CN105924012A - 以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃及其生产方法 - Google Patents

以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃及其生产方法，它的成分为Na2O 4％～5％，MgO 9％～12％，Al2O3 11％～13％，SiO2 55％～65％，Fe2O3 0.28％～2％，K2O 2.8％～4％，CaO 3％～5％，TiO2 1.5％～2％。本发明以煤矸石、石英砂、磷酸二氢钙、氢氧化铝、重钙、轻烧镁、纯碱、碳酸钾和钛白粉中的多种材料为原料，高温熔化后用压延机成型，然后退火处理，降至室温后切割成板，再核化和晶化，最后退火得到微晶玻璃板。本发明制备的蓝色系微晶玻璃的力学性能好，耐酸碱腐蚀，其放射性检测符合国家A类检测标准。本发明的制备方法以煤矸石取代氧化铝，可以大量降低氢氧化铝的用量，降低了生产成本；通过调整煤矸石和氢氧化铝的比例，可以做出蓝色深浅度不同的微晶玻璃。

Description

以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃及其生产方法
技术领域
本发明的实施方式涉及建筑装饰材料，更具体地，本发明的实施方式涉及以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃和其生产方法。
背景技术
煤矸石是煤伴生废石。在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值，含碳20％～30％，有些含腐殖酸。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。煤矸石是在成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起的岩石，通常呈薄层和在煤层中或煤层顶、煤层底，是在煤矿建设和煤炭采掘、洗选加工过程中产生的数量较大的矿山固态排弃物.煤矸石的化学成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属.煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。以煤矸石为主要原料，采用全电熔压延法生产微晶玻璃，不仅能够解决采煤过程中产的固体废弃物污染，变废为宝，同时还能为消费者带来一种绿色、健康的新材料。
现有微晶玻璃有蓝色、灰色、黑色、红色和黄色等不同颜色的产品，蓝色微晶玻璃通常以Co的氧化物为着色剂，或者以铜的氧化物与其它着色剂配合制得蓝色微晶玻璃。在制备蓝色微晶玻璃时，通常按要求额外添加一定比例的着色剂Co氧化物或Cu氧化物，不以这两种氧化物为着色剂制备蓝色微晶玻璃的技术十分少见，目前还没有利用煤矸石采用全电熔压延法制备蓝色系微晶玻璃的方法被公开。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种微晶玻璃和以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产微晶玻璃的方法，以期望可以消纳工业废弃物煤矸石，实现微晶玻璃绿色制造，拓宽蓝色系微晶玻璃的制备技术空间。
一种以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃，它由以下化学成分组成：
Na2O 4％～5％，MgO 9％～12％，Al2O3 11％～13％，SiO2 57％～65％，Fe2O30.28％～2％，K2O 2.8％～4％，CaO 3％～5％，TiO2 1.5％～2％。
根据本发明的一种优选的实施例，所述以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃包括淡蓝色微晶玻璃，其化学成分为：
Na2O 4.44％，MgO 11.52％，Al2O3 12.25％，SiO2 62.21％，Fe2O3 0.28％，K2O2.91％，CaO 4.58％，TiO2 1.81％。
根据本发明的另一种优选的实施例，所述以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃包括浅蓝色微晶玻璃，其化学成分为：
Na2O 4.34％，MgO 11.42％，Al2O3 12.35％，SiO2 62.28％，Fe2O3 0.57％，K2O2.81％，CaO 4.38％，TiO2 1.85％。
根据本发明的另一种优选的实施例，所述以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃包括蓝色微晶玻璃，其化学成分为：
Na2O 4.32％，MgO 11.44％，Al2O3 12.25％，SiO2 61.98％，Fe2O3 0.88％，K2O2.80％，CaO 4.48％，TiO2 1.85％。
上述微晶玻璃颜色由浅到深依次为：淡蓝色→浅蓝色→蓝色。
本发明还提供了上述以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的生产方法，具体包括以下步骤：
(1)以煤矸石、石英砂、磷酸二氢钙、氢氧化铝、重钙、轻烧镁、纯碱、碳酸钾和钛白粉中的多种材料为原料，按照微晶玻璃的化学成分设计原料配方，然后按配方比例将各原料充分搅拌，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，熔化温度为1500～1550℃，澄清均化时间为4～9h；熔化均匀后的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1200～1300℃，用压延机对玻璃液成型，压辊后温度控制在900～1000℃，玻璃带的厚度控制在5～30mm；
(4)将成型后的玻璃带进行退火处理，玻璃带快速降温至退火上限温度±50℃，保温10～20min，根据玻璃带厚度控制降温速率，退至退火下限温度以下50～100℃并保温5～20min，然后按照一定的降温速率降至室温，切割成退火板；
(5)将所述退火板升温至650～700℃，保温0.5～3h进行核化处理，接着升温至900～1000℃，保温0.5～3h进行晶化处理，再进行退火处理得到微晶玻璃板。
本发明可采用退火上限温度为850℃，退火下限温度为300℃；亦可根据实际情况进行微调，这是本领域技术人员在现有微晶玻璃制备技术的基础上容易做到的。
进一步的技术方案是：所述以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的生产方法中，退火板的长度为2.5m。
更进一步的技术方案是：所述以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的生产方法中，步骤(5)得到的微晶玻璃板需采用全自动磨机对其表面进行打磨和抛光。
下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。
本发明以废弃煤矸石为主要原料，石英砂(提供部分SiO2)、磷酸二氢钙(提供P2O5、CaO)，氢氧化铝(提供Al2O3)，重钙(提供CaO)，轻烧镁(提供MgO)，纯碱(提供Na2O)，碳酸钾(提供K2O)，钛白粉(提供TiO2)以上原料均可在周边采购，且化学成份较为稳定，生产成本较低。
对各原料进行成分测定后，按照上述不同颜色深浅度的微晶玻璃的成分比例，设计各原料的用量，采用上述生产方法，即可获得对应颜色的微晶玻璃。由于上述原料的化学成分较稳定，为了便于阐述本发明的技术方案及实施例，本发明给出了上述原料较常规的组分质量百分比如表1所示。
表1各原料的组分质量百分比
本发明通过调整煤矸石和氢氧化铝的比例，可以做出蓝色深浅度不同的微晶玻璃，煤矸石和氢氧化铝比例以及所对应的颜色如表2所示。
表2微晶玻璃颜色随煤矸石与氢氧化铝比变化表
煤矸石 氢氧化铝 产品颜色
11 14 淡蓝色
22 9.5 浅蓝色
33 5 蓝色
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的抗压强度为200～300MPa，抗弯强度为40～80MPa，密度为2.6～2.7g/cm3，莫氏硬度为5～6级，吸水率＜0.01％，光洁度为90～98，且该微晶玻璃耐酸碱腐蚀，其放射性检测符合国家A类检测标准。本发明的制备方法以煤矸石取代氧化铝，可以大量降低氢氧化铝的用量，降低了生产成本；通过调整煤矸石和氢氧化铝的比例，可以做出蓝色深浅度不同的微晶玻璃。
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。
实施例1
原料：煤矸石、重钙、轻烧镁、工业氢氧化铝、工业钛白粉、纯碱、碳酸钾。
按100Kg玻璃液计算所得原料用量：
煤矸石：10.7kg；石英砂：53.7Kg；轻烧镁：14.17kg；重钙：7.89kg；氢氧化铝：14.29kg；纯碱：7.79kg；碳酸钾：4.20Kg；钛白粉：3.99kg。
微晶玻璃具体制备方法如下：
(1)按照计算原料用量比例，称量、配料、混合，得到混合料；
(2)将上述混合料投入电熔窑中进行高温熔化，熔化温度为1550℃左右，澄清均化时间为4h；熔化均匀后的玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；
(3)在料道中降温至1250℃，经过压延机成形，出压延辊温度在960℃，板厚为15mm；
(4)成型后的玻璃带进行退火处理，玻璃带快速(5min内)降温至退火上限温度左右(880℃)，保温15min，根据玻璃带厚度控制降温速率，在30min内退至退火下限温度以下(220℃)并保温10min，然后按照9℃/min的降温速率降至室温(20～40℃)，退至室温后进行裁切得到长度为2.5m的半成品板材即退火板；
(5)将步骤(4)中得到的半成品板在675℃左右保温2.5h进行核化处理，在950℃下保温2.5h进行晶化处理，再进行退火处理得到微晶玻璃板。
(6)将制得的微晶玻璃板磨抛、裁切的到高档建筑装饰微晶玻璃。
上述退火处理后，将玻璃带从220℃降至室温的降温速率(9℃/min)可以根据需要进行调整。
按照以上工艺，所得微晶玻璃为淡蓝色。
淡蓝色微晶玻璃检测结果如表3所示：
表3淡蓝色微晶玻璃的成分检测结果
实施例2
原料：煤矸石、重钙、轻烧镁、工业氢氧化铝、工业钛白粉、纯碱、碳酸钾。
按100Kg玻璃液计算所得原料用量：
煤矸石：21.62kg；石英砂：47.44Kg；轻烧镁：14.08kg；重钙：7.86kg；氢氧化铝：9.52kg；纯碱：7.79kg；碳酸钾：3.95Kg；钛白粉：3.67kg。
(1)按照计算原料用量比例，称量、配料、混合，得到混合料；
(2)将上述混合料投入电熔窑中进行高温熔化，熔化温度为1550℃左右，澄清均化时间为7h；熔化均匀后的玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；
(3)在料道中降温至1300℃，经过压延机成形，出压延辊温度在940℃，板厚为15mm；
(4)成型后的玻璃带进行退火处理，玻璃带快速(5min内)降温至退火上限温度左右(850℃)，保温20min，根据玻璃带厚度控制降温速率，在30min内退至退火下限温度以下(250℃)并保温10min，然后按照9℃/min的降温速率降至室温(20～40℃)，退至室温后进行裁切得到半成品板材即退火板；
(5)将步骤四中得到的半成品板在700℃下保温1.5h进行核化处理，在900℃下保温0.5h进行晶化处理，再进行退火处理得到微晶玻璃板。
(6)将制得的微晶玻璃板磨抛、裁切的到高档建筑装饰微晶玻璃。
按照所述工艺制度，制得的微晶玻璃颜色浅蓝色
浅蓝色微晶玻璃检测结果如表4所示：
表4浅蓝色微晶玻璃的成分检测结果
实施例3
原料：煤矸石、重钙、轻烧镁、工业氢氧化铝、工业钛白粉、纯碱、碳酸钾。
按100Kg玻璃液计算所得原料用量：
煤矸石：32.53kg；石英砂：41.19Kg；轻烧镁：14.00kg；重钙：7.84kg；氢氧化铝：4.68kg；纯碱：7.77kg；碳酸钾：3.71Kg；钛白粉：3.36kg。
(1)按照计算原料用量比例，称量、配料、混合，得到混合料；
(2)将上述混合料投入电熔窑中进行高温熔化，熔化温度为1550℃左右，澄清均化时间为9h；熔化均匀后的玻璃液经流液洞和上升道流入料道中；
(3)在料道中降温至1200℃℃，经过压延机成形，出压延辊温度在980℃，板厚为15mm；
(4)成型后的玻璃带进行退火处理，玻璃带快速(5min内)降温至退火上限温度左右(900℃)，保温10min，根据玻璃带厚度控制降温速率，在30min内退至退火下限温度以下(200℃)并保温20min，然后按照9℃/min的降温速率降至室温(20～40℃)，退至室温后进行裁切得到半成品板材即退火板；
(5)将步骤四中得到的半成品板在650℃下保温3h进行核化处理，在900℃下保温3h进行晶化处理，再进行退火处理得到微晶玻璃板。
(6)将制得的微晶玻璃板磨抛、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，所得微晶玻璃蓝色。
蓝色微晶玻璃检测结果如表5所示：
表5深蓝色微晶玻璃的成分检测结果
尽管这里参照本发明的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 (7)

1.一种以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它由以下化学成分组成：
Na2O 4％～5％，MgO 9％～12％，Al2O3 11％～13％，SiO2 57％～65％，Fe2O30.28％～2％，K2O 2.8％～4％，CaO 3％～5％，TiO2 1.5％～2％。
2.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它包括淡蓝色微晶玻璃，其化学成分为：
Na2O 4.44％，MgO 11.52％，Al2O3 12.25％，SiO2 62.21％，Fe2O3 0.28％，K2O2.91％，CaO 4.58％，TiO2 1.81％。
3.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它包括浅蓝色微晶玻璃，其化学成分为：
Na2O 4.34％，MgO 11.42％，Al2O3 12.35％，SiO2 62.28％，Fe2O3 0.57％，K2O2.81％，CaO 4.38％，TiO2 1.85％。
4.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它包括蓝色微晶玻璃，其化学成分为：
Na2O 4.32％，MgO 11.44％，Al2O3 12.25％，SiO2 61.98％，Fe2O3 0.88％，K2O2.80％，CaO 4.48％，TiO2 1.85％。
5.如权利要求1～4任意一项所述的以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的生产方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)以煤矸石、石英砂、磷酸二氢钙、氢氧化铝、重钙、轻烧镁、纯碱、碳酸钾和钛白粉中的多种材料为原料，按照微晶玻璃的化学成分设计原料配方，然后按配方比例将各原料充分搅拌，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，熔化温度为1500～1550℃，澄清均化时间为4～9h；熔化均匀后的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1200～1300℃，用压延机对玻璃液成型，压辊后温度控制在900～1000℃，玻璃带的厚度控制在5～30mm；
(4)将成型后的玻璃带进行退火处理，玻璃带快速降温至退火上限温度±50℃，保温10～20min，根据玻璃带厚度控制降温速率，退至退火下限温度以下50～100℃并保温5～20min，然后按照一定的降温速率降至室温，切割成退火板；
(5)将所述退火板升温至650～700℃，保温0.5～3h进行核化处理，接着升温至900～1000℃，保温0.5～3h进行晶化处理，再进行退火处理得到微晶玻璃板。
6.根据权利要求5所述的以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的生产方法，其特征在于所述退火板的长度为2.5m。
7.根据权利要求5所述的以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃的生产方法，其特征在于所述步骤(5)得到的微晶玻璃板需采用全自动磨机对其表面进行打磨和抛光。
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