CN106810079A - 利用花岗岩废渣制备云母微晶玻璃的方法 - Google Patents

利用花岗岩废渣制备云母微晶玻璃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微晶玻璃的生产方法，具体公开了一种利用花岗岩废渣制备可切削云母微晶玻璃的方法。主要通过取以下重量份数的原料：花岗岩废渣40～60份，碳酸钾2～8份，碱式碳酸镁15～21份，氟化镁10～17份，氢氧化铝13～20份，硅酸锆5～8份，硼酸3.5～15份，碳酸钠0～3份，石英砂0～5份；依次经过原料熔化，澄清和均化，成型，退火得到基础玻璃板；然后送入晶化炉进行热处理，核化温度600～700℃，晶化温度817～1140℃；最后对得到的晶化板进行打磨抛光得到云母微晶玻璃。

Description

利用花岗岩废渣制备云母微晶玻璃的方法
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃的生产方法，尤其是一种云母微晶玻璃的生产方法。
背景技术
微晶玻璃又叫做玻璃陶瓷，兼具了玻璃和陶瓷的优异性能。其性能优于天然石材和陶瓷砖，具有机械强度高、耐化学腐蚀性强，热稳定性好等优点，能够适应恶劣的使用环境，近年来在国际上发展迅速。2012年1月，国家工信部公布的《十二五新材料产业发展规划》，将微晶玻璃列入重点发展的无机非金属新材料目录，对今后微晶玻璃在基础新材料领域的应用有重要指导意义。
云母微晶玻璃是指以氟金云母为主晶相的微晶玻璃，其由MgO、Al2O3、SiO2系统，加入各种添加剂发展而来，是一种具有特殊弯曲形状的新型材料。云母微晶玻璃内部随机析晶，连续的晶相把玻璃围成多面体，能够产生一种互锁的积木结构。它具有玻璃和陶瓷的双重特性。硬度高、质量轻；机械强度比普通玻璃大6倍多；热稳定性好；电绝缘性能与高频瓷接近；化学稳定性好，不怕酸碱侵蚀。不仅可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料，微波炉耐热器皿，化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。
长期以来，花岗岩作为室内外建筑装饰石材被人们进行广泛的开采，由于使用需求不同，需要对所开采的花岗岩进行进一步加工。石材开采以及石材加工过程中所产生的大量的花岗岩废渣既对环境是严重的污染，也是一种天然资源的浪费。所以用花岗岩废渣为主要原料来生产微晶玻璃是一个变废为宝的课题，既能减少环境污染，又能够生产出具有高附加值的微晶玻璃。
近年来国内外对花岗岩废渣微晶玻璃进行了研究。2012年，Khater G A.等通过研究组成变化以花岗岩制备了以主晶相为透辉石、钙长石、硅灰石和莫来石的CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃。2006年，Salman等以花岗岩废渣与高炉矿渣为原料制备了主晶相为钙铝黄长石、斜长石和硅灰石的CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃。但以花岗岩废渣为原料制备R2O-MgO-Al2O3-SiO2-F(RMASF)系云母微晶玻璃的研究还未见报到，因此，以花岗岩废渣为原料研究、开发新型可切削性云母微晶玻璃具有广阔的应用前景。
当前典型的利用花岗岩废渣生产微晶玻璃板材的步骤如下：
(1)选取生产原料：生产原料主要为花岗岩废渣、菱镁矿(或轻烧镁)、重钙粉(或白云石)、磷酸氢钙(或磷酸二氢钙)；
(2)原料熔化：将生产原料混合，加入占原料总质量约2％的水，混合3～5分钟，将原料送入全电熔窑的熔化池，控制熔化温度为1350～1500℃，得到熔化玻璃液；
(3)澄清和均化：熔化玻璃液在熔化池中进行澄清和均化，澄清和均化的温度通常为1400～1450℃，澄清和均化的时间通常为3～8h，得到均化玻璃液。
(4)成型：均化玻璃液经流液洞、上升道进入料道，温度降为1250～1300℃，经料道降温后，进入压延机压延成型为玻璃板，成型温度通常为1150～1270℃；除压延成型外，也可以采用漏注成型，浇筑成型等方法。
(5)退火：成型后的玻璃板进行退火处理，玻璃板在退火炉中经过阶段缓慢降温至35～60℃，得到基础玻璃。通常不同原料和不同要求的微晶玻璃退火的温度控制点有所不同，原则为保证微晶玻璃在退火过程中不发生炸裂。
(6)晶化：将退火基础玻璃板送入晶化窑依次进行核化、晶化，完成晶化后降温出窑，得到晶化板。通常不同原料和不同要求的微晶玻璃核化、晶化的温度控制点有所不同。
(7)将晶化板进行打磨、抛光，得到微晶玻璃板材产品。
发明内容
为填补现有技术中的空白，本发明提供了一种利用花岗岩废渣制备可切削云母微晶玻璃的方法。
本发明所采用的技术方案是：利用花岗岩废渣制备可切削云母微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
A、按照下述重量份数量取生产原料：花岗岩废渣40～60份；碳酸钾2～8份；碱式碳酸镁15～21份；氟化镁10～17份；氢氧化铝13～20份；硅酸锆5～8份；硼酸3.5～15份；碳酸钠0～3份；石英砂0～5份；
B、原料熔化，得到熔化玻璃液；
C、澄清和均化，得到均化玻璃液；
D、成型，得到成型玻璃板；
E、退火，得到基础玻璃板；
F、晶化：将基础玻璃板送入晶化炉进行热处理，先将温度升高至600～700℃进行核化，之后将温度继续升高至817～1140℃进行晶化，晶化完成后按一定降温速率降温出炉即得到晶化板；
G、将晶化板进行打磨、抛光，得到云母微晶玻璃。
采用本发明的方法可以实现以花岗岩废渣为主要原料，生产出以氟金云母为主晶相的微晶玻璃，发明人通过分析实验得出，采用本发明的配方作为生产原料，当晶化温度达到817℃时，基础玻璃板中开始析出氟金云母(K3Mg(AlSi3O10)F2)晶体，而作为晶核剂添加的ZrO2对初期云母相的析出起到了诱导成核的作用。随着晶化温度的升高，氟金云母晶体的析出量增加，并伴有细小颗粒的ZrO2析出，氟金云母晶体由细小的颗粒向不规则六边形片层状晶体发育；这些片层状氟金云母组织相互交错搭接；随交错程度增加，可切削性提高。
所得到的微晶玻璃四点抗弯强度为60～110MPa，维氏硬度为2.3～4.5GPa，并具有良好的可切削性。
由于选用的原材料主要是花岗岩废渣，花岗岩废渣的氧化物成分有较大的波动，可能会导致系统中部分氧化物含量不足，因此可能需要加入碳酸钠补充Na2O，石英砂补充SiO2。
作为本发明的进一步改进，步骤E的退火工艺具体为：将成型玻璃板送至退火炉在630～700℃下保温20～30min，接着以0.3～0.5℃/min的降温速率降温至530～570℃，再按1～10℃/min的降温速率降温至40～60℃后从退火炉中取出玻璃试样，得到基础玻璃板。控制退火温度控制点和降温速率的目的主要在于防止退火过程中玻璃板炸裂，通常由不同材料制得的成型玻璃板的退火控制参数也有所不同，发明人通过大量的退火实验得出适合本发明的以上较佳的退火控制参数，可在有效防止玻璃板炸裂的同时也兼顾生产效率。
作为本发明的进一步改进，步骤F的晶化温度为960～1140℃。随着晶化温度的升高，所得产品微晶玻璃的脆性指数(脆性指数值越小，可切削性能越好)逐渐降低，960℃时微晶玻璃板材的脆性指数为6.5左右，具有良好的可切削性。
作为本发明的进一步改进，步骤F的晶化工艺具体为：将基础玻璃板送入晶化炉中，按1～5℃/min的升温速率(确保基础玻璃板不炸裂)将温度升高至所需核化温度，并保温30～120min进行核化(确保形成足够数量的晶核)；之后按1～5℃/min的升温速率(确保玻璃不炸裂、不变形塌陷)将温度升高至所需晶化温度，并保温30～120min进行晶化(确保形成具有特定形貌结构的氟金云母晶体)；之后在按1～10℃/min的降温速率(确保晶化好的微晶玻璃板材不炸裂)将温度降至40～60℃后取出即得到晶化板。
作为本发明的进一步改进，步骤A中各原料的粒度为50～200目，粒度控制在该范围，便于电熔炉对玻璃进行熔制以及熔制过程中产生气体的排出。
作为本发明的进一步改进，步骤D所得成型玻璃板的规格为：厚度6～100mm，宽度20～1100mm，长度方向可取任意长度，以便于后期加工以及满足更多客户不同板材规格需求。
本发明的有益效果是：1)实现以花岗岩废渣为主要原料，生产出以氟金云母为主晶相的微晶玻璃；2)所得到的云母微晶玻璃四点抗弯强度为60～110MPa，维氏硬度为2.3～4.5GPa，并具有良好的可切削性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
(1)按照下述配方量取原材料：
所用各原材料的化学成分如下(质量百分比含量)。
(2)原料熔化：将生产原料混合，加入占原料总质量2％的水，混合3分钟后将混合好的原料送入全电熔窑的熔化池中，在温度为1420℃将原料熔化，得到熔化玻璃液。
(3)澄清和均化：将所得的熔化的玻璃液于熔化池中1420℃的条件下进行澄清，均化5h后得到均化玻璃液。
(4)成型：之后玻璃液通过料道进入玻璃压延机压延成形为玻璃板，成型温度为1250℃。
(5)退火：成形玻璃板经传送辊进入退火窑退火，玻璃板进入退火窑温度为630℃，在630℃保温30min后，按照0.5℃/min的速度降温至530℃，再按照5℃/min的速度降温至50℃，出窑后，将玻璃板线切割为所需长度的退火基础玻璃板。
(6)晶化：将退火基础玻璃板送入设置好的不同工艺参数的晶化窑中，各晶化窑中工艺参数如下：
晶化窑1：将退火基础玻璃板送入晶化窑1进行热处理，经过1℃/min升温至660℃，然后于660℃保温处理30min，再经过1℃/min升温至817℃并在此温度下恒温30min，接着按照1℃/min的速度降温至60℃取出。
晶化窑2：将退火基础玻璃板送入晶化窑2进行热处理，经过1℃/min升温至660℃，然后于660℃保温处理30min，再经过1℃/min升温至960℃并在此温度下恒温30min，接着按照1℃/min的速度降温至60℃取出。
晶化窑3：将退火基础玻璃板送入晶化窑3进行热处理，经过1℃/min升温至660℃，然后于660℃保温处理30min，再经过1℃/min升温至1020℃并在此温度下恒温30min，接着按照1℃/min的速度降温至60℃取出。
晶化窑4：将退火基础玻璃板送入晶化窑4进行热处理，经过1℃/min升温至660℃，然后于660℃保温处理30min，再经过1℃/min升温至1086℃并在此温度下恒温30min，接着按照1℃/min的速度降温至60℃取出。
晶化窑5：将退火基础玻璃板送入晶化窑5进行热处理，经过1℃/min升温至660℃，然后于660℃保温处理30min，再经过1℃/min升温至1140℃并在此温度下恒温30min，接着按照1℃/min的速度降温至60℃取出。
(7)将得到的晶化板进行打磨、抛光，得到云母微晶玻璃。
对各晶化窑制备的云母微晶玻璃进行力学性能和脆性指数检测，得到的结果见下表：
实施例二：
(1)按照下述配方量取原材料：
所用各原材料的化学成分如下(质量百分比含量)。
(2)原料熔化：将生产原料混合，加入占原料总质量2％的水，混合3分钟后将混合好的原料送入全电熔窑的熔化池中，在温度为1400℃将原料熔化，得到熔化玻璃液。
(3)澄清和均化：将所得的熔化的玻璃液于熔化池中1400℃的条件下进行澄清，均化8h后得到均化玻璃液。
(4)成型：之后玻璃液通过料道进入玻璃压延机压延成形为玻璃板，成型温度为1150℃。
(5)退火：成形玻璃板经传送辊进入退火窑退火，玻璃板进入退火窑温度为630℃，在630℃保温30min后，按照0.5℃/min的速度降温至530℃，再按照5℃/min的速度降温至50℃，出窑后，将玻璃板线切割为所需长度的退火基础玻璃板。
(6)晶化：将退火基础玻璃板送入设置好的不同工艺参数的晶化窑中，各晶化窑中工艺参数如下：
晶化窑6：将退火基础玻璃板送入晶化窑6进行热处理，经过5℃/min升温至700℃，然后于700℃保温处理60min，再经过5℃/min升温至817℃并在此温度下恒温60min，接着按照10℃/min的速度降温至40℃取出。
晶化窑7：将退火基础玻璃板送入晶化窑7进行热处理，经过5℃/min升温至700℃，然后于700℃保温处理60min，再经过5℃/min升温至960℃并在此温度下恒温60min，接着按照10℃/min的速度降温至40℃取出。
晶化窑8：将退火基础玻璃板送入晶化窑8进行热处理，经过5℃/min升温至700℃，然后于700℃保温处理60min，再经过5℃/min升温至1020℃并在此温度下恒温60min，接着按照10℃/min的速度降温至40℃取出。
晶化窑9：将退火基础玻璃板送入晶化窑9进行热处理，经过5℃/min升温至700℃，然后于700℃保温处理60min，再经过5℃/min升温至1086℃并在此温度下恒温60min，接着按照10℃/min的速度降温至40℃取出。
晶化窑10：将退火基础玻璃板送入晶化窑10进行热处理，经过5℃/min升温至700℃，然后于700℃保温处理60min，再经过5℃/min升温至1132℃并在此温度下恒温60min，接着按照10℃/min的速度降温至40℃取出。
(7)将得到的晶化板进行打磨、抛光，得到云母微晶玻璃。
对各晶化窑制备的云母微晶玻璃进行力学性能和脆性指数检测，得到的结果见下表：
实施例三：
(1)按照下述配方量取原材料：
所用各原材料的化学成分如下(质量百分比含量)。
(2)原料熔化：将生产原料混合，加入占原料总质量2％的水，混合3分钟后将混合好的原料送入全电熔窑的熔化池中，在温度为1420℃将原料熔化，得到熔化玻璃液。
(3)澄清和均化：将所得的熔化的玻璃液于熔化池中1420℃的条件下进行澄清，均化5h后得到均化玻璃液。
(4)成型：之后玻璃液通过料道进入玻璃压延机压延成形为玻璃板，成型温度为1250℃。
(5)退火：成形玻璃板经传送辊进入退火窑退火，玻璃板进入退火窑温度为630℃，在630℃保温30min后，按照0.5℃/min的速度降温至530℃，再按照5℃/min的速度降温至50℃，出窑后，将玻璃板线切割为所需长度的退火基础玻璃板。
(6)晶化：将退火基础玻璃板送入设置好的不同工艺参数的晶化窑中，各晶化窑中工艺参数如下：
晶化窑11：将退火基础玻璃板送入晶化窑11进行热处理，经过3℃/min升温至600℃，然后于600℃保温处理120min，再经过3℃/min升温至817℃并在此温度下恒温120min，接着按照5℃/min的速度降温至50℃取出。
晶化窑12：将退火基础玻璃板送入晶化窑12进行热处理，经过3℃/min升温至600℃，然后于600℃保温处理120min，再经过3℃/min升温至960℃并在此温度下恒温120min，接着按照5℃/min的速度降温至50℃取出。
晶化窑13：将退火基础玻璃板送入晶化窑13进行热处理，经过3℃/min升温至600℃，然后于600℃保温处理120min，再经过3℃/min升温至1020℃并在此温度下恒温120min，接着按照5℃/min的速度降温至50℃取出。
晶化窑14：将退火基础玻璃板送入晶化窑14进行热处理，经过3℃/min升温至600℃，然后于600℃保温处理120min，再经过3℃/min升温至1086℃并在此温度下恒温120min，接着按照5℃/min的速度降温至50℃取出。
晶化窑15：将退火基础玻璃板送入晶化窑15进行热处理，经过3℃/min升温至600℃，然后于600℃保温处理120min，再经过3℃/min升温至1140℃并在此温度下恒温120min，接着按照5℃/min的速度降温至50℃取出。
(7)将得到的晶化板进行打磨、抛光，得到云母微晶玻璃。
对各晶化窑制备的云母微晶玻璃进行力学性能和脆性指数检测，得到的结果见下表：

Claims (7)

1.利用花岗岩废渣制备可切削云母微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
A、按照下述重量份数量取生产原料：花岗岩废渣40～60份；碳酸钾2～8份；碱式碳酸镁15～21份；氟化镁10～17份；氢氧化铝13～20份；硅酸锆5～8份；硼酸3.5～15份；碳酸钠0～3份；石英砂0～5份；
B、原料熔化，得到熔化玻璃液；
C、澄清和均化，得到均化玻璃液；
D、成型，得到成型玻璃板；
E、退火，得到基础玻璃板；
F、晶化：将基础玻璃板送入晶化炉进行热处理，先将温度升高至600～700℃进行核化，之后将温度继续升高至817～1140℃进行晶化，晶化完成后按一定降温速率降温出炉即得到晶化板；
G、将晶化板进行打磨、抛光，得到云母微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤E的退火工艺具体为：将成型玻璃板送至退火炉在630～700℃下保温20～30min，接着以0.3～0.5℃/min的降温速率降温至530～570℃，再按1～10℃/min的降温速率降温至40～60℃后从退火炉中取出玻璃试样，得到基础玻璃板。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤F的晶化温度为960～1140℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤F的晶化工艺具体为：将基础玻璃板送入晶化炉中，按1～5℃/min的升温速率将温度升高至所需核化温度，并保温30～120min进行核化；之后按1～5℃/min的升温速率将温度升高至所需晶化温度，并保温30～120min进行晶化；之后在按1～10℃/min的降温速率将温度降至40～60℃后取出即得到晶化板。
5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的方法，其特征在于：步骤A中各原料的粒度为50～200目。
6.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的方法，其特征在于：步骤D所得成型玻璃板的规格为：厚度6～100mm，宽度20～1100mm。
7.由权利要求1～6中任一权利要求所述的方法制得的云母微晶玻璃。
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