CN102674695A

CN102674695A - 废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法

Info

Publication number: CN102674695A
Application number: CN2012101648741A
Authority: CN
Inventors: 卢金山; 韩业创; 谢希; 梁若涯; 徐接旺
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开一种废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法，属于建筑装饰材料领域。本发明的工艺步骤包括：（1）将废灯管玻璃熔制、水淬、研磨及筛分，得到玻璃微粉；（2）加入适量生石灰，使其满足CAS微晶玻璃组份要求；（3）将混合均匀的粉料压实成型，在快速升温炉中进行烧结，制备出CAS微晶玻璃。本发明利用废灯管玻璃微粉为主要原料，采用快速烧结工艺制备CAS微晶玻璃，具有原料成本低廉、烧结温度较低、烧结时间短以及微晶玻璃抗弯强度高等特点，实现废灯管玻璃的环保节能、高附加值以及规模化回收利用，具有显著的经济和社会效益。

Description

废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法

技术领域

本发明涉及一种制备钙铝硅微晶玻璃的方法，尤其涉及一种废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法。

背景技术

钙铝硅（CAS）微晶玻璃具有优异的机械强度、耐化学腐蚀性以及独特纹理，被称为21世纪的新型建筑装饰材料。由于CAS微晶玻璃使用价格较高的长石原料，且生产能耗高，导致产品售价居高不下（200～300元/平方米），普通消费者难以接受，因此，降低建筑微晶玻璃原料和生产成本对其市场推广具有积极意义。目前工业废渣玻璃、灰渣、矿渣、钢渣等固体废弃物已被应用于制备或生产建筑装饰微晶玻璃。CN 200810012165.5公开了一种利用铁尾矿为主要原料，采用原料粉体直接烧结工艺制备建筑微晶玻璃。CN 02100438.2公开了一种利用化工废渣(白泥)生产微晶玻璃建筑材料的方法，这种方法仍然需要添加多种化工原料，如石英、长石、氧化锌等。Furlani等利用高锰钢钢渣与节能灯的灯管玻璃为原料，通过快速烧结制备出结晶相为透辉石和CaMnSiO₇的微晶玻璃【Furlani E, Tonello G, Maschio S. Recycling of steel slag and glass cullet from energy saving lamps by fast firing production of ceramics[J]. Waste Management, 2010, 30: 1714–1719.】，灯管玻璃质量含量为40%时抗弯强度达到62 MPa，超过瓷砖强度（～35 MPa），适合应用于高档地砖，经济效益显著。

目前我国日光灯管产量和使用量居世界首位，每年产生的废灯管十多万吨，其中绝大多数随生活垃圾被掩埋在地下，不仅浪费资源，而且灯管释放出的汞及其化合物达数百吨，严重污染土壤和地下水源，对环境造成了极大危害，因此，废灯管回收利用已成为发展资源节约、环境友好型经济社会的迫切需求。利用废灯管玻璃为主要原料，可以有效降低建筑微晶玻璃的原料和生产成本，但目前国内相关领域研究工作很少。专利CN 201110044710.0公开了含汞灯管无害化处理方法，专利CN 200910040727.1公开了废灯管资源化回收方法，现有处理方法只是实现了废灯管简单回收和无害化处理，并未对废灯管玻璃进行高效利用。废灯管玻璃的主要化学组份为SiO₂、Na₂O、K₂O、CaO和BaO等，在废灯管玻璃中添加适量生石灰（CaO），可以满足建筑微晶玻璃的化学组份要求，用于制备高性能CAS建筑微晶玻璃。

本发明利用废灯管玻璃快速烧结制备CAS建筑微晶玻璃，不仅可以保护环境，节约不可再生资源，而且大幅度降低微晶玻璃的原料和生产成本，实现废灯管的环保节能、高附加值和规模化回收利用，对于经济可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法，该方法以废灯管玻璃为主要原料，解决了基础玻璃析晶能力弱的技术难点；同时，本发明采用废灯管玻璃微粉与生石灰混合粉体的快速烧结工艺，控制微晶玻璃中晶相形貌，获得具有较高结晶度和抗弯强度的CAS微晶玻璃。

本发明的目的是这样来实现的，方法步骤包括：

1）将废灯管玻璃在1450 ℃下均匀熔制，然后经过玻璃液水淬、玻璃颗粒研磨及筛分，得到玻璃微粉；

2）在玻璃微分中加入质量百分含量12～20%生石灰，使其化学组份满足CAS微晶玻璃的要求，即质量百分含量如下：SiO₂：55～70%，CaO：15～22%，Al₂O₃：3～11%，Na₂O+K₂O：8～12%；

3）将混合均匀的粉料在在模具中60 MPa压力下成型，在快速升温炉中进行烧结，并随炉冷却，制备出CAS微晶玻璃。

废灯管玻璃微粉的粒径为1～50 mm；

烧结升温速率为40～80 ℃/min，烧结温度为950～1050 ℃，烧结时间为15～30 min。

与现有废玻璃制备建筑微晶玻璃相比，本发明废灯管玻璃快速烧结制备CAS微晶玻璃具有实质性进步和技术创新，具体体现在：

1）本发明废灯管玻璃微粉的粒径只有1～50 mm，这种微细玻璃粉料比表面积大，烧结活性高，析晶能力强，可以在较低温度下（950～1050 ℃）致密烧结，得到较高结晶度的微晶玻璃；与此相反，现有建筑微晶玻璃的原料粉体粒径一般在毫米尺度，烧结活性较差，需要在高温下（1100℃以上）才能烧结致密；

2）本发明采用快速烧结工艺，烧结升温速率为40～80 ℃/min，可以在较短时间内（15～30 min）完成烧结；而现有建筑微晶玻璃的常规烧结升温速率为5～10 ℃/min，烧结时间超过120 min。不同烧结升温速率导致烧结时间出现显著差异，其原因在于烧结机理不同，快速升温过程中试样呈现出烧结致密化，当达到最高烧结温度时才会出现玻璃析晶；而常规烧结升温过程中烧结和析晶同时进行，析出的晶粒阻碍玻璃的烧结，需要较长时间才能完成烧结；

3）与常规升温速率相比，快速升温烧结有利于在玻璃颗粒界面上形成针状或棒状的晶粒形貌，对微晶玻璃起到强化作用，CAS微晶玻璃中结晶相的体积百分含量为40～55%，微晶玻璃抗弯强度为70～90 MPa；与此相比，常规升温速率的微晶玻璃以球状晶粒为主，抗弯强度为40～55 MPa。

综上所述，本发明由废灯管玻璃微粉快速烧结制备CAS微晶玻璃，具有原料成本低廉、烧结温度较低、烧结时间短以及微晶玻璃抗弯强度高等特点，可以实现废灯管玻璃的环保节能、高附加值、规模化回收利用，具有显著的经济和社会效益。

具体实施方式

实施例1

以废灯管玻璃粗粉为主要原料，使用常规烧结工艺制备CAS微晶玻璃：

（1）废灯管玻璃微粉的制备：将废灯管玻璃均匀熔制，然后经过水淬、研磨及筛分，得到玻璃粉，粉体平均粒径为109 mm；

（2）配料：废灯管玻璃微粉82% + 生石灰18%（质量百分含量）；

（3）混料：将混合粉料在陶瓷研钵内研磨混合，然后过80目筛网，得到均匀混合的粉体；

（4）成型：混合粉料倒入模具，并在60 MPa压力下压实成型；

（5）试样烧结：将成型试样放入马弗炉中，以10 ℃/min升温速率升温至1050℃，保温180 min后随炉冷却至室温；

按上述工艺制备的CAS微晶玻璃中结晶相体积百分含量为38%，抗弯强度为48 MPa，断裂韧度为0.8 MPa·m^1/2。

实施例2

以废灯管玻璃微粉为主要原料，使用快速烧结工艺制备CAS微晶玻璃：

（1）废灯管玻璃微粉的制备：将废灯管玻璃均匀熔制，然后经过水淬、研磨及筛分，得到玻璃微粉，粉体平均粒径为16 mm；

（3）混料：使用氧化铝研磨球，将混合粉料在行星球磨机中机械研磨混合60 min，然后过325目筛网，得到均匀混合的粉体；

（4）成型：混合粉料倒入模具，并在60 MPa压力下压实成型；

（5）试样烧结：将成型试样放入快速升温炉中，以50 ℃/min升温速率升温至1050℃，保温30 min后随炉冷却至室温；

按上述工艺制备的CAS微晶玻璃中结晶相体积百分含量为52%，抗弯强度为80 MPa，断裂韧度为1.4 MPa·m^1/2。与实施例1的粗粉原料以及常规升温速率烧结的方法相比，体现本发明创新性的实施例2在CAS微晶玻璃的结晶度、抗弯强度以及断裂韧度都有显著提高。

Claims

1. 一种废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法，其特征包括以下步骤：

2.根据权利1所述的废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法，其特征在于废灯管玻璃微粉的粒径为1～50 mm。

3.根据权利1所述的废灯管玻璃快速烧结制备钙铝硅微晶玻璃的方法，其特征在于烧结升温速率为40～80 ℃/min，烧结温度为950～1050 ℃，烧结时间为15～30 min。