CN103922599A

CN103922599A - 一种利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法

Info

Publication number: CN103922599A
Application number: CN201410080127.9A
Authority: CN
Inventors: 陈朝轶; 李军旗; 茆志慧; 王家伟; 赵平源
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN103922599B

Abstract

本发明公开了一种利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，将赤泥（25－70wt%），粉煤灰（23－70wt%），钛渣（1－10wt%），助溶剂（0－10wt%），经配料、混合、熔制、成型、核化晶化、冷加工而成。产品主要成分质量百分比为：Al₂O₃（12-39.8%），SiO₂（13.6-50%），TiO₂（0.8-5.2%），CaO（6.5-19%），Fe₂O₃（0.5-7.1%），MgO（0.64-2%），Na₂O+K₂O（1.5-8.2%），本发明工艺简单，废渣利用率高，其掺量达到90%以上，有效降低了原料的费用，产品性能达到“JCT872－2000”建筑装饰用微晶玻璃质量标准，可制成各类管材与板材。

Description

一种利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法

技术领域

本发明属于工业固废资源利用的技术领域，涉及一种微晶玻璃的制备方法，特别涉及一种赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法。

背景技术

近年来，随着城市化和小城镇建设进程的加快工业废弃物赤泥、粉煤灰以及钛渣的大量产出，造成巨大的环境污染。据统计全世界每年赤泥排放量约5000万吨，我国每年就达400万吨，赤泥的堆存维护费用很高，我国累计堆存的粉煤灰已达56亿吨，占用土地90万亩之多，每年维护费超过1000万元，其次，每年还有数千吨的钛渣产生，而且逐年呈递增的趋势。目前赤泥和粉煤灰的利用率较低，长期堆放，不仅占用了土地，还造成环境的污染，危害人体健康，造成资源的浪费制约着工业的发展，用其制备微晶玻璃是一种切实可行的方案。

微晶玻璃具有微晶体和玻璃相的共同特性的新型复合材料，集中了玻璃、陶瓷以及天然石材的优点，又被称为玻璃陶瓷。微晶玻璃的化学稳定性、机械强度、热稳定性较高，结构均匀致密、表面光洁，广泛应用于国防、化工、电子以及建筑装饰等领域。如核反应堆的存储材料、腐蚀性液体的输送管道、骨组织的载体材料、天文望远镜、酒店礼堂墙体的装饰材料等。关于微晶玻璃的制备方法有很多，主要有：熔融法，溶胶－凝胶法，烧结法。

熔融法虽然工艺成熟，工序连续，成型方式多样化，但是仍然存在一定的问题：A.熔制温度较高，能耗较大；B.热处理过程中操作繁琐；C.晶化温度高，时间长，在现实生产中难以实现。从生产工艺和经济效益考虑，该法成本较高，优势不大。

溶胶凝胶法制备微晶玻璃材料均匀，热处理温度较低，但是热处理时间过长，能耗较大，对环境的影响较大，产品容易变形，因此应用受到了限制，目前用溶胶－凝胶利用工业固废制备微晶玻璃国内几乎没有报道。

烧结法具有熔制时间短，温度低且生产过程易于控制等优点，是当前研究的重点与热点。目前，已有报道利用赤泥和粉煤灰制备微晶玻璃，但由于其掺量较低，导致生产成本较高，未投入工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用工业废渣赤泥-粉煤灰-钛渣为主要原料制备微晶玻璃的方法，废渣掺量达到90%以上，克服了现有方法中废渣掺量低的缺陷，且这种方法工艺简单，生产成本低，能够达到环保和资源综合利用的要求。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：以赤泥、粉煤灰为主要原料，以钛渣为晶核剂，添加适量的纯碱作为助溶剂，各原料的质量百分比为：赤泥25－70%、粉煤灰23－70%、钛渣1－10%、纯碱0－10%，经配料、混合、熔制、成型、核化晶化、冷加工而成。所制备得到的微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃ 12-39.8%、SiO₂13.6-50%、TiO₂ 0.8-5.2%、CaO 6.5-19%、Fe₂O₃ 0.5-7.1%、MgO 0.64-2%、Na₂O+K₂O 1.5-8.2%。

本发明所用的赤泥为混联法生产氧化铝所产生的赤泥，化学组成的质量百分比为：Al₂O₃ 18－29%、SiO₂ 19.4－43.2%、TiO₂0.8－4.1%、CaO 12.3－21%、Fe₂O₃4.7－11.2%、MgO 0.64－2.7%、Na₂O+K₂O 2.4－12.1%、Loss 6.23－14.16%。本发明所用的粉煤灰的主要成分质量百分比为: Al₂O₃ 23－42%、SiO₂17－34%、TiO₂ 0.5－2.56%、CaO 4.7－11.5%、Fe₂O₃ 0.9－3.1%、MgO 0.42－1.24%、Na₂O+K₂O 0－0.52%、Loss2.3－9%。本发明所用的钛渣中二氧化钛的质量百分比为35－85%。

本发明的方法包括以下步骤：

（1）配料与混合：根据主要原料的化学组成的分析结果和确定的玻璃组成，按质量百分比进行配料，采用机械混合方式，使其混合均匀；

（2）熔制：将配合料在箱式电阻炉中进行熔化，熔化温度为1300－1500℃，保温时间为1－3小时，将澄清的玻璃液速冷，得到玻璃颗粒，破碎、筛分；

（3）差热分析：根据差热曲线确定样品的核化与晶化温度；

（4）成型：将基础玻璃粉末压制成型，成型压力为40－80Mpa；（5）核化晶化：在800－900℃进行核化，保温2小时，在1050－1185℃下晶化，保温2小时，随炉冷却获得半成品；

（6）冷加工：经打磨抛光后为成品。

本发明所制备的微晶玻璃主晶相为钙铝黄长石，次晶相为钙长石。产品性能达到“JCT872－2000”建筑装饰用质量标准。

与现有技术相比较，本发明以赤泥、粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃，废渣掺量达到90%以上，降低了原料的费用，有效的节约资源，保护环境，以钛渣替代金属氧化物作为晶核剂，进一步降低了成本，所制备的微晶玻璃具有良好的理化性能，抗压强度为75.38~111.39Mpa，抗折强度76.42~116.38Mpa，为吸水率为0~0.047%，密度在2.63~2.96 g/cm³，耐酸性0.020~0.072%，耐碱性在0.017~0.062%，显微硬度在543.8~1178.6Kgf/mm²，可制成各类管材与板材，广泛用于建筑上的装饰材料与耐蚀耐磨材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

将55%的赤泥、40%的粉煤灰、3%的钛渣、2%的碳酸钠烘干，机械球磨至200目占80%，将其放入特制的坩埚中，置于硅钼棒电阻炉中进行熔制，在1450℃保温2h，将澄清的玻璃液迅速冷却，得到基础玻璃颗粒，球磨后将其压制成型，成型压力为50Mpa,将成型坯放入电阻炉中进行核化晶化处理，890℃核化2h， 1185℃晶化2h，随炉冷却至室温，打磨抛光后得到微晶玻璃。产品密度为2.68g/cm3，抗压强度为86.63Mpa，抗折强度为98.88Mpa，显微硬度为894Kgf/mm2，耐酸性为0.053%，耐碱性为0.033%，吸水率为0.021%，收缩率为5.8%，该微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃29.8%，SiO₂ 41.3%，TiO₂ 1.6%，CaO 13.1%，Fe₂O₃ 5.2%，MgO 1.2 %，Na₂O+K₂O 7.8%。

实施例2：

将45%的赤泥、48%的粉煤灰、3%的钛渣、4%的碳酸钠烘干，机械球磨至200目占80%，将其放入特制的坩埚中，置于硅钼棒电阻炉中进行熔制，在1450℃保温2h，将澄清的玻璃液迅速冷却，得到基础玻璃颗粒，球磨后将其压制成型，成型压力为50Mpa,将成型坯放入电阻炉中进行核化晶化处理，890℃核化2h， 1185℃晶化2h，随炉冷却至室温，打磨抛光后得到微晶玻璃。产品密度为2.73g /cm3，抗压强度109.43Mpa，抗折强度为102.98Mpa，显微硬度1013Kgf/mm2，耐酸性0.042%，耐碱性0.020%，吸水率0.009%，收缩率8.1%，该微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃32.2%，SiO₂37.8%，TiO₂ 2.5%，CaO 14.1%，Fe₂O₃ 6.4%，MgO 1.4 %，Na₂O+K₂O 5.6%。

实施例3：

将47%的赤泥、47%的粉煤灰、6%的钛渣、0%的碳酸钠烘干，机械球磨至200目占80%，将其放入特制的坩埚中，置于硅钼棒电阻炉中进行熔制，在1460℃保温2h，将澄清的玻璃液迅速冷却，得到基础玻璃颗粒，球磨后将其压制成型，成型压力为50Mpa,将成型坯放入电阻炉中进行核化晶化处理，900℃核化2h， 1185℃晶化2h，随炉冷却至室温，打磨抛光后得到微晶玻璃。产品密度为2.77g /cm3，抗压强度92.43Mpa，抗折强度为89.22Mpa，显微硬度712Kgf/mm2、耐酸性0.044%、耐碱性0.027%、吸水率0.011%、收缩率7.7%，该微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃28.6%，SiO₂ 44.2%，TiO₂ 2.6%，CaO 12.7%，Fe₂O₃ 6.1%，MgO 1.2%，Na₂O+K₂O 4.6%。

实施例4：

将38%的赤泥、55%的粉煤灰、5%的钛渣、2%的碳酸钠烘干，机械球磨至200目占80%，将其放入特制的坩埚中，置于硅钼棒电阻炉中进行熔制，在1450℃保温2h，将澄清的玻璃液迅速冷却，得到基础玻璃颗粒，球磨后将其压制成型，成型压力为50Mpa,将成型坯放入电阻炉中进行核化晶化处理，890℃核化2h， 1185℃晶化2h，随炉冷却至室温，打磨抛光后得到微晶玻璃。产品密度为2.78g /cm3、抗压强度89.23Mpa，抗折强度为86.32Mpa，显微硬度837Kgf/mm2，耐酸性0.034%，耐碱性0.027%，吸水率0.034%，收缩率6.7%，该微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃32.2%，SiO₂ 37.8%，TiO₂ 2.5%、CaO 14.1%，Fe₂O₃ 6.4%，MgO 1.4 %，Na₂O+K₂O 5.6%。

实施例5：

将45%的赤泥、48%的粉煤灰、3%的钛渣、4%的碳酸钠烘干，机械球磨至200目占80%，将其放入特制的坩埚中，置于硅钼棒电阻炉中进行熔制，在1450℃保温2h，将澄清的玻璃液迅速冷却，得到基础玻璃颗粒，球磨后将其压制成型，成型压力为50Mpa,将成型坯放入电阻炉中进行核化晶化处理，860℃核化2h， 1155℃晶化2h，随炉冷却至室温，打磨抛光后得到微晶玻璃。产品密度为2.88g /cm3，抗压强度75.47Mpa，抗折强度为73.61Mpa，显微硬度543Kgf/mm2，耐酸性0.071%，耐碱性0.022%，吸水率0.047%，收缩率4.2%，该微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃32.2%，SiO₂ 37.8%，TiO₂ 2.5%，CaO 14.1%，Fe₂O₃6.4%，MgO 1.4 %，Na₂O+K₂O 5.6%。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims

1.一种利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于：该方法以赤泥、粉煤灰、钛渣为主要原料，并添加纯碱作为助溶剂；各原料的质量百分比为：赤泥25－70%、粉煤灰23－70%、钛渣1－10%、纯碱0－10%，所制备得到的微晶玻璃的化学组成的质量百分比为：Al₂O₃ 12-39.8%、SiO₂13.6-50%、TiO₂ 0.8-5.2%、CaO 6.5-19%、Fe₂O₃ 0.5-7.1%、MgO 0.64-2%、Na₂O+K₂O 1.5-8.2%。

2.根据权利要求1所述的利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于：所述的赤泥为混联法生产氧化铝所产生的赤泥，化学组成的质量百分比为：Al₂O₃ 18－29%、SiO₂ 19.4－43.2%、TiO₂0.8－4.1%、CaO 12.3－21%、Fe₂O₃4.7－11.2%、MgO 0.64－2.7%、Na₂O+K₂O 2.4－12.1%、Loss 6.23－14.16%。

3.根据权利要求1所述的利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于：所述的粉煤灰的主要成分质量百分比为: Al₂O₃ 23－42%、SiO₂17－34%、TiO₂ 0.5－2.56%、CaO 4.7－11.5%、Fe₂O₃ 0.9－3.1%、MgO 0.42－1.24%、Na₂O+K₂O 0－0.52%、Loss2.3－9%。

4.根据权利要求1所述的利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于：所述的钛渣中二氧化钛的质量百分比为35－85%。

5.根据权利要求1所述的利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（3）差热分析：根据差热曲线确定样品的核化与晶化温度；

（4）成型：将基础玻璃粉末压制成型，成型压力为40－80Mpa；（5）核化晶化：在800－900℃进行核化，保温2小时，在1050

－1185℃下晶化，保温2小时，随炉冷却获得半成品；

（6）冷加工：经打磨抛光后为成品。

6.根据权利要求5所述的利用赤泥-粉煤灰-钛渣制备微晶玻璃的方法，其特征在于：所制备的微晶玻璃主晶相为钙铝黄长石，次晶相为钙长石。