CN105130190A - 以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃及其制备方法，组分包括以质量计的Na2O？4.2％-4.4％，MgO？7.0％-7.3％，Al2O3？25％-26％，SiO2？42％-47％，TiO2？4.0％-4.5％，K2O？2.9％-3.1％，CaO？7.9％-8.2％，MnO2？0-4％，Fe2O3？0.5％-0.6％。本发明利用花岗石尾矿、白云石、轻烧镁、氢氧化铝、钛白粉、纯碱和锰矿为原料，通过配方设计，使各成分含量在上述范围内，并对TiO2、MnO2和Fe2O3的用量进行调整，可得到蓝灰色、咖啡色、深黄色等多色系的微晶玻璃，其以透辉石为主晶相，尖晶石为次晶相，力学性能好。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及一种建筑材料及其制备方法，更具体地，本发明的实施方式涉及一种以花岗石尾矿为主要原料并用TiO2为晶核剂生产的微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
微晶玻璃又称玻璃陶瓷，是特定组成的玻璃在一定的热处理制度下，通过控制晶化而得到的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶复合材料。它具有机械强度高、化学稳定性及热稳定性好、坚硬耐磨等许多宝贵的性能，非常适合作为高档的建筑装饰材料，同时在化工、冶金、航空和军工等领域都有广泛的用途。
现有的微晶玻璃板材生产，是以玻璃原料或固体废料为基础原料，其化学组分中常常加有锌、钡、锂等价格昂贵的金属氧化物，采用的成核剂为氟化物，同时，为加速熔化以及热处理过程中的分相和析晶，组分中还通常含有一定量的磷氧化物。该类氧化物的加入缩短了晶化高温保温时间，但加速了对窑炉的侵蚀，而且氟和磷等化合物在高温下挥发严重，进一步加剧了对窑炉等高温设备的侵蚀，也导致最终成品率下降，生产成本高，价格昂贵，不易于大规模工业化生产。
花岗石中Fe2O3质量百分数在0.8％-1.2％范围内，采用TiO2作为晶核剂，TiO2和Fe2O3使微晶玻璃呈灰色，装饰效果不佳。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种以花岗石尾矿为主要原料，采用TiO2为晶核剂生产的微晶玻璃及其制备方法，并可以通过对制备方法的微调即可获得不同色系的微晶玻璃。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃，包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.2％-4.4％，MgO7.0％-7.3％，Al2O325％-26％，SiO242％-47％，TiO24.0％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO20-4％，Fe2O30.5％-0.6％。
该组分内的微晶玻璃具有相近的力学性能，但是随着TiO2、MnO2、Fe2O3的比例的变化，微晶玻璃的颜色也会发生改变。
一种优选的实施方案是：上述以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.33％-4.35％，MgO7.10％-7.15％，Al2O325.4％-25.5％，SiO246.0％-46.2％，TiO24.2％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO20，Fe2O30.5％-0.6％。
该组分的微晶玻璃为蓝灰色。
另一种优选的实施方案是：上述以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.36％-4.38％，MgO7.20％-7.25％，Al2O325.6％-25.8％，SiO245.0％-45.5％，TiO24.2％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO21.5％-1.6％，Fe2O30.5％-0.6％。
该组分的微晶玻璃为咖啡色。
另一种优选的实施方案是：上述以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.20％-4.25％，MgO7.0％-7.1％，Al2O325.0％-25.4％，SiO245.0％-45.5％，TiO24.2％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO22.5％-3.7％，Fe2O30.5％-0.6％。
该组分的微晶玻璃为深黄色。
本发明还提供了上述以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述组分配比，进行配方设计，计算花岗石尾矿、白云石、轻烧镁、氢氧化铝、钛白粉、纯碱和锰矿这七种原料的用量，然后将原料充分搅拌使其混合均匀，得到混合料；
(2)将所述混合料投入电熔窑中进行高温熔化得到玻璃液，熔化温度为1520-1560℃，然后将玻璃液进行澄清、均化，澄清、均化温度为1520-1555℃，时间为4.5-6.5h，接着将玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；
(3)经料道后将玻璃液温度降至1225-1275℃，用压延机使玻璃液成型，压辊后温度控制在925-975℃，得到厚度为5-30mm的玻璃带；
(4)将所述玻璃带进行退火处理：玻璃带快速降温至退火上限温度710℃，保温15min，根据玻璃带厚度控制降温速率，将温度降至退火下限温度590℃，保温15min，然后在45min内将玻璃带的温度降至室温，切割成2.5m长的退火板；
(5)将所述退火板升温至650-800℃进行核化处理，保温0.5-3h，然后在900-1050℃进行晶化处理，保温0.5-3h，再退火，得到微晶玻璃板；
(6)将所述微晶玻璃板磨抛、裁切，得到微晶玻璃。
进一步的技术方案是：为了消除残余应力，步骤(4)所述根据玻璃带厚度控制降温速率的具体操作方法是：当玻璃带厚度≤10mm，降温速率为2℃/min；当10mm＜玻璃带厚度≤20mm，降温速率为1.5℃/min；当20mm＜玻璃带厚度≤30mm,降温速率为1℃/min。
氢氧化铝可以选择工业氢氧化铝，工业氢氧化铝的Al2O3含量≥64％，钛白粉也可以选择工业钛白粉，工业钛白粉中TiO2含量≥93.5％。
所述花岗石尾矿的组分为：以质量含量计，SiO277.3％-77.4％，MgO0.26％-0.30％，CaO0.39％-0.40％，Al2O311.70％-11.80％，Na2O3.7％-3.8％，K2O4.7％-4.8％，TiO20.04％-0.05％，MnO20.01％-0.02％，Fe2O30.8％-1.2％，余量为杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明以花岗石尾矿为主要原料，降低了成本，提升了花岗石尾矿的价值；使用TiO2作为晶核剂，取代F、P2O5成核，避免了对窑炉的侵蚀；提高配方中Al2O3与SiO2的质量比，使得玻璃液高温稳定性更强，玻璃液表面析晶温度低，更加符合压延成形工艺要求；随着Al2O3与SiO2质量比的提高，有利于次晶相尖晶石的析出，有利于提高产品力学性能，本发明所生产的微晶玻璃，以透辉石为主晶相，尖晶石为次晶相，产品抗压强度300-500MPa,抗弯强度100-150MPa,密度2.6-2.7g/cm3,莫氏硬度5-6级，吸水率<0.01％，光洁度90-98,耐酸酸碱，放射性检测符合国家A类检测标准。
本发明还可通过改变TiO2、Fe2O3、MnO2三种着色剂含量调整产品颜色，可以制备蓝灰色、咖啡色、深黄色等一系列颜色微晶玻璃。
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。
本发明主要以花岗石尾矿、轻烧镁、白云石、工业氢氧化铝、工业纯碱、工业钛白粉为原料，根据需要添加少量锰矿，各原料的组分质量百分含量见表1。
表1各原料的组分质量百分含量(％)
| 花岗石 | 轻烧镁 | 白云石 | 氢氧化铝 | 纯碱 | 钛白粉 | 锰矿 | |
| SiO2 | 77.3060 | 4.7780 | 1.201 | 0 | 0 | 0.1760 | 6.2760 |
| MgO | 0.2687 | 80.6500 | 21.66 | 0 | 0 | 0.0220 | 0.3140 |
| CaO | 0.3980 | 1.1550 | 29.59 | 0 | 0 | 0.0430 | 0.1920 |
| Al2O3 | 11.7000 | 0.3390 | 0.434 | 64.0000 | 0 | 0.1800 | 3.9150 |
| Na2O | 3.7060 | 0.0340 | 0.818 | 0 | 57.3200 | 0.6700 | 0.1820 |
| K2O | 4.7210 | 0.0100 | 0.018 | 0 | 0 | 0.1800 | 1.4210 |
| TiO2 | 0.0480 | 0.0410 | 0 | 0 | 0 | 93.5000 | 0.1850 |
| MnO | 0.0173 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 64.5050 |
| Fe2O3 | 0.967 | 0.584 | 0.006 | 0 | 0 | 0 | 8.325 |
实施例1
原料：花岗石、白云石、轻烧镁、工业氢氧化铝、工业钛白粉、工业纯碱。
按100Kg玻璃液计算所得原料用量(此处是按熔制好之后玻璃液质量为100kg计算所得，原料在熔制过程中会分解、挥发，原料用量必定大于玻璃液质量)：
花岗石：58.5kg；轻烧镁：1.46kg；白云石：26.18kg；氢氧化铝：27.78kg；纯碱：3.0kg；钛白粉：4.23kg。
将上述原料充分搅拌使其混合均匀，得到混合料；然后将混合料投入电熔窑中进行高温熔化得到玻璃液，熔化温度为1530℃，然后将玻璃液进行澄清、均化，澄清、均化温度为1530℃，时间为5h，接着将玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；经料道后将玻璃液温度降至1225℃，用压延机使玻璃液成型，压辊后温度控制在975℃，得到厚度为15mm的玻璃带；将玻璃带进行退火处理：玻璃带快速降温至退火上限温度710℃，保温15min，然后控制降温速率为1.5℃/min，将温度降至退火下限温度590℃，保温15min，接着在45min内将玻璃带的温度降至室温，切割成2.5m长的退火板；再将退火板升温至700℃进行核化处理，保温2h，然后在950℃进行晶化处理，保温2h，再退火，得到微晶玻璃板；将微晶玻璃板磨抛、裁切，得到高档建筑装饰微晶玻璃。
按照以上工艺，原料中Fe2O3含量为0.55％，Fe2O3和TiO2混合着色所得微晶玻璃为蓝灰色。灰蓝色微晶玻璃检测结果见表2。
表2蓝灰色样品成分检测结果
| 化学成份 | Na2O | MgO | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | K2O | CaO | MnO2 | Fe2O3 |
| Wt％ | 4.34 | 7.12 | 25.45 | 46.11 | 4.21 | 2.98 | 7.98 | 0 | 0.55 |
注：余量为不可避免的杂质。
实施例2
原料：花岗石、白云石、轻烧镁、工业氢氧化铝、工业钛白粉、工业纯碱、锰矿。
按100Kg玻璃液计算所得原料用量：
花岗石：58.82kg；轻烧镁：1.46kg；白云石：26.18kg；氢氧化铝：27.96kg；纯碱：3.0kg；钛白粉：4.23kg；锰矿:2.3Kg。
将上述原料充分搅拌使其混合均匀，得到混合料；然后将混合料投入电熔窑中进行高温熔化得到玻璃液，熔化温度为1560℃，然后将玻璃液进行澄清、均化，澄清、均化温度为1560℃，时间为4.5h，接着将玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；经料道后将玻璃液温度降至1250℃，用压延机使玻璃液成型，压辊后温度控制在950℃，得到厚度为8mm的玻璃带；将玻璃带进行退火处理：玻璃带快速降温至退火上限温度710℃，保温15min，然后控制降温速率为2℃/min，将温度降至退火下限温度590℃，保温15min，接着在45min内将玻璃带的温度降至室温，切割成2.5m长的退火板；再将退火板升温至650℃进行核化处理，保温3h，然后在1000℃进行晶化处理，保温0.5h，再退火，得到微晶玻璃板；将微晶玻璃板磨抛、裁切，得到高档建筑装饰微晶玻璃。
按照以上工艺，原料中Fe2O3含量为0.55％，加入一定量的MnO2，利用Fe2O3和TiO2混合着色制得的微晶玻璃颜色为咖啡色。咖啡色微晶玻璃检测结果见表3。
表3咖啡色样品成分检测结果
| 化学成份 | Na2O | MgO | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | K2O | CaO | MnO2 | Fe2O3 |
| Wt％ | 4.37 | 7.22 | 25.65 | 45.20 | 4.21 | 3.01 | 8.10 | 1.53 | 0.55 |
注：余量为不可避免的杂质。
实施例3
原料：花岗石、白云石、轻烧镁、工业氢氧化铝、工业钛白粉、工业纯碱、锰矿。
按100Kg玻璃液计算所得原料用量：
花岗石：58.57kg；轻烧镁：1.46kg；白云石：26.18kg；氢氧化铝：27.82kg；纯碱：3.0kg；钛白粉：4.23kg；锰矿:5.4Kg。
将上述原料充分搅拌使其混合均匀，得到混合料；然后将混合料投入电熔窑中进行高温熔化得到玻璃液，熔化温度为1520℃，然后将玻璃液进行澄清、均化，澄清、均化温度为1520℃，时间为6.5h，接着将玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；经料道后将玻璃液温度降至1225℃，用压延机使玻璃液成型，压辊后温度控制在925℃，得到厚度为30mm的玻璃带；将玻璃带进行退火处理：玻璃带快速降温至退火上限温度710℃，保温15min，然后控制降温速率为1℃/min，将温度降至退火下限温度590℃，保温15min，接着在45min内将玻璃带的温度降至室温，切割成2.5m长的退火板；再将退火板升温至800℃进行核化处理，保温0.5h，然后在900℃进行晶化处理，保温3h，再退火，得到微晶玻璃板；将微晶玻璃板磨抛、裁切，得到高档建筑装饰微晶玻璃。
按照上述配方和工艺制度，原料中Fe2O3含量为0.55％，进一步加大MnO2的量，利用Fe2O3和TiO2混合着色所得微晶玻璃为深黄色。深黄色微晶玻璃检测结果见表4。
表4深黄色样品成分检测结果
| 化学成份 | Na2O | MgO | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | K2O | CaO | MnO2 | Fe2O3 |
| Wt％ | 4.21 | 7.0 | 25.35 | 45.0 | 4.20 | 2.99 | 7.95 | 3.63 | 0.55 |
注：余量为不可避免杂质。
实施例1-3中所得退火板，晶化后所得样品主晶相为透辉石，次晶相为尖晶石，样品抗弯强度由100MPa左右提高到140MPa，力学性能优异。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (6)
1.一种以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃，其特征在于包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.2％-4.4％，MgO7.0％-7.3％，Al2O325％-26％，SiO242％-47％，TiO24.0％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO20-4％，Fe2O30.5％-0.6％。
2.根据权利要求1所述的以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃，其特征在于包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.33％-4.35％，MgO7.10％-7.15％，Al2O325.4％-25.5％，SiO246.0％-46.2％，TiO24.2％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO20，Fe2O30.5％-0.6％。
3.根据权利要求1所述的以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃，其特征在于包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.36％-4.38％，MgO7.20％-7.25％，Al2O325.6％-25.8％，SiO245.0％-45.5％，TiO24.2％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO21.5％-1.6％，Fe2O30.5％-0.6％。
4.根据权利要求1所述的以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃，其特征在于包括按照质量计的以下组分：
Na2O4.20％-4.25％，MgO7.0％-7.1％，Al2O325.0％-25.4％，SiO245.0％-45.5％，TiO24.2％-4.5％，K2O2.9％-3.1％，CaO7.9％-8.2％，MnO22.5％-3.7％，Fe2O30.5％-0.6％。
5.如权利要求1-4任一项所述的以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按照权利要求1-4任一项的组分配比，进行配方设计，计算花岗石尾矿、白云石、轻烧镁、氢氧化铝、钛白粉、纯碱和锰矿这七种原料的用量，然后将原料充分搅拌使其混合均匀，得到混合料；
(2)将所述混合料投入电熔窑中进行高温熔化得到玻璃液，熔化温度为1520-1560℃，然后将玻璃液进行澄清、均化，澄清、均化温度为1520-1555℃，时间为4.5-6.5h，接着将玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；
(3)经料道后将玻璃液温度降至1225-1275℃，用压延机使玻璃液成型，压辊后温度控制在925-975℃，得到厚度为5-30mm的玻璃带；
(4)将所述玻璃带进行退火处理：玻璃带快速降温至退火上限温度710℃，保温15min，根据玻璃带厚度控制降温速率，将温度降至退火下限温度590℃，保温15min，然后在45min内将玻璃带的温度降至室温，切割成2.5m长的退火板；
(5)将所述退火板升温至650-800℃进行核化处理，保温0.5-3h，然后在900-1050℃进行晶化处理，保温0.5-3h，再退火，得到微晶玻璃板；
(6)将所述微晶玻璃板磨抛、裁切，得到微晶玻璃。
6.根据权利要求5所述的以花岗石尾矿为主要原料生产的微晶玻璃的制备方法，其特征在于为了消除残余应力，步骤(4)所述根据玻璃带厚度控制降温速率的具体操作方法是：当玻璃带厚度≤10mm，降温速率为2℃/min；当10mm＜玻璃带厚度≤20mm，降温速率为1.5℃/min；当20mm＜玻璃带厚度≤30mm,降温速率为1℃/min。
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