CN102826758A - 工业耐磨耐腐蚀微晶玻璃板材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业耐磨耐腐蚀微晶玻璃板材及制备方法。本发明包括下列原料的重量比组分：铬渣10～30份，粉煤灰15～30份，金矿尾矿10～20份，钠长石5～10份，石英砂10～30份，硼砂2～5份计算料方，球磨混合，分别经过熔制、成型、退火、核化和晶化得到微晶玻璃板材。本发明有效利用了铬渣、粉煤灰及金矿尾矿，制备工艺简单，生产成本低，不同批次产品的重现性好，适合大规模工业化生产。制得的矿渣微晶玻璃板材具有密实、高强度、耐腐蚀、耐磨等优异的性能。可广泛用于应用于电力行业、化工行业、煤炭行业以及钢铁行业易磨损易腐蚀等部位的内衬材料。
Description
技术领域：
本发明涉及一种工业耐磨耐腐蚀微晶玻璃板材及制备方法，特别是涉及一种以铬渣、粉煤灰和金矿尾矿为主要原料，制造工业耐磨耐腐蚀微晶玻璃板材的方法，属于工业耐磨耐蚀材料。
背景技术：
铬盐和金属铬是重要的工业原料，广泛应用于冶金、材料、电镀、制革等众多工业领域，但是金属铬和铬盐生产中排放的铬渣是有毒的固体废弃渣，其中的有害成分主要是水溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等Cr6+离子。当铬渣露天堆存时，经长期雨水冲淋后大量的有毒性Cr6+离子通过渗透流失、流入地表，从而污染地下水，也污染了江河、湖泊、进而危害农田、水产和人体健康。2003年6月国家环保总局已发出《关于加强含铬危险废物污染防治的通知》，要求加大含铬危险废物的安全处置和综合利用力度，确保含铬危险物得到无害化处置，避免对厂区及周围环境造成污染。因此，开展含铬废渣的无害化处理和资源化利用的研究已使我国生态环境保护所面临的一个重要问题。
随着金矿的开采及电力行业的迅速发展，金矿尾矿和粉煤灰的积蓄量逐年增加，占用了耕地，污染了环境，科学研究者已朝着如何综合利用这些废渣这个方向努力，在废渣利用、治理环境方面取得了很大的进展，特别是利用工业废渣制备各种微晶玻璃材料研究方面，科学研究者做了很多努力。但是，利用废铬渣、金矿尾矿和粉煤灰等符合矿渣制备微晶玻璃的研究尚未报道。废铬渣中虽然含有有毒的Cr6+离子，但是粉煤灰中含有微量的未燃烧尽的碳，可以将有毒的Cr6+离子还原为无毒的低价铬离子，并且被还原的铬离子能够与原料中少量的铁形成铬铁尖晶石，作为晶体长大的成核点，是很好的复合晶核剂；另外，从玻璃成分上来看，废铬渣中含有较高的钙，而金矿尾矿和粉煤灰中含有较高的硅和铝，因此在配方设计过程中能够形成很好的成分互补，以CaO-Al2O3-SiO2三元相图为设计依据时，能够充分的利用这些废渣，达到资源综合利用的目的。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种工业耐磨耐蚀矿渣微晶玻璃板材及制备方法，该方法缓解目前铬渣、粉煤灰和金矿尾矿堆积给社会带来的环境压力，解决微晶玻璃制造方法单一，成本高的难题，拓展矿渣微晶玻璃的工业用途。
技术解决方案
本发明包括下列原料的质量比组分：铬渣10～30份，粉煤灰15～30份，金矿尾矿10～20份，钠长石5～10份，石英砂10～30份，硼砂2～5份。
所述铬渣的主要成分及质量百分比为：Al2O3 3～12％，CaO 20～40％，MgO 5～35％，Fe2O31～12％，Cr2O6 0.3～1％，Na2Cr2O7 0.3～1％，其余为SiO2；
所述的粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要成分及直来那个百分比为：SiO2 45～50％，Al2O3 20～25％，CaO 2～7％，MgO 2～5％，Fe2O3 2～7％，C1-5％，其他1-5％；
所述的金矿尾矿是黄金矿选冶后排出的工业矿渣，其主要成分及直来那个百分比为：SiO260～70％，Al2O3 4～9％，CaO 1～3％，MgO 0～1％，Fe2O3 1～5％，其他1-5％。
所述的铬渣、粉煤灰、金矿尾矿和钠长石的颗粒尺寸均小于0.38mm或全部通过40目筛。
所述石英砂的细度为60～80目。
本发明制备步骤如下：
(1)按质量比取铬渣10～30份，粉煤灰15～30份，金矿尾矿10～20份，钠长石5～10份，石英砂10～30份、2～5份硼砂进行破碎作为玻璃原料，其中，所述的铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石和硼砂颗粒尺寸均小于0.38mm或全部通过40目筛，石英砂的细度为60～80目；
(2)将步骤(1)中的玻璃配合料置于玻璃熔窑或坩埚内，在温度1300℃～1450℃下熔制2～5h，得到均一的玻璃液；
(3)将步骤(2)的玻璃液快速浇注于预热至400℃～600℃的成型模具中成型；
(4)将成型的板材置于590℃～650℃的辊道窑、梭式窑、隧道窑或箱式炉内退火1～5h，然后升温至700℃～750℃核化1～3h，最后升温至800℃～900℃晶化1～3h，随炉冷却至室温，得到工业用耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材。
本发明退火温度至核化温度、核化温度至晶化温度的升温速率均不超过5℃/min。
所述成型模具材料为铸铁或钢质材料。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
(1)现有技术利用矿渣微晶玻璃材料，主要是采用烧结方法，而烧结法与熔融法相比，多了水淬干燥及装模的环节，能耗大工艺复杂，而且制得的制品常有气孔缺陷，不够密实。
(2)铬渣、粉煤灰和金矿尾矿均属于工业废料，大量堆积不仅污染环境和地下水资源，而且是二次资源的严重浪费，将铬渣、粉煤灰和金矿尾矿作为制造矿渣微晶玻璃板材的原料，不仅可以逐步消耗这些废弃物，减轻它们所带来的环境压力，而且可以提高它们的利用附加值，给社会带来经济效益。
(3)本发明不仅可以充分利用铬渣、粉煤灰和金矿尾矿的成分互补优势，而且可以利用粉煤灰中未烧尽的碳将铬渣中有毒的高价铬还原为无毒的低价铬，作为制备微晶玻璃板材的形核剂，不需另外添加形核剂，即节约了生产成本，又降解了有毒物质。
(4)本发明将矿物原料钠长石与铬渣、粉煤灰、金矿尾矿配合使用，不仅可以减少纯碱、三氧化二铝、氧化钙等化工原料的用量，降低生产成本，而且可以适当降低玻璃熔制温度，减少玻璃液对耐火材料的侵蚀。
(5)利用铬渣、粉煤灰和金矿尾矿制造矿渣微晶玻璃板材充分体现了“变废为宝，推陈出新”的理念，实现资源的循环利用。
(6)本发明制备工艺简单，生产成本低，不同批次产品的重现性好，适合大规模工业化生产。
(7)本发明制造的矿渣微晶玻璃板材，具有结构密实，吸水率小，抗折、抗压强度高，耐磨性和耐腐蚀性优异的特点，可以广泛地应用于电力行业、化工行业、煤炭行业以及钢铁行业易磨损易腐蚀等部位的内衬材料。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
实施例1先将铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石、石英砂进行破碎、筛选。铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石的细度可为40目全过，石英砂的细度为60～80目，二氧化硅含量≥97％。按照原料配比的重量份：铬渣20份，粉煤灰30份，金矿尾矿15份，钠长石7份，石英砂25份，硼砂3份进行称量，并混合均匀得到玻璃配合料。
将上述配合料加入玻璃熔窑内，于1350℃下熔制5h得到均一的玻璃液，将玻璃液迅速浇注于事先预热到400℃，尺寸调整为200×300×20mm的模具中成型，将成型后的板材置于辊道窑内进行退火、核化、晶化处理，其中退火温度600℃，退火时间3h，核化温度720℃，核化时间2h，晶化温度850℃，晶化时间2h。由此即可得到微晶玻璃制品。
实施例2
先将铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石、石英砂进行破碎、筛选。铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石的细度可为40目全过，石英砂的细度为60～80目，二氧化硅含量≥97％。按照原料配比的重量份：铬渣15份，粉煤灰30份，金矿尾矿20份，钠长石10份，石英砂20份，硼砂5份进行称量，并混合均匀得到玻璃配合料。
将上述配合料加入1L氧化铝坩埚内，置于硅钼棒高温电阻炉在1350℃下熔制3h得到均一的玻璃液，将玻璃液迅速浇注于事先预热到300℃，尺寸调整为100×200×15mm的模具中成型，将成型后的板材置于辊道窑内600℃退火3h，得到退火微晶玻璃板材，再将退火板材置于马弗炉内核化、晶化处理，其中核化温度700℃，核化时间1h，晶化温度860℃，晶化时间2h。由此即可得到微晶玻璃制品。
实施例3
先将铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石、石英砂进行破碎、筛选。铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石的细度可为40目全过，石英砂的细度为60～80目，二氧化硅含量≥97％。按照原料配比的重量份：铬渣25份，粉煤灰26份，金矿尾矿10份，钠长石10份，石英砂25份，硼砂4份进行称量，并混合均匀得到玻璃配合料。
将上述配合料150kg加入玻璃电熔窑内，于1350℃下熔制7h得到均一的玻璃液，将玻璃液迅速浇注于事先预热到350℃，尺寸调整为200×300×15mm的模具中成型，将成型后的板材置于辊道窑内620℃退火3h，然后直接升温至850℃晶化5h，得到微晶玻璃板材制品。
实施例4
先将铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石、石英砂进行破碎、筛选。铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石的细度可为40目全过，石英砂的细度为60～80目，二氧化硅含量≥97％。按照原料配比的重量份：铬渣15份，粉煤灰30份，金矿尾矿18份，钠长石10份，石英砂22份，硼砂5份进行称量，并混合均匀得到玻璃配合料。
将上述配合料120kg加入玻璃电熔窑内，于1350℃下熔制8h得到均一的玻璃液，将玻璃液迅速浇注于事先预热到400℃，尺寸调整为100×150×20mm的模具中成型，将成型后的板材置于辊道窑内650℃退火3h，得到退火微晶玻璃板材，再将退火板材置于梭式窑内700℃核化3h，870℃晶化2h，即可得到微晶玻璃板材制品。
Claims (7)
1.工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材，其特征在于：包括下列原料的质量比组分：铬渣10～30份，粉煤灰15～30份，金矿尾矿10～20份，钠长石5～10份，石英砂10～30份，硼砂2～5份。
2.根据权利要求1所述的工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材，其特征在于，所述铬渣的主要成分及质量百分比为：Al2O33～12％，CaO 20～40％，MgO 5～35％，Fe2O3 1～12％，Cr2O60.3～1％，Na2Cr2O7 0.3～1％，其余为SiO2；所述的粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要成分及直来那个百分比为：SiO2 45～50％，Al2O3 20～25％，CaO 2～7％，MgO 2～5％，Fe2O32～7％，C1-5％，其他1-5％；所述的金矿尾矿是黄金矿选冶后排出的工业矿渣，其主要成分及直来那个百分比为：SiO2 60～70％，Al2O34～9％，CaO 1～3％，MgO 0～1％，Fe2O3 1～5％，其他1-5％。
3.根据权利要求1所述的工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材，其特征在于，所述的铬渣、粉煤灰、金矿尾矿和钠长石的颗粒尺寸均小于0.38mm或全部通过40目筛。
4.根据权利要求1所述的工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材，其特征在于，所述石英砂的细度为60～80目。
5.一种工业耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材的方法，其特征在于制备步骤如下：
(1)按质量比取铬渣10～30份，粉煤灰15～30份，金矿尾矿10～20份，钠长石5～10份，石英砂10～30份、2～5份硼砂进行破碎作为玻璃原料，其中，所述的铬渣、粉煤灰、金矿尾矿、钠长石和硼砂颗粒尺寸均小于0.38mm或全部通过40目筛，石英砂的细度为60～80目；
(2)将步骤(1)中的玻璃配合料置于玻璃熔窑或坩埚内，在温度1300℃～1450℃下熔制2～5h，得到均一的玻璃液；
(3)将步骤(2)的玻璃液快速浇注于预热至400℃～600℃的成型模具中成型；
(4)将成型的板材置于590℃～650℃的辊道窑、梭式窑、隧道窑或箱式炉内退火1～5h，然后升温至700℃～750℃核化1～3h，最后升温至800℃～900℃晶化1～3h，随炉冷却至室温，得到工业用耐磨耐腐蚀矿渣微晶玻璃板材。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：退火温度至核化温度、核化温度至晶化温度的升温速率均不超过5℃/min。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是：成型模具材料为铸铁或钢质材料。
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