有玻璃的致密性和耐酸、碱、盐的耐蚀性，除作为内、外墙装饰材料外，微晶玻璃陶瓷还可广泛应用化工、机械、电子及光学等高技术领域。炼铁高炉渣的主要成份为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等，是构成玻璃陶瓷的重要成份。
高炉渣微晶玻璃与同类产品相比，具有配方简单、熔化温度低、产品物化性能好和成本低等优点，利用高炉渣制备的微晶玻璃可以应用在如下领域：如代替天然大理石、花岗岩和黏土砖用作外墙、内墙、广场地面、卫生间及各种结构材料，并且可选择适当的着色剂生产各种色彩的建筑装饰面板等。微晶玻璃板材因其具有天然石材不可比拟的装饰效果和理化性能，没有放射性，价格又低于高档石材，是中档天然石材的理想替代品，属绿色环保产品，市场前景广阔；与目前传统的黏土类建材相比，具有高的机械强度、优良的耐腐蚀性能；和二氧化硅类玻璃制品相比又比较坚固。二十世纪九十年代以后，随着全球环保意识的增强，大理石、花岗岩的开采量日益下降，黏土的开掘也开始控制，因此高炉渣应用于建材行业，变废为宝，节约了资源和能源，是双向环保的技术。
现有的微晶玻璃制备多以冶金矿渣、粉煤灰、尾矿、赤泥或纯化工试剂为原料，常采用熔融法、溶胶-凝胶法和烧结法制备。熔融法(整体析晶法)生产工艺为配合料制备→玻璃熔制→水淬→粉碎→浇注成型→核化晶化，如中国发明专利ZL98117458.2公开的一种微晶玻璃装饰砖的制备方法及产品，目前该方法存在的问题是玻璃熔融温度高，晶化温度高，工艺较繁琐，炉渣利用率低等缺陷；同整体析晶不同，溶胶-凝胶法在制备材料的初期就进行控制，材料的均匀性可达到纳米甚至分子水平，但生产周期长，成本高，环境污染大，烧结过程中有较大的收缩，制品容易变形；烧结法制备微晶玻璃具有熔融温度低、晶化能力强等特点，但目前该方法炉渣的利用率只有50～60％。鉴于此，开发一种简单易行的用高比例炉渣制备微晶玻璃的方法是有实际意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用高比例炉渣制备微晶玻璃的方法，以克服现有微晶玻璃制备工艺复杂、成本高、炉渣利用率低等不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，将高炉渣粉碎后过筛，掺入0～10wt％的长石和0～5wt％的锆英石制得混合粉料，混合粉料中高炉渣的重量比例不小于85％；然后球磨混合制成浆料，浆料干燥后加入粘结剂造粒，直接压片晶化烧结，即制成微晶玻璃。
使用球磨粉碎所述高炉渣，然后过200目筛，掺入3～7wt％的长石和0～3wt％的锆英石制得混合粉料，所述混合粉料中高炉渣的重量比例不小于90％；在球磨混合制备浆料时所述混合粉料与球和助磨剂的重量比为1～2∶1～2∶1～2；浆料干燥到含水率≤5％后，加入粘结剂造粒；所述压片晶化烧结工序中具体参数是在20～60MPa下压制成型，坯体经850～950℃晶化1～2小时，1000～1200℃烧结1～2小时，升温速度为1～10℃/分钟；最后对所得微晶玻璃表面抛光后获得钙铝硅酸盐炉渣光泽面微晶玻璃制品。
在制备所述浆料时加入的助磨剂为水或乙醇。
所述造粒粘结剂是水或聚乙烯醇或甘油或水玻璃，其重量不超过造粒混合料的5％。
采用本发明所述的技术方案制成的产品可代替大理石、花岗岩和黏土砖用于建筑装饰材料，同时实现了炉渣资源高附加值的利用。其优点在于：
1.采用炼铁高炉渣为主要原料，由于高炉渣的主要成分为硅酸盐玻璃相，辅以少量添加剂，可以作为微晶玻璃的主要原料。高炉渣的添加量可达85％以上，不仅能节约资源，减轻污染，又实现了循环经济。
2.采用廉价硅酸盐原料锆英石和长石作为添加剂。
3.采用粉末压片烧结的方法制备微晶玻璃，避免了传统的玻璃工艺和烧结工艺中需高温熔融玻璃后浇注成型或熔融水淬后烧结的复杂工艺。
附图说明
图1为实施例1所制得的微晶玻璃扫描电镜(SEM)照片；
图2为炉渣微晶玻璃的X衍射曲线。
具体实施方式
实施例1
(1)所采用的炉渣成分为：SiO2为33wt％，Al2O3为13wt％，CaO为38wt％，MgO为9wt％；微晶玻璃原料组成为95wt％炉渣，5wt％长石。
(2)将高炉渣原料球磨48小时，过200目筛配以长石添加剂，添加剂的细度为200目；
(3)球磨混合10小时制成浆料，其中料、球、水的比例为1∶1.5∶1.5，浆料于60℃干燥到含水率≤5％后加入甘油造粒，20MPa下压制成型；
(4)850℃晶化2小时，1170℃烧结1小时，升温速度5℃/min。经抛光后获得炉渣微晶玻璃，主晶相为钙黄长石(2CaO·Al2O3·SiO2)。制成的微晶玻璃的密度为2.67g/cm3，维氏硬度为4.65GPa，吸水率为0.11％。
从图1所示的微晶玻璃扫描电镜(SEM)照片中可以看出其中有结晶的晶粒，其余为玻璃相；从图2所示的微晶玻璃的X衍射曲线中可以看出其结晶相为钙黄长石。
实施例2
微晶玻璃原料组成为95wt％炉渣，5wt％长石。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、水的比例为1.5∶2∶1.5，浆料于80℃干燥至含水率≤4％后加入重量比3％的水造粒，压片晶化烧结参数是在30MPa下压制成型，950℃晶化1小时，1150℃烧结2小时，升温速度2℃/分钟。经抛光后获得钙黄长石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.75g/cm3，维氏硬度为5.15GPa，吸水率为0.20％。
实施例3
微晶玻璃原料组成为92wt％炉渣，3wt％的锆英石，5wt％长石。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、水的比例为2∶1∶1，浆料于90℃干燥至含水率≤3％后加入重量比5％的水造粒，压片晶化烧结参数是在40MPa下压制成型，900℃晶化1小时，1200℃烧结1.5小时，升温速度10℃/分钟。经抛光后获得钙黄长石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.78g/cm3，维氏硬度为5.20GPa，吸水率为0％。
实施例4
微晶玻璃原料组成为95wt％炉渣，2wt％的锆英石，3wt％长石。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、乙醇的比例为1∶1.5∶2，浆料于60℃干燥至含水率≤1％后加入聚乙烯醇造粒，压片晶化烧结参数是在50MPa下压制成型，850℃晶化1.5小时，1100℃烧结2小时，升温速度2℃/分钟。经抛光后获得钙黄长石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.70g/cm3，维氏硬度为5.40GPa，吸水率为0.10％。
实施例5
微晶玻璃原料组成为93wt％炉渣，7wt％长石。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、乙醇的比例为1∶1∶2，浆料于60℃干燥至含水率≤1％后加入甘油造粒，压片晶化烧结参数是在60MPa下压制成型，900℃晶化1.5小时，1000℃烧结2小时，升温速度5℃/分钟。经抛光后获得钙黄长石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.65g/cm3，维氏硬度为5.10GPa，吸水率为0.11％。
实施例6
微晶玻璃原料组成为93wt％炉渣，1wt％的锆英石，6wt％长石。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、乙醇的比例为1.5∶1∶2，浆料于70℃干燥至含水率≤1％后加入水玻璃造粒，压片晶化烧结参数是在40MPa下压制成型，850℃晶化2小时，1140℃烧结1小时，升温速度10℃/分钟。经抛光后获得钙黄长石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.65g/cm3，维氏硬度为5.20GPa，吸水率为0.30％。
实施例7
微晶玻璃原料组成为100wt％炉渣，将炉渣球磨72小时过200目筛备用。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、水的比例为1∶1∶2，浆料于70℃干燥至含水率≤3％后加入甘油造粒，压片晶化烧结参数是在40MPa下压制成型，950℃晶化1小时，1170℃烧结1小时，升温速度3℃/分钟。经抛光后获得硅灰石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.60g/cm3，维氏硬度为5.30GPa，吸水率为0.21％。
实施例8
微晶玻璃原料组成为85wt％炉渣，5wt％的锆英石，10wt％长石。前期工艺条件如实施例1，球磨混合制备浆料时料、球、水的比例为1∶1∶2，浆料于80℃干燥至含水率≤3％后加入水玻璃造粒，压片晶化烧结参数是在50MPa下压制成型，850℃晶化4.5小时，1000℃烧结1小时，升温速度1℃/分钟。经抛光后获得钙长石为主晶相的炉渣微晶玻璃。微晶玻璃的密度为2.70g/cm3，维氏硬度为5.45GPa，吸水率为0.13％。
Claims (4)
1. 利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于：将高炉渣粉碎后过筛，掺入0～10wt％的长石和0～5wt％的锆英石制得混合粉料，混合粉料中高炉渣的重量比例不小于85％；然后球磨混合制成浆料，浆料干燥后加入粘结剂造粒，直接压片晶化烧结，即制成微晶玻璃。
2. 如权利要求1所述的利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，其特征是使用球磨粉碎所述高炉渣，然后过200目筛，掺入3～7wt％的长石和0～3wt％的锆英石制得混合粉料，所述混合粉料中高炉渣的重量比例不小于90％；在球磨混合制备浆料时所述混合粉料与球和助磨剂的重量比为1～2∶1～2∶1～2；浆料干燥到含水率≤5％后，加入粘结剂造粒；所述压片晶化烧结工序中具体参数是在20～60MPa下压制成型，坯体经850～950℃晶化1～2小时，1000～1200℃烧结1～2小时，升温速度为1～10℃/分钟；最后对所得微晶玻璃表面抛光后获得钙铝硅酸盐炉渣光泽面微晶玻璃制品。
3. 如权利要求2所述的利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，其特征是在制备所述浆料时加入的助磨剂为水或乙醇。
4. 如权利要求1或2或3所述的利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，其特征是所述造粒粘结剂是水或聚乙烯醇或甘油或水玻璃，其重量不超过造粒混合料的5％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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