CN107365082A - 具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法 - Google Patents

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田瑞平
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贺建雄
李军葛
徐雪倩
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Abstract

本发明属于绿色环保建筑材料技术领域，公开一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法。公开的一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材的熔制配合料的组成和质量百分比分别为：高炉渣51%~54%，硅砂35%~38%，铬铁粉3%~4%，铁粉0.2%~0.3%，碳酸钾0.09%~0.1%，芒硝0.2%~0.4%，二氧化钛1%‑2%，晶核剂4%~7%，晶核剂为氟硅酸钠；混合均匀的配合料在高温炉中于1500℃熔融2小时，然后在1500℃再保温热处理0.5h~1.5h得到微晶玻璃混合熔液；将热处理后的微晶玻璃混合熔液浇筑、压制成型，然后退火处理得到微晶玻璃。本发明有很好的装饰作用，且理化性能良好，简化了工艺过程。

Description

具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法
技术领域
本发明属于绿色环保建筑材料技术领域，公开一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法。
背景技术
微晶玻璃是具有一定组分的玻璃基体在一定温度范围内进行成核、晶化而形成的既具有晶体相又具有玻璃相的陶瓷材料。相较于传统的陶瓷材料，微晶玻璃中晶体与非晶体结合更为紧密，具有更小的气孔率、膨胀率、较高的机械强度、耐酸碱腐蚀和良好的抗热稳定性等性能，被广泛的应用于建筑、电磁、生物医学、航空航天等领域。
随着钢铁产业的迅速增长，炼钢所产生的固体废弃物---高炉渣越来越多；高炉渣的堆积处理会带来严重的环境问题，如何高效的利用高炉渣成为亟待解决的问题；高炉渣的主要成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO等，可作为Ca-Mg-Al-Si系微晶玻璃的主要原料，而高炉渣急冷过程中保留的胶凝性和活性物质能够降低高炉渣微晶玻璃熔制过程中的能量消耗。因此利用高炉渣制备高附加值的微晶玻璃石材是高炉渣废物利用的一个主要途径。
现有技术中常采用烧结法和压延法制备微晶玻璃石材。烧结法因不易成型，核化、晶化过程不易控制而难以制备连续均匀的产品；压延法在玻璃压制成型、退火后需要再次进行核化和晶化热处理，工艺复杂;且采用高炉渣制作的微晶玻璃，美观程度受限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材，所述微晶玻璃石材熔制配合料的组成和质量百分比分别为：高炉渣51%~54%，硅砂 35%~38%，铬铁粉 3%~4%，铁粉 0.2%~0.3%，碳酸钾0.09%~0.1%，芒硝 0.2%~0.4%，二氧化钛 1%-2%，晶核剂4%~7%，所述的晶核剂为氟硅酸钠。
所述微晶玻璃石材熔制配合料的组成和质量百分比分别为：高炉渣53%~54%，硅砂35%~36%，铬铁粉 4%，铁粉 0.25%，碳酸钾 0.095%，芒硝 0.3%，二氧化钛 1.1%，晶核剂5.5%~6.5%。
一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材的制备方法，其具体步骤如下：
1）首先按照配合料组成的质量百分比称量原料：高炉渣51%~54%、硅砂 35%~38%、铬铁粉 3%~4%、铁粉 0.2%~0.3%、碳酸钾 0.09%~0.1%、芒硝 0.2%~0.4%、二氧化钛 1%~2%、氟硅酸钠 4%~7%，充分混合均匀；
2）混合均匀的配合料在高温炉中于1500℃熔融2小时，然后搅拌玻璃熔液，促进玻璃熔液的均一化，然后在1500℃再保温热处理0.5h~1.5h，使熔融后的配合料在1500℃的温度下经过成核、晶化过程得到微晶玻璃混合熔液；
3）将热处理后的微晶玻璃混合熔液浇筑、压制成型，然后放入600℃退火炉中自然冷却进行退火处理得到微晶玻璃。
所述的高炉渣为炼钢尾矿，其基础成分及质量百分比为：SiO2：25.18%，Al2O3：15.78，CaO：42.78%，Na2O：0.66%，K2O：0.54%， Fe2O3：0.31%，MgO：10.19%，TiO2：0.93%，MnO：0.59%，SO3：2.45%。
在具有表面闪光效果的微晶玻璃石材熔制过程中，采用在熔融温度下保温的方法，在具有高温结晶潜能的玻璃基体中经过成核、晶化过程得到微晶玻璃；所述的微晶玻璃主晶相为尖晶石结构，其晶面是闪光微晶玻璃石材的入射光反射面，可通过调节添加剂的加入量和高温保温时间控制所述晶相的比例和大小，所述表面闪光效果的微晶玻璃石材是晶体相和玻璃相相复合的陶瓷材料，其所含晶体相的大小和数量决定了微晶玻璃石材的性能。因此，所述添加剂的加入量和高温保温时间决定了微晶玻璃石材的性能，下面对添加剂的加入量和保温时间的范围界定加以分析：
Na2SiF6在高温下电离成为Na2+、Si4+和F-，其中两个F-取代一个O2-；随着Na2SiF6含量的增加，使原来复杂的硅氧四面体结构逐步形成[SiF4]单体；降低玻璃高温熔制时的粘度，使基础玻璃在短时间内均质，从而缩短熔制时间；同时由于硅氧四面体的破坏，增加了玻璃的不稳定性，使基础玻璃更容易析晶，形成微晶玻璃。随着Na2SiF6
含量的增加，基础玻璃中桥氧数目逐渐减少，被F-离子取代的桥氧的数目增加速率减慢，对玻璃液流动性能的改善不明显，所以粘度降低速率减慢 ，促进析晶的效果减小；因此Na2SiF6的加入量应控制在4.0%~7.0%范围，优选为5.5%~6.5%。
在熔化温度保温的初始阶段，配料开始熔化，逐渐形成均一的玻璃熔液；该成分范围的玻璃熔液在高温状态下属于亚稳态，具有均匀成核的能力，因此高温玻璃液的流动、能量波动和局部成分波动都会形成均匀成核的核心。
随着保温时间的延长，晶核逐渐长大，逐步发育成具有规则几何外形的晶体；保温时间较短时，晶体尺寸较小或没有晶核形成，基体玻璃中缺少增强相和入射光的反射面，闪光微晶玻璃石材的表观效果不好且理化性能较差，但保温时间较长会增加生产中能源消耗；因此，保温时间应控制在0.5h~1.5h范围内为宜。
本发明提出的一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法，以工业固体废弃物高炉渣为主要原料，以氟硅酸钠为添加剂，直接在高温下熔融、晶化，形成主晶相为尖晶石的高温晶相，微晶玻璃表面具有闪金光效果，有很好的装饰作用，且理化性能良好；浇铸成型后的玻璃无需进行核化、晶化热处理，只需在600℃退火处理，简化了工艺过程。
具体实施方式
结合具体实施例对本发明加以说明：
实施例1：
一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材及制备方法，其具体步骤如下：
1）首先按照配合料组成的质量百分比：高炉渣54%、硅砂 37.51%、铬铁粉 3%、铁粉0.2%、碳酸钾 0.09%、芒硝 0.2%、二氧化钛 1%，添加剂氟硅酸钠加入量为配料总质量的4%，称取原料，并充分混合均匀；
2） 将配合料在高温炉中加热到1500℃的熔化2h，搅拌玻璃熔液，促进玻璃熔液的均一化，然后继续在1500℃温度下保温热处理1.5h；
3）将将热处理后的玻璃熔液浇筑、压制成型，然后放入600℃退火炉中自然冷却进行退火处理。
实施例2：
一种表面闪光效果的微晶玻璃石材及其制备方法，其具体步骤如下：
1）首先按照配合料组成的质量百分比：高炉渣53.255%、硅砂 35%、铬铁粉 4%、铁粉0.25%、碳酸钾 0.095%、芒硝 0.3%、二氧化钛 1.1%，添加剂氟硅酸钠加入量为配料总质量的6% ，称取原料，并充分混合均匀；
2）将配合料在高温炉中加热到1500℃的熔化2h，搅拌玻璃熔液，促进玻璃熔液的均一化，然后继续在1500℃温度下保温热处理1.5h；
3）将将热处理后的玻璃熔液浇筑、压制成型，然后放入600℃退火炉中自然冷却进行退火处理。
实施例3：
一种表面闪光效果的微晶玻璃石材及制备方法，其具体步骤如下：
1）首先按照配合料组成的质量百分比：高炉渣54%、硅砂 37.51%、铬铁粉 3%、铁粉0.2%、碳酸钾 0.09%、芒硝 0.2%、二氧化钛 1%，添加剂氟硅酸钠加入量为配料总质量的 4%，称取原料，并充分混合均匀；
2）将配合料在高温炉中加热到1500℃的熔化2h，搅拌玻璃熔液，促进玻璃熔液的均一化，然后继续在1500℃温度下保温热处理0.5h；
3）将将热处理后的玻璃熔液浇筑、压制成型，然后放入600℃退火炉中自然冷却进行退火处理。
实施例4：
一种表面闪光效果的微晶玻璃石材及制备方法，其具体步骤如下：
1）首先按照配合料组成的质量百分比：高炉渣51%、硅砂 38%、铬铁粉 3.2%、铁粉0.3%、碳酸钾 0.1%、芒硝 0.4%、二氧化钛 2%，添加剂氟硅酸钠加入量为配料总质量的 5%，称取原料，并充分混合均匀；
2）将配合料在高温炉中加热到1500℃的熔化2h，搅拌玻璃熔液，促进玻璃熔液的均一化，然后继续在1500℃温度下保温热处理1.0h；3）将将热处理后的玻璃熔液浇筑、压制成型，然后放入600℃退火炉中自然冷却进行退火处理。
以上实施例得到的微晶玻璃颜色均为黑色，均具有星点闪光效果；其主晶相均为尖晶石结构，晶粒平均粒径分别为15.54um, 23.83um, 10.01um, 11.58um；硬度和抗弯强度均高于 “JC/T872-2000建筑装饰用微晶玻璃”建材行业标准要求。

Claims (4)

1.一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材，其特征在于：所述微晶玻璃石材熔制配合料的组成和质量百分比分别为：高炉渣51%~54%，硅砂 35%~38%，铬铁粉 3%~4%，铁粉 0.2%~0.3%，碳酸钾 0.09%~0.1%，芒硝 0.2%~0.4%，二氧化钛 1%-2%，晶核剂4%~7%，所述的晶核剂为氟硅酸钠。
2.如权利要求1所述的一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材，其特征在于：所述的高炉渣为炼钢尾矿，其基础成分及质量百分比为：SiO2：25.18%，Al2O3：15.78，CaO：42.78%，Na2O：0.66%，K2O：0.54%， Fe2O3：0.31%，MgO：10.19%，TiO2：0.93%，MnO：0.59%，SO3：2.45%。
3.一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：
1）首先按照配合料组成的质量百分比称量原料：高炉渣51%~54%、硅砂 35%~38%、铬铁粉 3%~4%、铁粉 0.2%~0.3%、碳酸钾 0.09%~0.1%、芒硝 0.2%~0.4%、二氧化钛 1%~2%、氟硅酸钠 4%~7%，充分混合均匀；
2）混合均匀的配合料在高温炉中于1500℃熔融2小时，然后搅拌玻璃熔液，促进玻璃熔液的均一化，然后在1500℃再保温热处理0.5h~1.5h，使熔融后的配合料在1500℃的温度下经过成核、晶化过程得到微晶玻璃混合熔液；
3）将热处理后的微晶玻璃熔液浇筑、压制成型，然后放入600℃退火炉中自然冷却进行退火处理得到微晶玻璃。
4.如权利要求3所述的一种具有表面闪光效果的微晶玻璃石材的制备方法，其特征在于：所述微晶玻璃的闪光星点为晶体表面反光，主晶相为尖晶石结构，晶粒大小为10~25um。
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