CN107265868B - 一种利用青石粉制备的微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用青石粉制备的微晶玻璃及其制备方法，所述微晶玻璃以青石粉为主要原料并加入适量纯试剂制备得到，其主晶相为硅灰石，还含有少量斜方硅灰石；其中，所述青石粉的质量百分比为40～75％，纯试剂的质量百分比为25～60％。本发明将原料混合均匀得到配合料，然后熔制、水淬、烘干、破碎，放置刚玉坩埚中热处理后随炉冷却，获得以硅灰石为主晶相的微晶玻璃。本发明原料来源方便，青石粉的利用率最高可达70％以上，远远高于传统水泥混凝土、陶瓷、发泡砖行业的青石粉处理量仅有30％以下的局面。且制备方法简单，成本低廉，制得的微晶玻璃具有优良的抗弯强度和显微硬度，附加值高，具有显著的经济与社会效益。

Description

一种利用青石粉制备的微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及微晶玻璃，尤其涉及一种利用青石粉制备的微晶玻璃及其制备方法，属于资源多元化利用和环保技术领域。
背景技术
微晶玻璃又称玻璃陶瓷，对特定组成的基础玻璃可控结晶而得到的含有大量微晶相及玻璃相的多晶材料。微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多晶特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，这一特点使得微晶玻璃拥有比陶瓷更高的强度和硬度，相对于玻璃而言又具有更高的韧性。微晶玻璃的耐磨性能、抗酸碱腐蚀性能、抗压性能等均优于天然石材，而且没有污染，因此成为一类独特的新型材料。
微晶玻璃自研制成功以来，已经在建筑、电子工业、生物医学、机械、航空航天工程等领域获得广泛的应用。与同类玻璃和陶瓷相比，微晶玻璃具有优良的电学、磁学、热学、力学方面的性能，例如电绝缘性优良、低热膨胀系数、机械强度高、耐磨性能好、高断裂韧性等。
青石粉是青石加工过程中产生的固体废弃物，矿山企业在采矿完成后，将青石粉作为废渣处理，多以泥浆形式外排，长此以往便形成青石粉堆，数量巨大，具有极大的安全隐患，如遇上下雨天极易发生山体滑波与泥石流。此外，堆积的青石粉中有害元素会渗透到地下，对于环境、地下水等会造成极大的污染。据统计，江西省星子县每天产生的青石粉约200吨，因此对于青石粉的处理是我国采矿企业面临的一个重大问题。青石粉主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O等，利用其制备微晶玻璃装饰材料，不但弯曲强度、抗压强度、耐化学性能等优于花岗岩和天然大理石，而且增加了对固体废弃物的资源化利用，产业化发展对生态文明建设和可持续发展战略实施具有重要意义。
如中国专利申请号为201410284814.2公布了一种废石粉陶瓷及其制备方法，按照重量份数计，其为配方：高岭土33～36份；石粉废料33～36份；水28～35份；腐植酸钠10～12份；水玻璃8～10份；聚乙二醇10～12份。将废石粉料晒干，用筛子筛选；将筛选好的废石粉料与高岭土、水混合制成泥浆；将制成的泥浆陈化放置；再加入水玻璃，腐植酸钠，聚乙二醇进行搅拌均匀后在进行注浆；待胚体晾干后高温烧制成型。
又如中国专利申请号为201610701932.8公布了一种石灰石粉在混凝土中的应用，包括28天抗压强度为52.2MPa的水泥、密度为2.72g/cm3的超细石灰石、砂子、2mm-20mm碎石的粗骨料、5mm-20mm的豆石、粉煤灰和聚羧酸高性能减水剂。通过掺入细的石灰石粉提高混凝土的早期强度。
又比如中国专利申请号为201610885547.3公开了一种石粉发泡砖及其制备方法，该发泡砖包括石粉、粗砂、水泥、抗裂剂、增强粘合剂、增硬剂以及助剂。将所述粉料混合物中加入总质量20％的水充分搅拌均匀后，放入空心砖压制成型设备内进行压制成型，在阴凉通风处自然干燥，即得所述石粉发泡砖。
上述现有的方法虽然可以处理部分石粉，但是利用率低，处理方法复杂，且得到的产品为低附加值的陶瓷、水泥混凝土、发泡砖，无法提高青石粉回收利用过程中的经济效益。
发明内容
针对上述现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用青石粉制备的微晶玻璃及其制备方法，本发明青石粉利用率高，且制备方法简单，原料来源方便，成本低廉，制得的微晶玻璃具有优良的抗弯强度和显微硬度，附加值高，为青石粉的资源化综合利用提供了新的途径，且具有显著的经济与社会效益。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种利用青石粉制备的微晶玻璃，所述微晶玻璃以青石粉为主要原料并加入适量纯试剂制备得到，其主晶相为硅灰石，还含有少量斜方硅灰石；其中，所述青石粉的质量百分比为40～75％，纯试剂的质量百分比为25～60％。
所述青石粉由以下质量百分比的成分组成：SiO2 60～70％；Al2O3 15～20％；CaO0～2％；MgO 0～5％；Fe2O3 4～10％；K2O 2～4％；Na2O 1～3％；其他＜5％。
所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 30～50％；CaO 12～33.5％；ZnO1～13.5％；BaCO3 1～8.3％；Na2CO3 3～6.5％；H3BO3 0～3％；Sb2O3 0～1％；其他＜7％。
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(1)将青石粉经球磨机水磨、干燥、研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比40～75％、25～60％进行配料；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中混合均匀，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以8～10℃/min的速率升温至1400～1500℃，保温2-3h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱干燥；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以8～10℃/min的速率升温至450～600℃，保温0.2～2h，然后以5～8℃/min速率升温至1030～1120℃进行烧结，保温1～2h，最后以15～30℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
步骤(1)中所述球磨机转速为200-400r/min，水料比为2-3:1，水磨时间为24～36h；所述干燥温度为100～150℃，时间为12～24h。
步骤(2)中所述混料机转速为10～20r/min，混匀时间为0.5～1h；所述干燥温度为100～150℃，干燥时间为12～24h。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种利用青石粉制备的微晶玻璃及其制备方法，其原料来源方便，青石粉的利用率最高可达70％以上，远远高于传统水泥混凝土、陶瓷、发泡砖行业的青石粉处理量仅有30％以下的局面。且制备方法简单，成本低廉，制得的微晶玻璃具有优良的抗弯强度和显微硬度，附加值高，为青石粉的资源化综合利用提供了新的途径，对环境保护有利，符合生态文明建设要求，具有显著的经济与社会效益。
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2制备得到为微晶玻璃的SEM图谱；
图3为本发明实施例4制备得到为微晶玻璃的SEM图谱；
图4为本发明实施例2制备得到为微晶玻璃的XRD图谱；
图5为本发明实施例4制备得到为微晶玻璃的XRD图谱。
根据上述SEM图谱和XRD图谱，可以看出该微晶玻璃晶化度高，主晶相为短柱状的硅灰石，还含有少量斜方硅灰石。
具体实施方式
实施例1
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(1)将青石粉经球磨机在200r/min的转速下水磨36h，水料比为2:1，再在105℃下干燥24h，研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比40％、60％进行配料；
所述青石粉成分分析结果见表1；
表1某青石粉成分分析结果(wt％)
Figure BDA0001350975300000041
所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 31.22％；CaO 32.46％；ZnO13.35％；BaCO3 8.18％；Na2CO3 6.39％；H3BO3 2.82％；Sb2O3 0.94％；其他4.64％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中以10r/min的转速混合1h，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以8℃/min的速率升温至1400℃，保温3h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱在105℃下干燥12h；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以8℃/min的速率升温至450℃，保温2h，然后以5℃/min速率升温至1030℃进行烧结，保温2h，最后以15℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
实施例2
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(1)将青石粉经球磨机在200r/min的转速下水磨36h，水料比2:1，再在110℃下干燥24h，研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比75％、25％进行配料；
所述青石粉成分分析结果见表1；
所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 33.45％；CaO 31.47％；ZnO12.75％；BaCO3 7.96％；Na2CO3 5.87％；H3BO3 2.93％；Sb2O30.88％；其他＜4.69％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中以10r/min的转速混合1h，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以8℃/min的速率升温至1420℃，保温3h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱在110℃下干燥24h；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以8℃/min的速率升温至480℃，保温2h，然后以5℃/min速率升温至1050℃进行烧结，保温2h，最后以18℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
,实施例3
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(2)将青石粉经球磨机在300r/min的转速下水磨30h，水料比2.5:1，再在120℃下干燥18h，研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比59％、41％进行配料；
所述青石粉成分分析结果见表1；
所述所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 38.44％；CaO 30.12％；ZnO10.95％；BaCO36.89％；Na2CO3 4.99％；H3BO3 2.48％；Sb2O30.68％；其他＜5.45％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中以15r/min的转速混45min，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以9℃/min的速率升温至1440℃，保温2.5h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱在120℃下干燥18h；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以9℃/min的速率升温至500℃，保温1.5h，然后以6℃/min速率升温至1070℃进行烧结，保温1.5h，最后以20℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
实施例4
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(3)将青石粉经球磨机在300r/min的转速下水磨30h，水料比2.5:1，再在130℃下干燥18h，研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比65％、35％进行配料；
所述青石粉成分分析结果见表1；
所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 42.36％；CaO 28.67％；ZnO10.22％；BaCO3 6.31％；Na2CO3 4.56％；H3BO3 2.08％；Sb2O3 0.59％；其他5.21％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中以15r/min的转速混合45min，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以9℃/min的速率升温至1460℃，保温2.5h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱在130℃下干燥18h；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以9℃/min的速率升温至530℃，保温1.5h，然后以7℃/min速率升温至1080℃进行烧结，保温1.5h，最后以22℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
实施例5
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(4)将青石粉经球磨机在400r/min的转速下水磨24h，水料比为3:1，再在140℃下干燥12h，研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比70％、30％进行配料；
所述青石粉成分分析结果见表1；
所述所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 48.32％；CaO 25.11％；ZnO8.84％；BaCO35.29％；Na2CO3 3.67％；H3BO3 1.72％；Sb2O3 0.42％；其他6.63％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中以20r/min的转速混合0.5h，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以10℃/min的速率升温至1480℃，保温2h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱在140℃下干燥12h；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以10℃/min的速率升温至560℃，保温1h，然后以8℃/min速率升温至1100℃进行烧结，保温1h，最后以25℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
实施例6
一种利用青石粉制备微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：
(5)将青石粉经球磨机在400r/min的转速下水磨24h，水料比3:1，再在150℃下干燥12h，研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比72％、28％进行配料；
所述青石粉成分分析结果见表1；
所述所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 49.95％；CaO 24.56％；ZnO8.46％；BaCO3 4.98％；Na2CO3 3.49％；H3BO31.51％；Sb2O3 0.36％；其他6.69％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中以20r/min的转速混合0.5h，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以10℃/min的速率升温至1500℃，保温2h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱在150℃下干燥12h；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以10℃/min的速率升温至600℃，保温0.5h，然后以8℃/min速率升温至1120℃进行烧结，保温1h，最后以30℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
根据中华人民共和国建材行业标准《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872—2000)，上述实施例1-5利用青石粉制备得到的微晶玻璃成品性能指标如表2所示。
表2微晶玻璃性能指标
Figure BDA0001350975300000071
Figure BDA0001350975300000081

Claims (4)

1.一种利用青石粉制备的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃以青石粉为主要原料并加入适量纯试剂制备得到，其主晶相为硅灰石，还含有少量斜方硅灰石；其中，所述青石粉的质量百分比为40～75％，纯试剂的质量百分比为25～60％；所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 30～50％；CaO 12～33.5％；ZnO 1～13.5％；BaCO3 1～8.3％；Na2CO3 3～6.5％；H3BO3 0～3％；Sb2O3 0～1％；其他＜7％，所述青石粉由以下质量百分比的成分组成：SiO2 60～70％；Al2O3 15～20％；CaO 0～2％；MgO 0～5％；Fe2O3 4～10％；K2O2～4％；Na2O 1～3％；其他＜5％。
2.一种如权利要求 1所述的利用青石粉制备微晶玻璃的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将青石粉经球磨机水磨、干燥、研磨至200目筛后与纯试剂按照质量百分比40～75％、25～60％进行配料；所述纯试剂由以下质量百分比的成分组成：SiO2 30～50％；CaO12～33.5％；ZnO 1～13.5％；BaCO3 1～8.3％；Na2CO3 3～6.5％；H3BO3 0～3％；Sb2O3 0～1％；其他＜7％；
(2)将步骤(1)得到的青石粉和纯试剂置于混料机中混合均匀，然后置于刚玉制模具中进行熔制，以8～10℃/min的速率升温至1400～1500℃，保温2-3h，然后将熔料倒入水淬池进行水淬，形成玻璃颗粒；将玻璃颗粒送至烘干箱干燥；然后依次进行破碎和筛分，选取粒度为5到100目的玻璃颗粒，准备热处理；
(3)将步骤(2)得到的破碎料置于刚玉制模具中热处理，先以8～10℃/min的速率升温至450～600℃，保温0.2～2h，然后以5～8℃/min速率升温至1030～1120℃进行烧结，保温1～2h，最后以15～30℃/min的速率降温至150℃以下进行退火，然后取出烧结料，经研磨、抛光、切割、质检后制得成品微晶玻璃。
3.根据权利要求2所述的利用青石粉制备微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤(1)中所述球磨机转速为200-400r/min，水料比为2-3:1，水磨时间为24～36h；所述干燥温度为100～150℃，时间为12～24h。
4.根据权利要求2所述的利用青石粉制备微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤(2)中所述混料机转速为10～20r/min，混匀时间为0.5～1h；所述干燥温度为100～150℃，干燥时间为12～24h。
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