CN103395995B - 利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法；属于建筑装饰材料领域。本发明的生产方法具体包括如下步骤：①冶炼废渣的准备；②废旧玻璃料的准备；③配制配合料；④微晶玻璃料的熔制；⑤细碎粒料的制成；⑥晶化制成微晶玻璃板材；⑦成品加工。本发明充分利用废旧玻璃和冶炼废渣资源，废物重复循环使用，制造出高强，环保，色彩多样的微晶玻璃，采用这种工艺生产的微晶玻璃气孔率低，炉渣利用高，花纹清晰，平面度好，产品品种、花色、形状可设计性强。
Description
技术领域
本发明属于建筑装饰材料领域，更确切地说是一种利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法。
背景技术
建筑材料的发展日新月异，大到各种大型建筑，小到民宅，越来越离不开装饰材料。人类应用最早的装饰材料是天然石材，常用的品种有花岗岩、大理石等；建筑装饰陶瓷素有优良装饰材料之赞誉，其应用广泛性以陶瓷墙地砖为最多。虽然上述两种占主导地位的传统装饰材料颇具优点，但显现的弱点是：抗折强度低，抗水蚀能力差，易产生原生或次生裂纹，引起开裂、起层剥落；在耐久性方面，由于晶粒粗大，抗风化能力不高，致使表面颜色，光泽蜕变。
发明内容
有鉴于此，新型建筑装饰材料家族中，微晶玻璃装饰砖引人注目。微晶玻璃的晶粒度＜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。微晶玻璃与普通玻璃的区别在于它是一种可控制析晶的晶态固体材料，与陶瓷的区别在于它的晶体颗粒细小，微晶体数量多。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2000年3月8日中国发明专利申请公开号CN1246454A所公开的一种微晶玻璃装饰砖的制备方法及产品，其特点是利用粉煤灰、钒钛铁尾矿、铁尾石、金红石、铬渣、高炉渣、铜矿尾渣、黄金尾矿等工业废渣为原料，通过熔融、浇铸成型、核化、晶化等步骤制得主晶相为β-CaSiO3、CA(Ma·Fe)Si2O6、CaO·Al2O3·2SiO2、CaO·MgO·2SiO2、2MgO·2Al2O3·5SiO2的微晶玻璃装饰砖。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。其它工艺如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％。2012年06月20日，中国发明专利申请公开号CN102503140A，公布了一种利用冶炼废渣及CRT废旧玻璃制造微晶玻璃的方法；该产品要求设计工艺配方，其原材料配方为：按重量比，冶炼废渣45％，CRT废玻璃45％，方解石灰3-5％，石英砂5％，外加剂0.5-1％。具体可根据工艺要求和原料的化学成分及色彩等作适当的工艺调整。该工艺虽然将冶炼废渣和废玻璃的利用率提高到了90%，但实际操作，使用Co2O3调色，由于Co2O3自身熔点是1935℃，这样一个高的熔融温度，使得该工艺公布的1530℃熔融温度尤显偏底，导致晶化的晶界量大，缺陷率高，晶化的晶体颗粒大，微晶体数量少，所制的产品莫氏硬度很低，性能与普通陶瓷砖无异。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，充分利用废旧玻璃和冶炼废渣资源，废物重复循环使用，制造出高强，环保，色彩多样的微晶玻璃，采用这种工艺生产的微晶玻璃气孔率低，炉渣利用高，花纹清晰，平面度好，产品品种、花色、形状可设计性强。
本发明采用的技术方案是：一种利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，通过现有熔制玻璃炉熔制出合格的玻璃料，然后在晶化窑中在合适的温度下晶化制得微晶玻璃；
具体生产方法依次包括如下步骤：
①冶炼废渣的准备：
将一个批量的冶炼废渣进行破碎，经铲车多次大混合，验渣，确认废渣混合均匀稳定，再经过振动筛筛分出4目以下的废渣粉料使用；筛上废渣料返回再破碎，再混合；
②废旧玻璃料的准备：
将一批量的废旧玻璃用破碎机进行粉碎，后用振动筛筛分出3目以下的玻璃碎料，经铲车进行大混合后备用；
③配制配合料：
将以上准备好的玻璃碎料和废渣粉料预先按重量比1∶1.5的比例混合,拌匀；经取样进行总体化学成分分析，与如下微晶玻璃的化学成分及重量百分比含量：SiO2 50%-75%；CaO 5%-25%；Al2O3 3%-15%；Na2O+K2O 2%-15%；B2O3 1%-5%,BaO 1%-10%；ZnO 1%-10%；Sb2O3 1%-2.5%；FeO+Fe203 2-3%进行对比；再遵照缺啥补啥、其含量缺多少补多少的原则，将所缺的化学成分通过增加原料方式合理添加进去；为此可以选择补充的原料有：石英砂、方解石、钠长石、纯碱、氧化锌、硼砂；另外还可选择无机色料进行调色：如锰粉，或铁粉，或氧化钴，或氧化镍；将以上玻璃碎料和废渣粉料的混料、补充的原料和无机色料送混料设备中，混合搅拌大于10分钟，得到混合均匀的配合料；
④微晶玻璃料的熔制：
将配合料用喂料机从玻璃熔窑投料口投入熔窑中，经1480-1520℃的高温熔化，经熔融形成高温玻璃液，高温玻璃液再经熔窑的澄清，排去玻璃液中的气泡，经流料槽流出；
⑤玻璃基料的制备：
从流料槽流出玻璃液，温度降为1200-1300℃；经压片机将高温玻璃液压成700-800℃的高温玻璃带；高温玻璃带落入低温流水的水池中被炸成碎片，而得到8目以下达到70%的水淬料，再经烘干，得到细碎玻璃粒料；在细碎玻璃粒料中按质量百分比加入以下微量添加物质：La2O3 0.001%-0.003%，Bi2O30.01%-0.02%；在球磨机中，研磨，搅拌1小时以上，得玻璃基料待用；
⑥晶化制成微晶玻璃板材：
用高温耐火棚板和耐火围边条做成所需板材大小的模具，在模具中铺上高温棉纸；用⑤步骤准备好的玻璃基料，直接加入模具内铺平；放入晶化窑中，进经18-24小时缓慢升温，最高温度控制在1000-1050℃，保温1小时，玻璃基料结晶化成型，经热处理，冷却后出窑，得到微晶玻璃原板；
⑦成品加工：
微晶原板经磨板机磨平抛光，得到光泽度达到85°以上，有镜面效果的板材，再经桥切机切割成所需尺寸的成品板材。
所述的压片机是一台辊压成型机，其压辊为中空钢辊，钢辊内通有循环冷水；用于调节粒料的粒度，同时防止玻璃丝等不良品的产生。
所述的热处理是采用风冷，控制冷却速度1分钟降1度。
所述的冶炼废渣采用锌冶炼烟化炉的水淬渣,或炼铁高炉水渣；渣中含铁24-25％，二氧化硅42-44％，氧化钙10-12％，氧化镁6-7％，三氧化二铝7-10％，锌2-4％，粉尘2-4％。
所述的废旧玻璃，来自CRT即显像管，特别是电视机显像管。
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、采用冶炼废渣和废旧玻璃二种为主要原料，辅以补充的原料、无机色料和微量添加物质，由于冶炼废渣的主要成分为硅酸盐玻璃相，可以作为微晶玻璃的主要原料。冶炼废渣和废旧玻璃的添加量可达80％以上，不仅能节约资源，没有新的污染固废产生，又实现了循环经济，变废为宝。本发明创造性的利用微量添加物质La2O3和Bi2O3，可以使微晶玻璃料中的Al2O3、Co2O3与La2O3 、Bi2O3之间反应形成一个低温液相，相对CN102503140A降低显著地降低了晶化温度60℃-120℃，减少了晶界的能量，同时，还降低晶体缺陷，改善了晶体形状，使玻璃晶化率高，晶体颗粒小，微晶体数量多；
2、冶炼废渣和废旧玻璃都分别经过批量大混合，从而保证批量生产原料的稳定，从而保证最终产品的质量稳定；
3、生产过程中，玻璃液经过压片机，水淬的效果更好；可进一步保证了微晶玻璃晶化率，所制的产品莫氏硬度高；
4、通过本发明方法生产的微晶玻璃，各项指标均达到国家GB6763-2000 JC/T872-2000有关标准的要求，且气孔率较低，花纹美丽。具有很高的耐磨性及抗化学腐蚀性，可在建材、化工及机械领域广泛应用；
5、本发明微晶玻璃成品的主要性能指标与陶瓷砖、天然花岗岩、天然大理石的比较如下：
| 性能 | 陶瓷砖 | 天然花岗岩 | 天然大理石 | 微晶玻璃成品 |
| 抗压强度MPa | 25-40 | 120-250 | 70-110 | 200-240 |
| 抗折强度MPa | 24-30 | 8.5-15 | 6-11 | 25-32 |
| 莫氏硬度 | 6.5 | 8.5-15 | 6-7.6 | 7-9 |
| 吸水率％ | 4-18 | 0.5-0.8 | ＜1.0 | ＜0.1 |
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明进行描述。
实施例1
一种利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，
①冶炼废渣的准备：将一个批量的如300吨的冶炼废渣进行多次大混合，验渣，确认同批的废渣质量稳定，再经过振动筛筛分出4目以下的废渣粉料使用。
②废旧玻璃料的准备：将一批废旧CRT玻璃用破碎机进行粉碎，后用振动筛筛分出3目下的玻璃粒料及粉料，经铲车进行大混合后备用。
③将以上准备好冶炼废渣、废旧玻璃经科学取样进行化学成分分析，与微晶玻璃的化学成分进行对比，确定需要另外添加的成分，合理调成如下化学成分及重量百分比：SiO2 50%-75%；CaO 5%-25%；Al2O3 3%-15%；Na2O+K2O 2%-15%；B2O3 1%-5%,BaO 1%-10%；ZnO 1%-10%；Sb2O3 1%-2.5%；FeO+Fe203 2-3%；为此要补充的原料有：石英砂、方解石、钠长石、纯碱、氧化锌、硼砂等原料，另外可选择使无机色料进行调色：如用锰粉调综红色、用铁粉调黑色、用氧化钴调灰色等。配料中冶炼废渣及废旧玻璃约占总重的40%-60%。
④原料混合：将以上玻璃碎料和废渣粉料的混料及需添加的各种原料按重量比例投入混料中混合大于10分钟，得到混合均匀的配合料。
⑤微晶玻璃料的熔制：
将以上配合料用喂料机从玻璃熔窑投料口投入熔窑中，经1480-1550℃的高温熔化，经化学反应型成微晶玻璃液，高温玻璃液再经熔窑的澄清部排去玻璃液中的气泡，经流料槽流出。
⑥细碎粒料的制成：
从流料槽流出1200-1300℃的玻璃液，经压片机将高温玻璃液压成700-800℃的高温玻璃带，而玻璃带落入低温水流中炸成碎片，而得到8目以上达到70%的水淬料，再经烘干得到细碎玻璃粒料；在细碎玻璃粒料中质量百分比加入以下微量添加物质：La2O3 0.001%-0.003%，Bi2O30.01%-0.02%；在球磨机中，研磨，搅拌1小时以上，得玻璃基料待用；此处的压片机用于调节粒料的粒度，同时可防止玻璃丝等不良品的产生。
⑦制成微晶玻璃板材：
用高温耐火棚板拼成所需板材大小的平板，铺上高温棉纸及耐火围边条做成模具。用准备好的玻璃基料，直接加入模具内铺平，放入晶化梭式窑中，缓慢升温18-24小时，最高温度在1000-1050℃，保温1小时，玻璃料结晶化成型，经风冷，控制冷却速度1分钟降1度；冷却后出窑，得到微晶玻璃原板。
⑧微晶原板经磨板机磨平抛光，得到光泽度达到85°以上，有镜面效果板材，再经桥切机切割成所要的板材。
通过上述方法生产的微晶玻璃，各项指标均达到国家有关标准的要求，且气孔率较低，花纹美丽。GB6763-2000 JC/T872-2000。
Claims (5)
1.一种利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，通过现有熔制玻璃炉熔制出合格的玻璃料，然后在晶化窑中在合适的温度下晶化制得微晶玻璃；其特征在于：具体生产方法依次包括如下步骤：
①冶炼废渣的准备：
将一个批量的冶炼废渣进行破碎，经铲车多次大混合，验渣，确认废渣混合均匀稳定，再经过振动筛筛分出4目以下的废渣粉料使用；筛上废渣料返回再破碎，再混合；
②废旧玻璃料的准备：
将一批量的废旧玻璃用破碎机进行粉碎，后用振动筛筛分出3目以下的玻璃碎料，经铲车进行大混合后备用；
③配制配合料：
将以上准备好的玻璃碎料和废渣粉料预先按重量比1∶1.5的比例混合,拌匀；经取样进行总体化学成分分析，与如下微晶玻璃的化学成分及重量百分比含量：SiO2 50%-75%；CaO 5%-25%；Al2O3 3%-15%；Na2O+K2O 2%-15%；B2O3 1%-5%；BaO 1%-10%；ZnO 1%-10%；Sb2O3 1%-2.5%；FeO+Fe203 2-3%进行对比；再遵照缺啥补啥、其含量缺多少补多少的原则，将所缺的化学成分通过增加原料方式合理添加进去；为此补充的原料选自石英砂、方解石、钠长石、纯碱、氧化锌、硼砂；另外选择无机色料进行调色；将以上玻璃碎料和废渣粉料的混料、补充的原料和无机色料送混料设备中，混合搅拌大于10分钟，得到混合均匀的配合料；
④微晶玻璃料的熔制：
将配合料用喂料机从玻璃熔窑投料口投入熔窑中，经1480-1520℃的高温熔化，经熔融形成高温玻璃液，高温玻璃液再经熔窑的澄清，排去玻璃液中的气泡，经流料槽流出；
⑤玻璃基料的制备：
从流料槽流出玻璃液，温度降为1200-1300℃；经压片机将高温玻璃液压成700-800℃的高温玻璃带；高温玻璃带落入低温流水的水池中被炸成碎片，而得到8目以下达到70%的水淬料，再经烘干，得到细碎玻璃粒料；在细碎玻璃粒料中质量百分比加入以下微量添加物质：La2O3 0.001%-0.003%，Bi2O3 0.01%-0.02%；在球磨机中，研磨，搅拌1小时以上，得玻璃基料待用；
⑥晶化制成微晶玻璃板材：
用高温耐火棚板和耐火围边条做成所需板材大小的模具，在模具中铺上高温棉纸；用⑤步骤准备好的玻璃基料，直接加入模具内铺平；放入晶化窑中，经18-24小时缓慢升温，最高温度控制在1000-1050℃，保温1小时，玻璃基料结晶化成型，经热处理，冷却后出窑，得到微晶玻璃原板；
⑦成品加工：
微晶原板经磨板机磨平抛光，得到光泽度达到85°以上，有镜面效果的板材，再经桥切机切割成所需尺寸的成品板材。
2.根据权利要求1所述的利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，其特征在于：所述的压片机是一台辊压成型机，其压辊为中空钢辊，钢辊内通有循环冷水；用于调节粒料的粒度，同时防止玻璃丝不良品的产生。
3.根据权利要求1所述的利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，其特征在于：所述的热处理是采用风冷，控制冷却速度1分钟降1度。
4.根据权利要求1所述的利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，其特征在于：所述的冶炼废渣采用锌冶炼烟化炉的水淬渣,或炼铁高炉水渣；渣中含铁24-25％，二氧化硅42-44％，氧化钙10-12％，氧化镁6-7％，三氧化二铝7-10％，锌2-4％，粉尘2-4％。
5.根据权利要求1所述的利用废旧玻璃和冶炼废渣生产微晶玻璃的生产方法，其特征在于：所述的废旧玻璃，来自CRT即显像管。
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