CN105884200A - 一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法，属于大宗工业固体废弃物资源化利用领域。将两种或多种工业废渣按照一定比例混合均匀制成配合料生料，高温熔融并水淬处理，制得复合玻璃化熔渣，预处理后将得到的玻璃化熔渣粉体与不同比例的原始工业飞灰混合均匀，平铺在耐火模具中进行烧结晶化热处理，再对热处理后的粗产品进行切割、打磨、抛光之后成为微晶玻璃陶瓷复合材料。本发明制造的微晶玻璃陶瓷复合材料全部使用工业废渣，不需要额外添加天然矿产资源或化工原料，不需要对配合料进行压力成型处理。生产工艺技术简单，工业能耗和产品成本都大幅降低，产品性能与常规方法制造的废渣类陶瓷产品相近。

Description

一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法
技术领域
本发明公开了一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法。本发明属于新材料领域，属于大宗工业固体废弃物资源化利用领域。
背景技术
随着中国工业化和城市化进展的加快，大宗工业固体废弃物占据了大量的土地资源，给周围的环境造成了严重的污染和危害。同时，自然资源的开采和利用带来的环境问题与过度依赖资源进口引起的资源供应安全性问题也日益突出，这使得我国工业和社会发展面临着严峻的资源、环境约束的挑战。因此，将工业废渣制造成高附加值的微晶玻璃材料，将其变废为宝，化害为利，代替天然矿产资源的开采和使用，具有很好的社会效益、环保效益和经济效益。
当前，利用工业废渣制造微晶玻璃的方法主要包括熔融法和烧结法两种。如中国专利201110057464.2涉及了一种微晶玻璃管材及其制备方法。这种方法将粉煤灰、尾矿、高炉渣、石英砂、碳酸钠、硼砂、白云石、钠长石等原料按照重量百分比计进行混匀得到混合料，然后将混合物在高温下熔化、离心铸造成型、退火、核化、晶化，最终得到性能良好的废渣微晶玻璃产品。如中国专利200910254601.4公开了一种用废石膏渣制造绿色微晶玻璃板材的方法。这种方法将不同重量比例的废石膏渣、石英砂、锂长石、纯碱、氧化锌、碳酸钡、氧化铬、氧化铜和碳粉等制成玻璃配合料，再将玻璃配合料熔化成玻璃液，然后将玻璃液倒入水中成为玻璃颗粒料，再将玻璃颗粒料平铺在耐火模具中进行热处理，最后将绿色微晶玻璃粗品进行研磨切割后成为成品。
目前，利用工业废渣制造微晶玻璃的方法存在的主要问题是：(1)由于单一的工业废渣很难满足制造微晶玻璃材料所需要的全部成分，在配料过程中需要掺加大量的天然矿产资源或化工原料；(2)高温熔化阶段面临着高能耗的问题。这两个问题使废渣微晶玻璃产品的生产成本偏高、经济效益对比传统的技术微晶玻璃产品体现不出明显的优势,推广应用受到限制。在已有的研究成果当中，通过不同飞灰的优势配伍，实现了原材料的百分之百废物利用率，并通过部分组分熔融、全组分烧结过程降低了过程能耗。在此基础上，本发明对工艺过程中的关键参数进一步优化，制备得到性能更优良的微晶玻璃陶瓷复合产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法
本发明的技术方案：
一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法，步骤如下：
(1)将两种或多种具有主成分互补特性的工业废渣进行破碎、干燥、筛分预处理，得到粒度均匀的粉体，按照一定比例混合均匀，得到玻璃配合料生料，其主要成分为SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、Na2O、MgO、P2O5和TiO2，各成分占玻璃配合料生料质量百分比为SiO2:55.68％、CaO:18.11％、Al2O3:10.74％、Fe2O3:7.68％、Na2O:3.16％、MgO:2.32％、P2O5:1.26％和TiO2:1.05％；
(2)将玻璃配合料生料置于高温熔融炉中熔化成均匀的玻璃液，熔炉内温度为1450℃，熔化时间为2.0小时；
(3)将熔化好的玻璃液进行水淬处理，得到亮黑色的玻璃化熔渣，此熔渣经过破碎、烘干、研磨、筛分，得到复合玻璃化熔渣粉体；
(4)将复合玻璃化熔渣粉体作为基体与颗粒粒径小于150微米的工业飞灰进行均匀混合，工业飞灰质量占混合后总质量的10～30wt％；
(5)将(4)中的复合配料平铺在模具中进行烧结晶化热处理，自然冷却至室温；
(6)将(5)制得的微晶玻璃陶瓷粗品进行切割、打磨、抛光，即得微晶玻璃陶瓷复合产品。
本发明的有益效果：
对比常规的工业飞灰制造微晶玻璃的生产工艺，本发明中配合料生料不需要压力成型预处理，而且一定质量分数(10％～30％)的工业飞灰不需要经过高温熔融阶段，在低温烧结区间(800～1000℃)即可与玻璃化熔渣进行固相烧结反应制造微晶玻璃陶瓷复合产品，产品成本和工业能耗投入都大幅降低。
微晶玻璃陶瓷复合产品原材料百分之百利用工业废渣，不需要额外添加天然矿石或化工原料，不同地区可根据当地实际情况利用两种或多种工业废渣优势配伍来制造产品，既拓展了废渣微晶玻璃所需原料的范围，又降低了原料成本。在满足产品不同性能的前提下，减少了设备投资、产品成本和过程能耗。
本发明涉及的微晶玻璃陶瓷复合产品生产工艺，使产品的性能具有可设计性，可以根据市场的不同需求生产不同规格的产品。在满足复合玻璃化熔渣成分的前提下，热处理过程中工业飞灰的种类和比例可以任意调节，拓宽了产品种类和市场范围。
具体实施方式
以下结合技术方案，对本发明的具体实施方式作进一步的描述。
实施例1
复合玻璃化熔渣与油页岩飞灰混合比例：9:1
烧结温度：900℃
烧结晶化过程升温速率：3℃/分钟
烧结晶化时间：3.0小时
将复合玻璃化熔渣进行破碎、烘干、研磨、筛分等预处理后与油页岩飞灰均匀混合，然后平铺在模具中，经过一步烧结法制备得到微晶玻璃陶瓷复合产品。
测试结果：
按照以上参数制备的微晶玻璃陶瓷复合产品密度达到2.0g/cm3以上，抗压强度均可达100Mpa以上。
实施例2
复合玻璃化熔渣与油页岩飞灰混合比例：6:1
烧结温度：950℃
烧结晶化过程升温速率：5℃/分钟
烧结晶化时间：2.0小时
制备方法同实例1中所述。
测试结果：
按照以上参数制备的微晶玻璃陶瓷复合产品密度达到1.8g/cm3以上，抗压强度均可达60Mpa以上。
实施例3
复合玻璃化熔渣与油页岩飞灰混合比例：3:1
烧结温度：1000℃
烧结晶化过程升温速率：8℃/分钟
烧结晶化时间：2.0小时
制备方法同实例1中所述。
测试结果：
按照以上参数制备的微晶玻璃陶瓷复合产品密度达到1.6g/cm3以上，抗压强度均可达30Mpa以上。

Claims (1)

1.一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法，步骤如下：
(1)将两种或多种具有主成分互补特性的工业废渣进行破碎、干燥、筛分预处理，得到粒度均匀的粉体，按照一定比例混合均匀，得到玻璃配合料生料，其主要成分为SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、Na2O、MgO、P2O5和TiO2，各成分占玻璃配合料生料质量百分比为SiO2:55.68％、CaO:18.11％、Al2O3:10.74％、Fe2O3:7.68％、Na2O:3.16％、MgO:2.32％、P2O5:1.26％和TiO2:1.05％；
(2)将玻璃配合料生料置于高温熔融炉中熔化成均匀的玻璃液，熔炉内温度为1450℃，熔化时间为2.0小时；
(3)将熔化好的玻璃液进行水淬处理，得到亮黑色的玻璃化熔渣，此熔渣经过破碎、烘干、研磨、筛分，得到复合玻璃化熔渣粉体；
(4)将复合玻璃化熔渣粉体作为基体与颗粒粒径小于150微米的工业飞灰进行均匀混合，工业飞灰质量占混合后总质量的10～30wt％；
(5)将(4)中的复合配料平铺在模具中进行烧结晶化热处理，自然冷却至室温；
(6)将(5)制得的微晶玻璃陶瓷粗品进行切割、打磨、抛光，即得微晶玻璃陶瓷复合产品。
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