CN105174725A - 一种微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微晶玻璃及其制备方法，属于资源综合利用和环境保护技术领域。本发明所述微晶玻璃以工业固废、底泥两种固体废物为主要原料制成建筑用微晶玻璃，可无须其它晶核剂和助熔剂的加入。本发明以工业固废和底泥为主要原料，充分利用工业固废和底泥在组分和物化性质上互补的特点，将工业固废和底泥中重金属和金属氧化物转化为对微晶玻璃有益的晶核剂和助熔剂，可不需其它添加剂，大大降低经济成本。此方法制备工艺简单，制造成本低廉，具有显著的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃及其制备方法，具体涉及一种利用工业固废和水体疏浚底泥协同制备微晶玻璃的方法，属于资源综合利用和环境保护技术领域。
背景技术
微晶玻璃是一种由控制玻璃析晶过程所生成的具有纤细显微结构的多晶材料。微晶玻璃既具有玻璃的基本性能，又集中了陶瓷的多晶特征，其性能指标往往优于同类玻璃和陶瓷。科技部发布的“十二五”国家科技计划材料领域2013年度备选项目征集指南中，“工业微晶玻璃”列入备选项目，被誉为跨世纪的综合材料。
微晶玻璃广泛应用于机械、电子、航天、化工防腐、矿山、道路、建筑、医学等方面，其中建筑装饰材料是其重要应用方面之一。利用固废制备微晶玻璃装饰材料，不仅能得到性能优于花岗岩和天然大理石的装饰材料，而且还为固废的资源化提供一种新途径。经过多年的研究，目前已有以炉渣、尾矿、灰渣、赤泥等为主要原料生产微晶玻璃装饰板的相关报道。
我国基础制造业的资源环境全生命周期效率与发达国家存在着较大差异，导致工业固体废物产生量逐年增加，20亿t/a的固废负载极其沉重，造成了严重的资源浪费、环境污染和生态破坏。为此，持续加强固废的资源化利用，对生态文明建设和可持续发展战略具有重要意义。大多数固废（如炉渣、矿渣等高钙渣）主要成分是CaO、SiO2、MgO、Al2O3等，可以作为制备高附加值微晶玻璃有效组分。
底泥主要为湖泊或者河流富营养化治理时产生的疏浚淤泥，底泥的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及少量重金属等，属于高硅低钙固体废物，其堆存不仅占用了大量的土地，而且底泥中的污染物又存在重新释放出来的潜在威胁。目前，底泥资源化利用的方式主要集中在土地利用（如农田、绿化）和建筑利用（如制砖、水泥、陶粒）等。由其成分可知，同样含有制备微晶玻璃的有效组分，此外其中所含的重金属元素还可以作为晶核剂促进微晶玻璃的成核、析晶。本发明基于工业固废和底泥成分互补原理，协同制备新型建筑微晶玻璃，达到资源化固体废物目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微晶玻璃，所述微晶玻璃以工业废渣和底泥为主要原料制备得到，其中，工业废渣的质量百分比为45~75%，底泥的质量百分比为20~55%，调整剂的质量百分比为0~15%。
本发明所述工业废渣工业产生的工业高钙废渣，其主要成分为SiO2为15-40wt%；CaO为20-55wt%；Al2O3为0-10wt%；MgO为0-25wt%；Fe2O3为1~15wt%；其他<20wt%。
本发明所述底泥为湖泊或者河流疏浚的底泥（为治理富营养化疏浚产生的高硅低钙固体淤泥），其成分为SiO2为40-70wt%；CaO为0-20wt%；Al2O3为5-25wt%；MgO为0-10wt%；Fe2O3为1~15wt%；其他<25wt%。
本发明所述调整剂为石英砂、硅粉和废玻璃的一种或几种。
本发明的另一目的在于提供所述的微晶玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将底泥、工业废渣、调整剂干燥、粉碎后过160-180目筛，备用；
（2）将步骤（1）得到的原料混合均匀后在1300~1400℃的温度下进行熔炼，然后进行澄清均化，制得基础玻璃液；
（3）将基础玻璃液浇铸到已经预热至600℃耐高温模具中，进行玻璃浇注成型；基础玻璃液浇注成型后于580~630℃保温2~3小时后随炉自然冷却进行退火；
（4）热处理：采用熔融法核化、晶化后，再次退火后得到微晶玻璃成品。
本发明步骤（4）中所述核化温度为650~700℃，核化升温速率为4~10℃/min，核化时间为1.5~5小时，晶化温度为1000~1100℃，晶化升温速率为1~6℃/min，晶化时间为1.5~2.5小时。
本发明所述方法制备得到的微晶玻璃的成分为SiO2：35-55wt%；CaO：15-35wt%；Al2O3：5-15wt%；MgO：0-15wt%；Fe2O3：0~15wt%；Cr、Mn、Cu和Pt等重金属:0~5wt%；碱金属氧化物：0~5wt%；氟化物：0~3wt%；其他<15wt%。
本发明的优点：本发明以工业固废和底泥为主要原料，为底泥资源化处理和多种固体废物协同处理提供了一条新的途径；充分利用工业固废与底泥成分上互补的特点，同时将工业固废和底泥中重金属元素和氧化铁等转换为有益的晶核剂；可以不需无须其它添加剂，从而进一步降低微晶玻璃制作过程中的成本；此方法制备工艺简单，制造成本低廉，具有显著的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明实施例1制备得到为微晶玻璃的XRD图谱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例所述微晶玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）取滇池宝丰湾底泥自然风干后破碎（直径1-2cm），置于烘箱105℃干燥2h，冷却后粉碎至180目，其成分分析结果列于表1。
表1底泥化学成分分析结果(wt%)
（2）取云南省某磷化工厂1炉渣（工业废渣）细磨至180目，其成分分析结果列于表2：
表2某磷化工厂的黄磷炉渣成分分析结果(wt%)
（3）将粉碎后的底泥、工业废渣混合均匀在1340℃的温度下进行熔炼3小时，然后进行澄清均化，制得基础玻璃液；混合原料中工业废渣的质量百分比为69.5%，底泥的质量百分比为23.5%，石英砂质量百分比为6%；
（4）将基础玻璃液浇铸到已经预热至590℃耐高温模具中，进行玻璃浇注成型；基础玻璃液浇注成型后于590℃保温3小时后随炉自然冷却进行退火；
（5）热处理：采用熔融法核化、晶化后，随炉冷却得到黄绿色微晶玻璃，经过打磨抛光后，制得底泥-黄磷炉渣微晶玻璃成品；其中，核化温度为660℃，核化升温速率为5℃/min，核化时间为2小时，晶化温度为1020℃，晶化升温速率为1℃/min，晶化时间为1.5小时。
本实施例制备得到的微晶玻璃经检测，XRD图谱见图2，由图可以看出成品结晶度高，主晶相为硅灰石和透辉石；依照《建筑装饰用微晶玻璃》（JCT872-2000）行业标准，底泥-黄磷炉渣微晶玻璃成品性能指标如表3所示，由表3可以看出成品性能优于天然花岗岩、大理石，可以作为天然花岗岩、大理石的替代品。
表3微晶玻璃性能指标
实施例2
本实施例所述微晶玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：本实施例中底泥的处理以及化学成分同实施例1。
（1）取云南省某磷化工厂2炉渣（工业废渣）细磨至180目，其成分分析结果列于表4：
表4某磷化工厂2的黄磷炉渣成分分析结果(wt%)
（2）将粉碎后的底泥、工业废渣混合均匀在1300℃的温度下进行熔炼3小时，然后进行澄清均化，制得基础玻璃液；混合原料中工业废渣的质量百分比为45%，底泥的质量百分比为55%；
（3）将基础玻璃液浇铸到已经预热至580℃耐高温模具中，进行玻璃浇注成型；基础玻璃液浇注成型后于580℃保温3小时后随炉自然冷却进行退火；
（4）热处理：采用熔融法核化、晶化后，随炉冷却后得到浅黄色微晶玻璃，经过打磨抛光后，制得底泥-黄磷炉渣微晶玻璃成品；其中，核化温度为650℃，核化升温速率为4℃/min，核化时间为1.5小时，晶化温度为1000℃，晶化升温速率为1℃/min，晶化时间为1.5小时。
本实施例制备得到的微晶玻璃依照《建筑装饰用微晶玻璃》（JCT872-2000）行业标准，经检测，底泥-黄磷炉渣微晶玻璃成品性能指标如表5所示，由表可以看出成品性能优于天然花岗岩、大理石，可以作为天然花岗岩、大理石的替代品。
表5微晶玻璃性能指标
实施例3
本实施例所述微晶玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：本实施例中底泥的处理以及化学成分同实施例1。
（1）将某冶炼厂的铬渣磨细并过160目筛，进行化学成分分析后结果如下：
表6某冶炼厂的铬渣的成分分析结果(wt%)
（2）将粉碎后的底泥、工业废渣（铬渣）混合均匀在1350℃的温度下进行熔炼2.5小时，然后进行澄清均化，制得基础玻璃液；混合原料中铬渣60wt%，底泥30wt%，硅粉10wt%。
（3）将基础玻璃液浇铸到已经预热至600℃耐高温模具中，进行玻璃浇注成型；基础玻璃液浇注成型后于600℃保温2.5小时后随炉自然冷却进行退火；
（4）热处理：采用熔融法核化、晶化后，随炉冷却得到微晶玻璃，经过打磨抛光后，制得底泥-铬渣微晶玻璃成品；其中，核化温度为670℃，核化升温速率为8℃/min，核化时间为3小时，晶化温度为1050℃，晶化升温速率为4℃/min，晶化时间为2小时。
本实施例制备得到的微晶玻璃依照《建筑装饰用微晶玻璃》（JCT872-2000）行业标准，经检测，底泥-铬渣微晶玻璃成品性能指标如表7所示，由表可以看出成品性能优于天然花岗岩、大理石，可以作为天然花岗岩、大理石的替代品。
表7微晶玻璃性能指标
实施例4
本实施例所述微晶玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：底泥的处理以及化学成分同实施例1。
（1）将某冶炼厂高炉矿渣细磨并过170目筛，进行化学成分分析后结果如下：
表8某冶炼厂高炉矿渣的成分分析结果(wt%)
（2）将粉碎后的底泥、工业废渣（矿渣）混合均匀在1400℃的温度下进行熔炼2小时，然后进行澄清均化，制得基础玻璃液；混合原料中底泥50wt%，高炉矿渣35wt%，废玻璃15wt%。
（3）将基础玻璃液浇铸到已经预热至630℃耐高温模具中，进行玻璃浇注成型；基础玻璃液浇注成型后于630℃保温2小时后随炉自然冷却进行退火；
（4）热处理：采用熔融法核化、晶化后，随炉冷却得到微晶玻璃，经过打磨抛光后，制得底泥-高炉矿渣微晶玻璃成品；其中，核化温度为700℃，核化升温速率为10℃/min，核化时间为5小时，晶化温度为1100℃，晶化升温速率为6℃/min，晶化时间为2.5小时。
本实施例制备得到的微晶玻璃依照《建筑装饰用微晶玻璃》（JCT872-2000）行业标准，经检测，底泥-高炉矿渣微晶玻璃成品性能指标如表9所示，由表可以看出成品性能优于天然花岗岩、大理石，可以作为天然花岗岩、大理石的替代品。
表9微晶玻璃性能指标
Claims (6)
1.一种微晶玻璃，其特征在于：所述微晶玻璃以工业废渣和底泥为主要原料制备得到，其中，工业废渣的质量百分比为45~75%，底泥的质量百分比为20~55%，调整剂的质量百分比为0~15%。
2.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于：所述工业废渣的成分为SiO2为15-40wt%；CaO为20-55wt%；Al2O3为0-10wt%；MgO为0-25wt%；Fe2O3为1~15wt%；其他<20wt%。
3.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于：所述底泥为湖泊或者河流疏浚的底泥，其成分为SiO2为40-70wt%；CaO为0-20wt%；Al2O3为5-25wt%；MgO为0-10wt%；Fe2O3为1~15wt%；其他<25wt%。
4.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于：所述调整剂为石英砂、硅粉和废玻璃。
5.权利要求1~4任意一项所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将底泥、工业废渣、调整剂经干燥、粉碎后过160-180目筛，备用；
（2）将步骤（1）得到的原料混合均匀后在1300~1400℃的温度下进行熔炼，然后进行澄清均化，制得基础玻璃液；
（3）将基础玻璃液浇铸到已经预热至600℃耐高温模具中，进行玻璃浇注成型；基础玻璃液浇注成型后于580~630℃保温2~3小时后随炉自然冷却进行退火；
（4）热处理：采用熔融法核化、晶化后，再次退火后得到微晶玻璃成品。
6.根据权利要求5所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述核化温度为650~700℃，核化升温速率为4~10℃/min，核化时间为1.5~5小时，晶化温度为1000~1100℃，晶化升温速率为1~6℃/min，晶化时间为1.5~2.5小时。
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