CN103373815A - 一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃及其制备方法，它以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的多孔微晶玻璃，其原料按照重量百分比，它包括成孔剂2-7%，质量分数3%聚乙烯醇水溶液3~15%，余量为以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的基础玻璃；所述的基础玻璃的化学组成的质量百分比为：SiO₂40～55%，Al₂O₃5～13%，CaO20～33%，Fe₂O₃5～10%，Na₂O3～12%，B₂O₃3～8%，MgO2～6%，F^-1～4%。本发明制备的拜耳法赤泥多孔微晶玻璃材料，与传统用砖相比较具有重量轻、强度高、隔热保温、吸音防噪等特点，是一种理想的建筑材料。

Description

一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃及其制备方法

技术领域

    本发明属于工业固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

赤泥是铝工业生产过程中不可避免的要产生其工业副产品，因生产方法和铝土矿品位的不同，每生产一吨氧化铝大约要产生0.6～2.0t赤泥。拜耳法赤泥是利用拜耳法生产法从铝土矿中提取氧化铝之后产生的废渣。就我国目前氧化铝生产能力计，2010年中国赤泥的年产量已经超过了4000万吨。由于赤泥中含有碱等及其他物质，对环境有很大的污染性：有的国家把赤泥排入海中，因含有碱等有害物质而污染海洋，危害渔业生产。有的在陆地堆放,占用农田，污染水系，干燥后随风飘扬，又污染大气。 这样的处理措施均不如人意：第一，赤泥的排放和堆置处理都会对环境造成极大的污染；第二，赤泥也是一种资源，如此大量的资源被处理或排放掉是严重的资源浪费。因此，拓宽思路，探索切实可行的赤泥综合利用方法，是一个迫在眉睫的问题。

多孔微晶玻璃，又被称作微晶泡沫玻璃，是一种新型建筑材料。它是一种在玻璃主体相中均匀分布着大量的微小气泡和针状晶体的轻质、高强度材料。多孔微晶玻璃的结构决定了其具备了多孔玻璃和微晶玻璃的两者的优良性能，即具有防火、无毒、不具放射性、耐腐蚀、可加工等特点，使用其作为墙体材料可大大降低建筑物的重量，提高建筑物的内在质量，因而具有广阔的应用前景。

目前，以工业固体废弃物制备多孔微晶玻璃的研究报道如下：

中国专利文献《多孔微晶玻璃及其制造方法》（公开号CN 101328021A，公开日2008年12月24日）中，以粉煤灰、稀选尾矿为原料，用水淬法，制备出CaO-MgO-Al₂O₃-Si0₂系统的以开口气孔为主的多孔微晶玻璃，该发明产品可以满足不同过滤对象的、气孔率和孔径分布可调，主要用于污染水的过滤。

中国专利文献《利用工业赤泥生产微晶板材的配方和生产工艺》（公开号CN 102092948 A，公开日2011年6月15日）中以工业赤泥粉、钙石粉、石英砂、碳酸钡、碳酸钠、硼砂、氧化铝等为原料，烧结法制备了微晶板成品。该专利产品虽然利用了赤泥为主要原料，但未指明赤泥是什么类型的赤泥，且产品不是多孔微晶玻璃，不具备轻质的优点。

中国专利文献《利用熔融法制备矿渣微晶玻璃》（公开号CN 101007708 A，公开日2007年8月1日）中，以粉煤灰、铁尾矿、硼泥等为原料，通过配料、混料、熔制、成型、核化与晶化等工艺过程，制备了性能优异的矿渣微晶玻璃产品。该产品为熔融法制备，主要用于建筑、化工设备防腐等领域，但也不是多孔建材产品，不具备轻质的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即具有微晶玻璃的特点，也具有多孔玻璃优势的新型绿色建材产品—多孔微晶玻璃。该发明产品具有机械强度高、导热系数小、热工性能稳定、抗燃、不变形、耐用、耐温、抗腐、抗氧化、耐酸碱、无毒、无放射性、易加工等优良的理化性能。本发明还提供了该产品的制备方法，该方法可以有效地消除赤泥等固体废弃物对周围环境的污染。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃，它以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的多孔微晶玻璃，其原料按照重量百分比，它包括成孔剂2-7%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液3~15%，余量为以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的基础玻璃；所述的基础玻璃的化学组成的质量百分比为：SiO₂ 40～55%，Al₂O₃ 5～13%，CaO 20～33%，Fe₂O₃ 5～10%，Na₂O 3～12%，B₂O₃ 3～8%，MgO 2～6%，F^- 1～4%，其中多孔微晶玻璃的抗压强度：10～38MPa，吸水率：2-25%，密度：700-1480Kg/cm³。

进一步，所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括拜耳法赤泥35-62%，石英15-26%，硼砂5-10%，方解石8-15%，萤石2-5%，硝酸钠3-7%，锂云母5-12%。

进一步，所述的拜耳法赤泥为高钙赤泥，高钙赤泥中CaO的含量为11-16%。

进一步，所述的基础玻璃的原料还包括着色剂，按照重量百分比，其加入量为1~4%。

进一步，所述的成孔剂为碳酸铵和/或碳酸氢铵，粒度小于200目。

一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的生产方法，其原料按照重量百分比，成孔剂2-7%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液3~15%，余量为以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的基础玻璃，其中所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括拜耳法赤泥35-70%，石英15-26%，硼砂5-10%，方解石8-15%，萤石2-5%，硝酸钠3-7%，锂云母5-12%，其步骤包括：

1) 混料：按照原料配比，称取拜耳法赤泥，石英，硼砂，方解石，萤石，硝酸钠，锂云母，混合均匀；

2) 基础玻璃的制备：将混合均匀的原料压实，加热熔化，将熔化好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到0-6mm基础玻璃颗粒，干燥；

3) 基础玻璃粉的制备：将干燥的基础玻璃颗粒用球磨机磨成粒度为150~200目的基础玻璃粉，将上述粉料直接送入混合设备中并加入成孔剂，混合均匀；

4) 成型：在基础玻璃粉中加入聚乙烯醇水溶液，混合造粒，在80-120MPa压力下成型，室温干燥20~28小时，得到生坯；

5) 核化、晶化和成孔：将干燥后的生坯在650-750℃保温0.5~2h完成核化，在800-900℃保温1~3h，完成晶化过程，同时成孔剂分解，形成均匀的气孔，得到坯体；

6) 对微晶化处理后的坯体进行切割、研磨、抛光即为拜耳法赤泥多孔微晶玻璃制品。

进一步，所述的第1步中的混合时间为3-5min。

进一步，所述的拜耳法赤泥、石英、硼砂、方解石、萤石、硝酸钠和锂云母的颗粒大小为80目-120目。

进一步，所述的加热融化的熔制时间为2-3h，熔化温度为1350-1450℃。

本发明中的拜耳法赤泥的主要化学成分是CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、TiO₂和Na₂O等，主要矿物组成是水化石榴石、钙霞石、钙钛矿、一水硬铝石及伊利石等

本发明的有益效果：

本发明制备的拜耳法赤泥多孔微晶玻璃材料，与传统用砖相比较具有重量轻、强度高、隔热保温、吸音防噪等特点，在提高建筑物质量的同时，减轻了自重，大大降低建筑物基础造价，是一种理想的建筑材料。

本发明具有如下特点:

1、由于采用的原材料—拜耳法赤泥为工业废弃物，利废率高，可有效解决工业废弃物难于处理的问题，又可节约处理成本。产品符合国家利废、节土、节能的环境保护产业政策；

2、由于采用了多钙的拜耳法赤泥，从而减低了基础玻璃的熔融温度，降低了能耗；

3、本发明制备的拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的内部结构是由玻璃相、晶体和气孔三部分组成，主晶相主要是钙铝黄长石。在该产品的微观结构中，玻璃相、晶体相和大量微小气孔交织在一起，有效提高了多孔微晶玻璃的机械强度，其抗压强度为10-28MPa，吸水率为5-16%。

4、该产品比普通烧结砖保温系数小，提高了墙体的保温性能，有利于建筑节能。另外，其隔音性好，减少喧嚣杂音的城市之声，有利平静安宁生活，保护人体健康。

     总之，利用拜耳法赤泥，采用烧结法工艺制备多孔微晶玻璃，可以圆满地解决我国铝工业废渣难于处理的难题，提高工业废弃物的综合利用水平，有利于我国建筑材料的可持续发展，并且能显著提高社会经济效益。

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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的生产方法，其原料按照重量百分比，粒度小于200目的碳酸铵2%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液15%，基础玻璃83%，其中所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括CaO的含量为到11-16%的拜耳法赤泥40%、石英20%、硼砂10%、方解石15%、萤石 5%、硝酸钠5%、锂云母5%，着色剂4%，其步骤包括：

1) 混料：按照原料配比，称取80目-120目的拜耳法赤泥、石英、硼砂、方解石、萤石、硝酸钠和锂云母，混合均匀，混合时间为3-5min；

2) 基础玻璃的制备：将混合均匀的原料压实，加热熔化，熔化温度为1400℃，熔制时间为2h，将熔化好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到0-6mm基础玻璃颗粒，干燥；

3) 基础玻璃粉的制备：将干燥的基础玻璃颗粒用球磨机磨成粒度为150~200目的基础玻璃粉，将上述粉料直接送入混合设备中并加入成孔剂，混合均匀；

4) 成型：在基础玻璃粉中加入聚乙烯醇水溶液，混合造粒，在100MPa压力下成型，室温干燥24小时，得到生坯；

5) 核化、晶化和成孔：将干燥后的生坯在650℃保温3h完成核化，在900℃保温1h，完成晶化过程，同时成孔剂分解，形成均匀的气孔，得到坯体；

6) 对微晶化处理后的坯体进行切割、研磨、抛光即为拜耳法赤泥多孔微晶玻璃制品。

该产品抗压强度平均为16.5MPa，吸水率为12.8%，密度为950.6Kg/m³，放射性检测合格。

实施例2：

一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的生产方法，其原料按照重量百分比，粒度小于200目的碳酸氢铵2%，碳酸铵5%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液3%，基础玻璃90%，其中所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括CaO的含量为到11-16%的拜耳法赤泥60%、石英15%、硼砂5%、方解石8%、萤石 2%、硝酸钠3%、锂云母2%，着色剂2%，其步骤包括：

1) 混料：按照原料配比，称取80目-120目的拜耳法赤泥、石英、硼砂、方解石、萤石、硝酸钠和锂云母，混合均匀，混合时间为3-5min；

2) 基础玻璃的制备：将混合均匀的原料压实，加热熔化，熔制时间为3h，熔化温度为1350℃，将熔化好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到0-6mm基础玻璃颗粒，干燥；

3) 基础玻璃粉的制备：将干燥的基础玻璃颗粒用球磨机磨成粒度为150~200目的基础玻璃粉，将上述粉料直接送入混合设备中并加入成孔剂，混合均匀；

4) 成型：在基础玻璃粉中加入聚乙烯醇水溶液，混合造粒，在80MPa压力下成型，室温干燥28小时，得到生坯；

5) 核化、晶化和成孔：将干燥后的生坯在750℃保温0.5h完成核化，在800℃保温3h，完成晶化过程，同时成孔剂分解，形成均匀的气孔，得到坯体；

6) 对微晶化处理后的坯体进行切割、研磨、抛光即为拜耳法赤泥多孔微晶玻璃制品。

该产品抗压强度平均为26.2MPa，吸水率为8.0%，密度为1350.4Kg/m³，放射性检测合格。

实施例3：

一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的生产方法，其原料按照重量百分比，粒度小于200目的碳酸氢铵5%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液10%，基础玻璃85%，其中所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括CaO的含量为到11-16%的拜耳法赤泥40%、石英15%、硼砂5%、方解石15%、萤石 5%、硝酸钠7%、锂云母12%，着色剂1%，其步骤包括：

1) 混料：按照原料配比，称取80目-120目的拜耳法赤泥、石英、硼砂、方解石、萤石、硝酸钠和锂云母，混合均匀，混合时间为3-5min；

2) 基础玻璃的制备：将混合均匀的原料压实，加热熔化，熔制时间为2h，熔化温度为1450℃，将熔化好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到0-6mm基础玻璃颗粒，干燥；

3) 基础玻璃粉的制备：将干燥的基础玻璃颗粒用球磨机磨成粒度为150~200目的基础玻璃粉，将上述粉料直接送入混合设备中并加入成孔剂，混合均匀；

4) 成型：在基础玻璃粉中加入聚乙烯醇水溶液，混合造粒，在120MPa压力下成型，室温干燥20小时，得到生坯；

5) 核化、晶化和成孔：将干燥后的生坯在650℃保温1h完成核化，在900℃保温2h，完成晶化过程，同时成孔剂分解，形成均匀的气孔，得到坯体；

6) 对微晶化处理后的坯体进行切割、研磨、抛光即为拜耳法赤泥多孔微晶玻璃制品。

该产品抗压强度平均为20.6MPa，吸水率为15.0%，密度为1056.7Kg/m³，放射性检测合格。

实施例4：

一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的生产方法，其原料按照重量百分比，粒度小于200目的碳酸铵4%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液8%，基础玻璃88%，其中所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括CaO的含量为到11-16%的拜耳法赤泥43%、石英20%、硼砂8%、方解石10%、萤石 3%、硝酸钠5%、锂云母8%，着色剂3%，其步骤包括：

1) 混料：按照原料配比，称取80目-120目的拜耳法赤泥、石英、硼砂、方解石、萤石、硝酸钠和锂云母，混合均匀，混合时间为3-5min；

2) 基础玻璃的制备：将混合均匀的原料压实，加热熔化，熔制时间为2h，熔化温度为1400℃，将熔化好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到0-6mm基础玻璃颗粒，干燥；

3) 基础玻璃粉的制备：将干燥的基础玻璃颗粒用球磨机磨成粒度为150~200目的基础玻璃粉，将上述粉料直接送入混合设备中并加入成孔剂，混合均匀；

4) 成型：在基础玻璃粉中加入聚乙烯醇水溶液，混合造粒，在100MPa压力下成型，室温干燥24小时，得到生坯；

5) 核化、晶化和成孔：将干燥后的生坯在700℃保温1h完成核化，在850℃保温2h，完成晶化过程，同时成孔剂分解，形成均匀的气孔，得到坯体；

6) 对微晶化处理后的坯体进行切割、研磨、抛光即为拜耳法赤泥多孔微晶玻璃制品。

该产品抗压强度平均为18.6MPa，吸水率为12.8%，密度为1056.7Kg/m³，放射性检测合格。

    以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃，它以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的多孔微晶玻璃，其特征在于：它的原料按照重量百分比计，它包括成孔剂2-7%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液3~15%，余量为以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的基础玻璃；所述的基础玻璃的化学组成的质量百分比为：SiO₂ 40～55%，Al₂O₃ 5～13%，CaO 20～33%，Fe₂O₃ 5～10%，Na₂O 3～12%，B₂O₃ 3～8%，MgO 2～6%，F^- 1～4%，其中多孔微晶玻璃的抗压强度：10～38MPa，吸水率：2-25%，密度：700-1480Kg/cm³。

2.根据权利要求书1所述的一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃，其特征在于：所述的基础玻璃的原料，按照重量百分比计，它包括拜耳法赤泥35-62%，石英15-26%，硼砂5-10%，方解石8-15%，萤石 2-5%，硝酸钠3-7%，锂云母5-12%。

3.根据权利要求书2所述的一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃，其特征在于：所述的拜耳法赤泥为高钙赤泥，高钙赤泥中CaO的含量为11-16%。

4.根据权利要求书2所述的一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃，其特征在于：所述的基础玻璃的原料还包括着色剂，按照重量百分比，其加入量为1~4%。

5.根据权利要求书2所述的一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃，其特征在于：所述的成孔剂为碳酸铵和/或碳酸氢铵，粒度小于200目。

6.如权利要求1~5所述的拜耳法赤泥多孔微晶玻璃的生产方法，其特征在于：它的原料按照重量百分比计，包括成孔剂2-7%，质量分数 3%聚乙烯醇水溶液3~15%，余量为以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的基础玻璃，其中所述的基础玻璃，其原料按照重量百分比，它包括拜耳法赤泥35-70%，石英15-26%，硼砂5-10%，方解石8-15%，萤石2-5%，硝酸钠3-7%，锂云母5-12%，其步骤包括：

1) 混料：按照原料配比，称取拜耳法赤泥，石英，硼砂，方解石，萤石，硝酸钠，锂云母，混合均匀；

2) 基础玻璃的制备：将混合均匀的原料压实，加热熔化，将熔化好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到0-6mm基础玻璃颗粒，干燥；

3) 基础玻璃粉的制备：将干燥的基础玻璃颗粒用球磨机磨成粒度为150~200目的基础玻璃粉，将上述粉料直接送入混合设备中并加入成孔剂，混合均匀；

4) 成型：在基础玻璃粉中加入聚乙烯醇水溶液，混合造粒，在80-120MPa压力下成型，室温干燥20~28小时，得到生坯；

5) 核化、晶化和成孔：将干燥后的生坯在650-750℃保温0.5~2h完成核化，在800-900℃保温1~3h，完成晶化过程，同时成孔剂分解，形成均匀的气孔，得到坯体；

6) 对微晶化处理后的坯体进行切割、研磨、抛光即为拜耳法赤泥多孔微晶玻璃制品。

7.根据权利要求书6所述的制备方法，其特征在于：所述的第1步中的混合时间为3-5min。

8.根据权利要求书6所述的制备方法，其特征在于：所述的拜耳法赤泥的颗粒大小为80目-120目、石英的颗粒大小为80目-120目、硼砂的颗粒大小为80目-120目、方解石的颗粒大小为80目-120目、萤石的颗粒大小为80目-120目、硝酸钠的颗粒大小为80目-120目，锂云母的颗粒大小为80目-120目。

9.根据权利要求书6所述的制备方法，其特征在于：所述的加热融化的熔制时间为2-3h，熔化温度为1350-1450℃。

10.根据权利要求书6所述的制备方法，其特征在于：所述的拜耳法赤泥为高钙赤泥，高钙赤泥中CaO的含量为11-16%；所述的基础玻璃的原料还包括着色剂，按照重量百分比，其加入量为1~4%；所述的成孔剂为碳酸铵和/或碳酸氢铵，粒度小于200目。