CN108545948A - 以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法 - Google Patents

以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了以赤泥为原料制备CaO‑MgO‑Al2O3‑SiO2‑Fe2O3系微晶玻璃的方法，包括如下步骤：步骤一、原料选择；步骤二、原料混合；步骤三、混合料的熔化；步骤四、压延成形；步骤五、退火；步骤六、晶化。本发明利用赤泥为主要原料制备微晶玻璃，利用率达50％左右，有效解决赤泥带来的环境危害。赤泥含有的氧化物种类较多，并且富含TiO2和Fe2O3可作为该体系的晶核剂，无需添加过多其它原料及晶核剂，生产原料种类简单，能节约原料成本。制备的微晶玻璃主晶相为顽火辉石，次晶相为透辉石，性能满足建筑装饰材料的需求。本发明生产的微晶玻璃，产品抗弯强度60～70MPa，抗压强度300～350MPa。

Description

以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的 方法
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃的制备方法，具体涉及一种以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法。
背景技术
矿渣微晶玻璃是以冶金渣、尾矿等工业废渣及天然矿物为主要原料，引入一定量的晶核剂、助熔剂等辅助原料，经配料、熔化、成型、退火、晶化等工序制成的一种微晶材料。随着工业化进程的加快，各种矿渣、尾矿大量排放和堆积，造成了极为严重的环境问题。而在国家规划中，微晶玻璃被规划为国家综合利用行动的战略发展重点和环保治理的重点。
目前市场上的微晶玻璃多数以天然矿物或纯化学物质为主要原料，生产成本高，原材料储量较低，而矿渣微晶玻璃主要利用各种工业废弃物配合少量的添加剂进行生产，成本低廉，原料储量丰富，同时能够解决废渣带来的环境问题。
微晶玻璃使用矿渣，具有许多得天独厚的条件，因为矿渣含有的成分属硅酸盐系统，其组成与微晶玻璃的成分相接近，只需要添加少量的矿物原料和化工原料，或根本不用外加就可以制造出矿渣微晶玻璃。煤矸石、粉煤灰、各种尾矿渣及冶金矿渣等大量堆放并以相当大的产生量继续排放和堆放，而它们的利用率很低。因此合理利用矿渣资源，研究开发高附加值的微晶玻璃装饰材料，对节约能源，变废为宝，改善环境，提高经济效益和社会效益具有重要意义。
赤泥，亦称红泥，是在从铝土矿提取氧化铝过程中排出的污染性废渣，因含有氧化铁呈现出红色而得名。一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生0.8～1.5吨赤泥。我国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥为3000万吨以上，目前我国赤泥的综合利用率仅为4％，累计堆存量达到2亿吨。世界各国大多数氧化铝厂都是将赤泥堆积或倾入深海。赤泥排放量很大，不仅占用大量土地和耕地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且赤泥中还含有较高的碱，渗滤到周围水体后对环境、水源造成污染。此外，晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破坏生态环境，造成环境污染。赤泥如果不经过正确的处理不仅是对资源的一种浪费，也是对环境生态甚至人们身体健康的一种威胁。所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
通过成分检测赤泥的主要成分质量含量为：SiO2(15～20％)、CaO(8～12％)、Al2O3(20～30％)及Fe2O3(20～25％)等。因此根据赤泥所含主要成分比例设计合理配方，结合申请人自主研发的技术，提出了利用赤泥为主要原料生产CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃板材的方法，希冀在解决堆积量较大的赤泥废弃物时，也为改善环境问题作出少许贡献。
发明内容
本发明提供了一种以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法，能够综合利用赤泥。
本发明是这样实现的：
以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法，包括如下步骤：
步骤一、原料选择
选择如下重量百分比的原料：
原料名称 轻烧镁 石英砂 赤泥 纯碱 碳酸钡
重量比例(％) 12.2～21 19～35 40～59 1～6 0.5～1.3
其中，以赤泥废弃物为主要原料，轻烧镁(提供MgO)、石英砂(提供SiO2)、赤泥(提供Fe2O3)、纯碱(提供Na2O)、碳酸钡(提供BaO)均可在周边采购，且化学成分较为稳定，生产成本较低。而且，微晶玻璃所需的Al2O3、K2O、CaO、TiO2均由赤泥附带引入。
经过对上述原料的成分分析，可以得到上述原料的主要成分，如下表：
化学成分 纯碱 轻烧镁 石英砂 赤泥 碳酸钡
Na2O 57.32 0.01 0.00 5.48 0.00
MgO 0.00 75.61 0.00 0.91 0.00
SiO2 0.00 9.6 99.12 19.18 0.00
Fe2O3 0.00 0.96 0.00 23.33 0.00
BaO 0.00 0.00 0.00 0.00 76.86
最终，通过合理调整上述原料的用量比例，保证配方体系中化学成分满足下表的条件。
化学成分 Na2O MgO Al2O3 SiO2 TiO2 K2O CaO Fe2O3 BaO
重量比(％) 5～6 11～16 9～15 36～48 1.43～2.2 0.7～1.2 5.1～7.6 10～15 0.5～1
步骤二、原料混合
将上述原料按比例称量好后送至混料机中混合，并加入占混合物总重量3～5％的水，混合3～5分钟后，送至全电熔窑加料仓。
步骤三、混合料的熔化
(1)加料：采用自动加料机进行加料，通过红外线液面仪控制加料。
(2)混合料的熔化采用全电熔窑进行
全电熔窑分为主熔化池、流液洞、上升道和料道几部分，混合料的熔化(熔化温度1450℃～1500℃)、澄清和均化(澄清和均化温度1400℃～1450℃)时间8小时左右，均在主熔化池进行，澄清、均化好的玻璃经流液洞、上升道进入料道，温度控制在1250℃～1300℃，经料道降温后，进入压延机进行压延成形(成形温度1050℃～1150℃)。
步骤四、压延成形
每条生产线采用两台玻璃压延机(一用一备)压延成形，板材厚度、宽度可根据生产要求进行调节，成形的玻璃带经传送辊道进入退火窑退火。
步骤五、退火
玻璃带进入退火窑温度为600～750℃，在600～700℃保温10～20分钟后，按3℃/分～5℃/分的速度降温至520～600℃,再按7℃/分～12℃/分的速度降温至300℃,再经过40～60分钟冷却至40℃出窑，然后进入冷端切割工序。冷端切割工序按设定要求或客户要求的长度裁切玻璃带，裁切后形成半成品(退火板)，经过渡辊台送至晶化窑晶化。
步骤六、晶化
检测合格的退火板进入晶化窑，经30～90分钟升温至650℃～710℃,在650℃～710℃保温30～90分钟核化，再经30～90分钟升温至900℃～950℃,在900℃～950℃保温30～120分钟晶化，经60～120分钟降温至40℃出窑，完成晶化过程。成为晶化板，送至磨切车间进行精加工。
步骤七、磨抛
检测合格的晶化板经ZDML-16全自动磨机进行打磨、抛光等表面加工，然后入库保存。
本发明具有如下优点：
1)利用赤泥为主要原料制备微晶玻璃，利用率达50％左右，变废为宝，有效解决赤泥带来的环境危害。
2)赤泥含有的氧化物种类较多，并且富含TiO2和Fe2O3可作为该体系的晶核剂，因此无需添加过多其它原料及晶核剂，因此生产原料种类简单，能节约原料成本。
3)该发明所制备的微晶玻璃主晶相为顽火辉石，次晶相为透辉石，性能满足建筑装饰材料的需求。
4)本发明生产的微晶玻璃，产品抗弯强度60～70MPa，抗压强度300～350MPa。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
1、将下述原料准确称量，送入混料机混合(混合时间4分钟，加水19Kg)。
原料名称 轻烧镁 石英砂 赤泥 纯碱 碳酸钡
重量(Kg) 103.1 188.6 225.0 30.8 3.3
2、将上述混合料送入全电熔窑熔化，熔化温度1500℃，熔化好的玻璃经澄清和均化后，通过流液洞、上升道进入料道，温度降至1300℃，再进入压延工作池，经压延机压延成形(成形温度1150℃)后进入退火窑。
3、压延后的玻璃板材退火窑进行退火，进窑温度为700℃，在650℃保温15分钟后，按3℃/分的速度降温至550℃,再按9℃/分的速度降温至300℃,再经过60分钟冷却至40℃出窑，然后进入冷端切割线。冷端切割线按设定要求或客户要求的长度裁切玻璃带，裁切后生成半成品(退火板)，经过渡辊台送至晶化窑晶化。
4、检测合格的退火板进入晶化窑，经60分钟升温至650℃,在650℃保温60分钟核化，再经60分钟升温至950℃,在950℃保温60分钟晶化，经120分钟降温至40℃出窑，完成晶化过程。成为毛板(晶化板)，送至磨切车间精加工。
实施例二
1、将下述原料准确称量，送入混料机混合(混合时间4分钟，加水27Kg)。
原料名称 轻烧镁 石英砂 赤泥 纯碱 碳酸钡
重量(Kg) 68.9 143.8 318.8 21.9 3.3
2、将上述混合料送入全电熔窑熔化，熔化温度1450℃，熔化好的玻璃经澄清和均化后，通过流液洞、上升道进入料道，温度降至1250℃，再进入压延工作池，经压延机压延成形(成形温度1050℃)后进入退火窑。
3、压延后的玻璃板材退火窑进行退火，进窑温度为650℃，在650℃保温15分钟后，按3℃/分的速度降温至580℃,再按9℃/分的速度降温至300℃,再经过60分钟冷却至40℃出窑，然后进入冷端切割线。冷端切割线按设定要求或客户要求的长度裁切玻璃带，裁切后生成半成品(退火板)，经过渡辊台送至晶化窑晶化。
4、检测合格的退火板进入晶化窑，经60分钟升温至710℃,在710℃保温60分钟核化，再经40分钟升温至900℃,在900℃保温60分钟晶化，经120分钟降温至40℃出窑，完成晶化过程。成为毛板(晶化板)，送至磨切车间精加工。
实施例一成分实际检测
实施例二成分实际检测
上述成分实际检测结果中，部分实测值与本发明的设定值有一定的误差，这些误差属于正常范围。
本发明实施例制备得到的微晶玻璃详细的性能如下：
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，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，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。

Claims (4)

1.以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、原料选择
选择如下重量百分比的原料：
原料名称 轻烧镁 石英砂 赤泥 纯碱 碳酸钡 重量比例(％) 12.6～21 19～33 40～59 1～4.7 0.6～1.3
步骤二、原料混合
将上述原料按比例称量好后送至混料机中混合，并加入占混合物总重量3～5％的水，混合3～5分钟后，送至全电熔窑加料仓；
步骤三、混合料的熔化
(1)加料：采用自动加料机进行加料，通过红外线液面仪控制加料；
(2)混合料的熔化采用全电熔窑进行
全电熔窑分为主熔化池、流液洞、上升道和料道几部分，混合料的熔化、澄清和均化时间8小时左右，均在主熔化池进行，澄清、均化好的玻璃经流液洞、上升道进入料道，温度控制在1250℃～1300℃，经料道降温后，进入压延机进行压延成形，成形温度1050℃～1150℃；
步骤四、压延成形
每条生产线采用两台玻璃压延机压延成形，板材厚度、宽度可根据生产要求进行调节，成形的玻璃带经传送辊道进入退火窑退火；
步骤五、退火
玻璃带进入退火窑温度为600～750℃，在600～700℃保温10～20分钟后，按3℃/分～5℃/分的速度降温至520～600℃,再按7℃/分～12℃/分的速度降温至300℃,再经过40～60分钟冷却至40℃出窑，然后进入冷端切割工序；冷端切割工序裁切玻璃带，裁切后形成半成品退火板，经过渡辊台送至晶化窑晶化；
步骤六、晶化
检测合格的退火板进入晶化窑，经30～90分钟升温至650℃～710℃,在650℃～710℃保温30～90分钟核化，再经30～90分钟升温至900℃～950℃,在900℃～950℃保温30～120分钟晶化，经60～120分钟降温至40℃出窑，完成晶化过程；成为晶化板。
2.根据权利要求1所述以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法，其特征在于：
步骤六得到晶化板之后，将检测合格的晶化板经全自动磨机进行打磨、抛光的表面加工，然后入库保存。
3.根据权利要求1或2所述以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法，其特征在于：
步骤一中，原料选择完成后，保证配方体系中化学成分满足下表的条件：
4.根据权利要求1所述以赤泥为原料制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的方法，其特征在于：
步骤三中，混合料的熔化温度1450℃～1500℃，澄清和均化温度1400℃～1450℃。
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