CN104030563B

CN104030563B - 彩色玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN104030563B
Application number: CN201410308828.3A
Authority: CN
Inventors: 王录锋; 方民宪; 刘方舒; 李利; 杜晓娇; 任梦月
Original assignee: Panzhihua University
Current assignee: Panzhihua University
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: CN104030563A

Abstract

本发明涉及彩色玻璃的制备方法，具体涉及用硅铁灰制取彩色玻璃，属于无机材料领域。本发明提供一种彩色玻璃，以重量份数计，其成分为：SiO₂118～280份、Na₂O37-97份、CaO19～51份、Al₂O₃20～50份和着色剂0.001-5份。本发明利用硅铁灰为原料生产彩色玻璃，工艺简单、成本低、环保，易于实现连续化工业化生产。并且利用本发明方法得到的彩色玻璃色彩丰富。

Description

彩色玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种彩色玻璃及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

硅铁灰是冶炼硅铁合金中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而形成的一种工业废渣。硅铁灰中含有大量不定形的硅氧化物，如以SiO₂计，其含量可达90％以上。目前对于硅铁灰的使用主要是作为水泥、耐火材料的添加剂、冶金球团的粘合剂、化工产品分散剂、橡胶和塑料的填充料、电子行业的塑封料和电工行业的浇注等。我国硅铁生产企业很多，每年附产硅铁灰量大，而目前的使用方法主要是作为添加剂、粘合剂、分散剂和填充料。这些使用方法都不能大量处理硅铁灰，造成硅铁灰大量堆积，目前，国内硅铁灰的堆积量和产量达十亿吨以上，对环境造成严重污染。虽然水泥行业能大量使用硅铁灰，但我国目前水泥生产过剩，且水泥的生产对环境的高污染，国家对水泥生产规模严格控制，因此需要寻求新的方法来综合利用硅铁灰。

目前彩色玻璃的主要生产原料有硅灰石、废玻璃、沸石和炼铜炉渣。

如文献1：《武汉工业大学学报》，1989，No.3，273～279的文献“新型彩色玻璃及其物理化学性能的研究”所公开的方法为：以硅灰石为主要原料，与氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化硼、氧化铁、碳酸钠及着色剂混合均匀后，在1350～1400℃下保温2小时，再在560℃下退火得到彩色玻璃。

又如文献2：《玻璃译丛》，1991，No.2，31～32的文献“用沸石生产彩色玻璃”，是通过离子交换直接把着色离子引入沸石的骨架结构中，然后熔化沸石和助熔剂，制得彩色玻璃。

又如文献3：《通用技术市场》，1993，No.2，10～12的文献“彩色玻璃面砖生产工艺研究”所公开的方法为：以废旧玻璃为原料，经粉碎至150um以下，添加附加剂，经压制成压坯，再将压坯在790～810℃下保温5分钟，冷却后得到彩色玻璃砖。

又如文献4：《有色金属：冶炼部份》，1997，No5，41～43的文献“铜炉渣熔制彩色玻璃体研究”，将炼铜炉渣和石英、石灰、苏打按一定的比例混合后，在1200～1300℃下保温60分钟，得到彩色玻璃。

上述文献1和文献2需要开采自然矿产资源，文献3要细碎废旧玻璃，文献4所用的炼铜炉渣资源有限。总之上述4种方法均有不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题针对上述方法的不足，提供一种彩色玻璃，所得彩色玻璃色彩丰富。

本发明的技术方案：

本发明提供一种彩色玻璃，以重量份数计，其成分为：SiO₂118～280份、Na₂O37-97份、CaO19～51份、Al₂O₃20～50份和着色剂0.001-5份。

上述彩色玻璃以硅铁灰、NaNO₃、Na₂CO₃、CaCO₃、Al₂O₃和着色剂为原料，其中，各原料的重量份数为：硅铁灰120～280份、NaNO₃4～10份、Na₂CO₃60～150份、CaCO₃35～90份、Al₂O₃20～50份，着色剂0.001～5份。

所述着色剂为铬、铜、镍、钛、钒或钴及它们的氧化物。

优选的，所述着色剂为Fe₂O₃粉、Cu粉、Co₂O₃粉V₂O₅粉或TiO₂。

所述原料的粒度≤0.074mm。优选的，所述原料的粒度为0.061～0.074mm。

所述着色剂为化学纯。

所述着色剂为Fe₂O₃粉，各原料的重量份数为：硅铁灰120～125份、NaNO₃4～6份、Na₂CO₃60～65份、CaCO₃35～40份、Al₂O₃20～25份和着色剂1～2份；所得到彩色玻璃为黄绿色。

所述着色剂为Cu粉，各原料的重量份数为：硅铁灰145～150份、NaNO₃5～6份、Na₂CO₃70～75份、CaCO₃40～50份、Al₂O₃20～30份和着色剂1～2份；所得到彩色玻璃为淡黄色。

所述着色剂为Co₂O₃粉，各原料的重量份数为：硅铁灰190～200份、NaNO₃5～7份、Na₂CO₃95～100份、CaCO₃60～65份、Al₂O₃30～35份和着色剂0.01～0.05份；所得到彩色玻璃为深蓝色。

所述着色剂为Co₂O₃粉，各原料的重量份数为：硅铁灰240～250份、NaNO₃7～9份、Na₂CO₃120～125份、CaCO₃70～80份、Al₂O₃40～45份和着色剂0.001～0.005份；所得到彩色玻璃为蓝色。

所述着色剂为V₂O₅粉，各原料的重量份数为：硅铁灰220～225份、NaNO₃5～8份、Na₂CO₃110～115份、CaCO₃60～70份、Al₂O₃35～40份和着色剂0.04～0.05份；所得到彩色玻璃为绿色。

所述着色剂为TiO₂粉，各原料的重量份数为：硅铁灰240～250份、NaNO₃7～9份、Na₂CO₃120～125份、CaCO₃70～80份、Al₂O₃40～45份和着色剂0.4～0.5份；所得到彩色玻璃为绿色。

所述着色剂为TiO₂粉，各原料的重量份数为：硅铁灰220～230份、NaNO₃7～9份、Na₂CO₃110～115份、CaCO₃70～80份、Al₂O₃35～40份和着色剂2～2.5份；所得到彩色玻璃为黄色。

所述着色剂为TiO₂粉，各原料的重量份数为：硅铁灰270～275份、NaNO₃8～10份、Na₂CO₃140～150份、CaCO₃80～90份、Al₂O₃45～50份和着色剂4～5份；所得到彩色玻璃为茶色。

本发明还提供了上述彩色玻璃的制备方法，将硅铁灰、NaNO₃、Na₂CO₃、CaCO₃、Al₂O₃和着色剂混匀得混合料，再将混合料于1250～1350℃烧制成玻璃液，冷却得彩色玻璃，其中，各原料的重量份数为：硅铁灰120～280份、NaNO₃4～10份、Na₂CO₃60～150份、CaCO₃35～90份、Al₂O₃20～50份，着色剂0.001～5份。

上述彩色玻璃的制备方法中，混合料于1250～1350℃烧制55～65分钟成玻璃液。

优选的，上述彩色玻璃的制备方法中，混合料加热至1250～1350℃时的升温速率为9-12℃/分钟。

优选的，上述彩色玻璃的制备方法中，冷却方式为：以6-8℃/分钟的速度先降温至850～950℃，再自然冷至室温。

本发明和现有方法相比，有以下有益效果：

1、主要原料是硅铁灰，化学成分稳定，且我国硅铁生产众多，能保证充分供应。

2、硅铁灰天然就是≤0.063mm的颗粒，不需对原料进行前期处理。

3、有处理废渣，起到循环利用的环保效益。

本发明利用硅铁灰为原料生产彩色玻璃，工艺简单、成本低、环保，易于实现连续化工业化生产。并且利用本发明方法得到的彩色玻璃色彩丰富。

具体实施方式

上述彩色玻璃以硅铁灰、NaNO₃、Na₂CO₃、CaCO₃、Al₂O₃和着色剂为原料，其中，各原料的重量份数为：硅铁灰120～250份、NaNO₃4～10份、Na₂CO₃60～150份、CaCO₃35～90份、Al₂O₃20～50份，着色剂0.001～5份。

所述着色剂为铬、铜、镍、钛、钒或钴及它们的氧化物。

所述原料的粒度≤0.074mm。

优选的，所述原料的粒度为0.061～0.074mm。各原料的粒度是影响配合料均匀性的最主要的因素，粒度越小，分散性越好，各化学元素的均匀性越好；并且还有降低融化温度，延长熔窑寿命寿命的作用；虽然粒度越细越好，但是受粉尘和成本问题等到其他因素的制约，另一方面，粒度太细会造成过多小泡，给澄清带来困难，综合考虑本实验选择0.061～0.074mm。

所述着色剂为化学纯。

本发明还提供了上述彩色玻璃的制备方法，将硅铁灰、NaNO₃、Na₂CO₃、CaCO₃、Al₂O₃和着色剂混匀得混合料，再将混合料于1250～1350℃烧制成玻璃液，冷却得彩色玻璃，其中，各原料的重量份数为：硅铁灰120～250份、NaNO₃4～10份、Na₂CO₃60～150份、CaCO₃35～90份、Al₂O₃20～50份，着色剂0.001～5份。

本发明中，原料中各组分的作用如下：

硅铁灰熔点较高，加入碳酸钠与硝酸钠，使硅铁灰熔点降至摄氏1000度左右；但是碳酸钠会使玻璃溶于水中，因此通常还要加入适量的CaO(CaCO₃的形式)，使玻璃不溶于水，Al₂O₃引入改善玻璃析晶倾向，增强化学稳定性、机械强度和改善玻璃成形性质。

优选的，上述彩色玻璃的制备方法中，混合料加热至1250～1350℃时的升温速率为9-12℃/分钟；升温过程中，伴随着固-液两相转变，以及一些要较复杂物理化学反应，升温过快，会使硅铁灰中的部分SiO来不及氧化成SiO₂，而直接气化，导致一些物理化学反应不完全，液相量及成分达不到要求；升温速度过慢，则单位时间的热量供应少，也使一些物理化学反应不完全或未能发生。

优选的，上述彩色玻璃的制备方法中，冷却方式为：以6-8℃/分钟的速度先降温至850～950℃，再自然冷至室温即可；因为从高温降到850～950℃是液固转变过程，其间会有杂质气泡产生，降温过快，气泡逸出不充分，导致玻璃内有较多的缺陷；降温太慢，会降低生产效率。

本发明中，硅铁灰的主成分是SiO，且还有1～1.39％的MgO。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

取硅铁灰123.53克、NaNO₃4.23克、Na₂CO₃61.53克、CaCO₃38.50克、Al₂O₃21.28克和Fe₂O₃粉1.25克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种粉料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用130分钟升温至1340℃，保温60分钟，然后用180分钟降温至900℃后自然冷却室温；得到黄绿色的彩色玻璃。

实施例2

取硅铁灰148.23克、NaNO₃5.07克、Na₂CO₃73.83克、CaCO₃45.84克、Al₂O₃25.53克和Cu粉1.50克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用133分钟升温至1345℃，保温63分钟，然后用186分钟降温至942℃后自然冷却室温；得到淡黄色的彩色玻璃。

实施例3

取硅铁灰249.30克、NaNO₃8.55克、Na₂CO₃123.00克、CaCO₃76.40克、Al₂O₃42.70克和Co₂O₃粉0.005克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用128分钟升温至1350℃，保温58分钟，然后用180分钟降温至880℃后自然冷却室温；得到蓝色的彩色玻璃。

实施例4

取硅铁灰199.40克、NaNO₃6.68克、Na₂CO₃98.52克、CaCO₃61.20克、Al₂O₃34.16克和Co₂O₃粉0.04克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用130分钟升温至1290℃，保温65分钟，然后用176分钟降温至950℃后自然冷却室温；得到深蓝色的彩色玻璃。

实施例5

取硅铁灰224.5克、NaNO₃7.61克、Na₂CO₃110.75克、CaCO₃68.76克、Al₂O₃38.34克和V₂O₅粉0.045克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用135分钟升温至1350℃，保温65分钟，然后用187分钟降温至946℃后自然冷却室温；得到绿色的彩色玻璃。

实施例6

取硅铁灰248.00克、NaNO₃8.45克、Na₂CO₃123.50克、CaCO₃76.70克、Al₂O₃42.85克和TiO₂粉0.5克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用135分钟升温至1350℃，保温63分钟，然后用184分钟降温至946℃后自然冷却室温；得到绿色的彩色玻璃。

实施例7

取硅铁灰226.78克、NaNO₃7.77克、Na₂CO₃113.39克、CaCO₃70.43克、Al₂O₃39.33克和TiO₂粉2.3克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用130分钟升温至1280℃，保温59分钟，然后用178分钟降温至890℃后自然冷却室温；得到黄色的彩色玻璃。

实施例8

取硅铁灰273.06克、NaNO₃9.41克、Na₂CO₃140.17克、CaCO₃85.29克、Al₂O₃47.66克和TiO₂粉4.42克，这六种粉料的粒度均为0.061～0.074mm，将这六种料混合均匀，将混合料放入坩埚内，然后将坩埚放在马弗炉内，用134分钟升温至1347℃，保温60分钟，然后用184分钟降温至942℃后自然冷却室温；得到茶色的彩色玻璃。

Claims

1.彩色玻璃，其特征在于：以重量份数计，其成分为：SiO₂118～280份、Na₂O37-97份、CaO19～51份、Al₂O₃20～50份和着色剂0.001-5份；所述彩色玻璃以硅铁灰、NaNO₃、Na₂CO₃、CaCO₃、Al₂O₃和着色剂为原料制备而成，其中，各原料的重量份数为：硅铁灰120～280份、NaNO₃4～10份、Na₂CO₃60～150份、CaCO₃35～90份、Al₂O₃20～50份和着色剂0.001～5份。

2.根据权利要求1所述的彩色玻璃，其特征在于：所述着色剂为铬、铜、镍、钛、钒或钴及它们的氧化物。

3.根据权利要求2所述的彩色玻璃，其特征在于：所述着色剂为Fe₂O₃粉、Cu粉、Co₂O₃粉、V₂O₅粉或TiO₂。

4.根据权利要求3所述的彩色玻璃，其特征在于：

所述着色剂为Fe₂O₃粉，各原料的重量份数为：硅铁灰120～125份、NaNO₃4～6份、Na₂CO₃60～65份、CaCO₃35～40份、Al₂O₃20～25份和着色剂1～2份；或

所述着色剂为Cu粉，各原料的重量份数为：硅铁灰145～150份、NaNO₃5～6份、Na₂CO₃70～75份、CaCO₃40～50份、Al₂O₃20～30份和着色剂1～2份；或

所述着色剂为Co₂O₃粉，各原料的重量份数为：硅铁灰190～200份、NaNO₃5～7份、Na₂CO₃95～100份、CaCO₃60～65份、Al₂O₃30～35份和着色剂0.01～0.05份；或

所述着色剂为Co₂O₃粉，各原料的重量份数为：硅铁灰240～250份、NaNO₃7～9份、Na₂CO₃120～125份、CaCO₃70～80份、Al₂O₃40～45份和着色剂0.001～0.005份；或

所述着色剂为V₂O₅粉，各原料的重量份数为：硅铁灰220～225份、NaNO₃5～8份、Na₂CO₃110～115份、CaCO₃60～70份、Al₂O₃35～40份和着色剂0.04～0.05份；或

所述着色剂为TiO₂粉，各原料的重量份数为：硅铁灰240～250份、NaNO₃7～9份、Na₂CO₃120～125份、CaCO₃70～80份、Al₂O₃40～45份和着色剂0.4～0.5份；或

所述着色剂为TiO₂粉，各原料的重量份数为：硅铁灰220～230份、NaNO₃7～9份、Na₂CO₃110～115份、CaCO₃70～80份、Al₂O₃35～40份和着色剂2～2.5份；或

所述着色剂为TiO₂粉，各原料的重量份数为：硅铁灰270～275份、NaNO₃8～10份、Na₂CO₃140～150份、CaCO₃80～90份、Al₂O₃45～50份和着色剂4～5份。

5.权利要求1～4任一项所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：将硅铁灰、NaNO₃、Na₂CO₃、CaCO₃、Al₂O₃和着色剂混匀得混合料，再将混合料于1250～1350℃烧制成玻璃液，冷却得彩色玻璃。

6.根据权利要求5所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：所述原料的粒度≤0.074mm。

7.根据权利要求6所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：所述原料的粒度为0.061～0.074mm。

8.根据权利要求6或7所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：混合料于1250～1350℃烧制55～65分钟成玻璃液。

9.根据权利要求6或7所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：混合料加热至1250～1350℃时的升温速率为9-12℃/分钟。

10.根据权利要求8所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：混合料加热至1250～1350℃时的升温速率为9-12℃/分钟。

11.根据权利要求6或7所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：冷却方式为：以6-8℃/分钟的速度先降温至850～950℃，再自然冷至室温。

12.根据权利要求8所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：冷却方式为：以6-8℃/分钟的速度先降温至850～950℃，再自然冷至室温。

13.根据权利要求9所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：冷却方式为：以6-8℃/分钟的速度先降温至850～950℃，再自然冷至室温。

14.根据权利要求10所述彩色玻璃的制备方法，其特征在于：冷却方式为：以6-8℃/分钟的速度先降温至850～950℃，再自然冷至室温。