CN109369006A - 以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃及其制备方法，属于玻璃加工与制造技术领域。本发明的以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O35%‑15%、B2O324%‑40%、SiO245%‑75%、Na2O为4%‑15%，且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、碳酸氢钠或硼砂提供Na2O，以硼砂或硼酸提供B203。本发明变废为宝，以铝铵矾渣作为玻璃制品中氧化铝的来源，制作出来的玻璃颜色呈浅绿色，对铝铵矾渣进行了再利用，减少其对环境的危害的同时将其固化在玻璃中制作成平板形状的玻璃。

Description

以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于玻璃加工与制造技术领域，具体涉及一种以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展以及人们需求的不断改变，玻璃制品应用领域广泛，比如大到窗户，玻璃栈道，小到实验烧杯，玻璃棒等都能用到玻璃。
某厂历史产生的含铍废渣贮存于厂区内渣场，渣库按照一般工业固废贮存场地建设和运行管理，未达到《危险废物贮存污染控制标准》，现行的管理模式与手段达不到政策法律要求。因此，渣库历史库存和新产生含铍废渣的处理问题是公司亟需着手解决的环保问题。
铍在水体中，会对人体和环境造成了严重的威胁。例如，微量的铍进入人体可能通过不断富集，引起皮肤溃病、肺炎、脏器或组织的病变甚至致癌，在土壤中长久累积会通过食物链对人体造成伤害，比如国外媒体报道的某厂当地居民的“铍的佝偻病”。而国家污水综合排放标准(GB8978-1996)中要求铍浓度必须控制在5μg/L以内。
本发明以解决某厂铝铵矾渣历史库存，经XRF(定性)分析检测发现铝铵矾渣经某温度高温焙烧后的主要成分为Al2O3，所以考虑以Al2O3的形式加入玻璃的焙烧，在处理了铝铵矾渣的同时制成玻璃再次利用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃及其制备方法，本发明变废为宝，以铝铵矾渣作为玻璃制品中氧化铝的来源，制作出来的玻璃颜色呈浅绿色，对铝铵矾渣进行了在利用，减少其对环境的危害的同时将其固化在玻璃中制作成平板形状的玻璃。
本发明采用如下技术方案：
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O35％-15％、B2O324％-40％、SiO245％-75％、Na2O为4％-15％，且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、碳酸氢钠或硼砂提供Na2O，以硼砂或硼酸提供B203。
本发明所述的以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，步骤如下：
步骤一：铝铵矾渣的焙烧：将铝铵矾渣经高温焙烧后冷却至室温，得焙烧铝铵矾渣；
步骤二：将焙烧铝铵矾渣研磨至粉状与碳酸钠、硼酸、和二氧化硅混匀，干燥后升温焙烧，将物料置于模具中，后进行退火处理，即得所述以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃。
更进一步地，步骤一中所述高温焙烧的温度为800℃-1200℃，时间为2-4h，步骤二中所述干燥具体为：将步骤一所得焙烧铝铵矾渣与碳酸钠、硼酸和二氧化硅于300℃-400℃下缓慢干燥30-40min。
更进一步地，步骤二中所述升温焙烧具体为：以30-40℃/min的升温速率升温至800℃-1200℃，焙烧时间为2h-4h。
更进一步地，步骤二中所述退火处理具体为：将盛有装有物料的模具置于500℃-600℃的马弗炉中进行30-40min min的退火处理。
以某厂为例，在实际的操作中处理0.4万吨且含有1％-2％的铍的铝铵矾渣仍然存在一定的经济限制，所以考虑通过一定的手段先对铝铵矾渣减容处理，再进行玻璃化处理。
铝氨矾渣的主要成分为十二水硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2·12H2O]，并含有少量铍、铁、镁、钙等的硫酸盐，其热分解过程发生在0-1000℃，因此将铝氨矾渣的焙烧温度区间确定在0-1000℃。
铝铵矾渣提供氧化铝成为玻璃的组分，氧化铝的少量加入以提高硼硅玻璃性质的稳定性。
硼硅玻璃采用以马弗炉高温熔融，为节省成本在样品符合标准的基础上采取更低的温度处理玻璃。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明变废为宝，以铝铵矾渣作为玻璃制品中氧化铝的来源，制作出来的玻璃颜色呈浅绿色，对铝铵矾渣进行了再利用，减少其对环境的危害的同时将其固化在玻璃中制作成平板形状的玻璃；
本发明以铝氨矾渣为辅料制作玻璃，针对资源化利用中存在的问题，重点研发铝氨矾渣玻璃化处置技术，并对技术实际应用的经济效益及安全性进行研究，为减少有害固废对环境的危害及铝氨矾渣的资源化利用提供技术支撑。
附图说明
图1为不同温度下铝氨矾渣的重量损失图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
将一定量铝铵矾渣使用马弗炉在200℃-900℃焙烧，焙烧后由下图1可知样品在0℃-200℃的区间内重量损失大于45％；而在200℃-450℃区间内重量稳定；450℃-700℃中重量损失了近19％，750℃之后质量基本没有变化。在800℃焙烧之后铝铵矾渣主要成分为Al2O3且成分稳定。
实施例1
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O35％、B2O340％、SiO240％、Na2O 15％，且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、提供Na2O，以硼酸提供B203，所述焙烧铝铵矾渣、碳酸钠、硼酸、和二氧化硅的质量分别为1.45g，13.85g，14.13g和8g。
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，步骤如下：
步骤一：铝铵矾渣的焙烧：将铝铵矾渣于1000℃下焙烧3h后冷却至室温，得焙烧铝铵矾渣；
步骤二：将焙烧铝铵矾渣研磨至粉状与碳酸钠、硼酸、和二氧化硅混匀，于350℃下缓慢干燥35min，再以35℃/min的升温速率升温至1000℃焙烧3h，此时物料为高温熔融状态，使用坩埚钳将物料倒入已经预热的50mm*50mm*10mm的石墨模具中，将盛有装有物料的模具置于550℃的马弗炉中进行35min的退火处理，即得所述以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃。
实施例2
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O315％、B2O330％、SiO245％、Na2O10％，且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、碳酸氢钠或硼砂提供Na2O，以硼砂或硼酸提供B203，所述焙烧铝铵矾渣、碳酸氢钠、硼酸、和二氧化硅的质量分别为3.6g，5.4g，10.6g和9g。
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，步骤如下：
步骤一：铝铵矾渣的焙烧：将铝铵矾渣于800℃下焙烧4h后冷却至室温，得焙烧铝铵矾渣；
步骤二：将焙烧铝铵矾渣研磨至粉状与碳酸钠、硼酸、和二氧化硅混匀，于300℃下缓慢干燥40min，再以30℃/min的升温速率升温至800℃焙烧4h，此时物料为高温熔融状态，使用坩埚钳将物料倒入已经预热的50mm*50mm*10mm的石墨模具中，将盛有装有物料的模具置于500℃的马弗炉中进行40min的退火处理，即得所述以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃。
铝铵矾渣于800℃下焙烧的XRF数据如下表1所示：
表1铝铵矾渣800℃下焙烧的成分分析
实施例3
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O314.8％、B2O324.8％、SiO249.5％、Na2O 10.9％。且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、碳酸氢钠或硼砂提供Na2O，以硼砂或硼酸提供B203，所述焙烧铝铵矾渣、碳酸钠、硼砂和二氧化硅的质量分别为3.6g，13.6g，10g。
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，步骤如下：
步骤一：铝铵矾渣的焙烧：将铝铵矾渣于1200℃下焙烧2h后冷却至室温，得焙烧铝铵矾渣；
步骤二：将焙烧铝铵矾渣研磨至粉状与碳酸钠、硼酸、和二氧化硅混匀，于400℃下缓慢干燥30min，再以40℃/min的升温速率升温至1200℃焙烧2h，此时物料为高温熔融状态，使用坩埚钳将物料倒入已经预热的50mm*50mm*10mm的石墨模具中，将盛有装有物料的模具置于600℃的马弗炉中进行30min的退火处理，即得所述以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃。
实施例4
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O310％、B2O330％、SiO245％、Na2O 15％，且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、提供Na2O，以硼酸提供B203，所述焙烧铝铵矾渣、碳酸钠、硼酸、和二氧化硅的质量分别为2.4g，13.85g，10.63g和9g。
以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，步骤如下：
步骤一：铝铵矾渣的焙烧：将铝铵矾渣于1000℃下焙烧3h后冷却至室温，得焙烧铝铵矾渣；
步骤二：将焙烧铝铵矾渣研磨至粉状与碳酸钠、硼酸、和二氧化硅混匀，于350℃下缓慢干燥35min，再以35℃/min的升温速率升温至1000℃焙烧3h，此时物料为高温熔融状态，使用坩埚钳将物料倒入已经预热的50mm*50mm*10mm的石墨模具中，将盛有装有物料的模具置于550℃的马弗炉中进行35min的退火处理，即得所述以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃。
上述各实施例中在焙烧后回炉退火的目的是消除玻璃内的残余应力。
Al2O3加入不含硼玻璃中，由于Al与玻璃中的自由氧结合而提高了玻璃的一些性质，但是，在硼硅酸盐玻璃中，B和Al在玻璃中都有两种不同的配位形式其中B存在[BO3]和[BO4]的配位多面体，而Al存在[AlO4]、[AlO6]两种形式，B2O3和Al2O3同时存在玻璃的同时会出现“硼-铝反常”的情况，因此与一般不含硼的玻璃相比较，硼硅酸盐玻璃中存在硼氧化物，氧化铝对玻璃结构和性能的影响是完全不同的，甚至会起到相反的作用，所以优选Al2O3的含量(质量比)控制在5％-10％，若是含量太高，会影响玻璃制品的耐水性及耐酸性能。
其中因素也有氧化硅的含量过高，矾渣以氧化铝(据前分析800℃焙烧的矾渣氧化铝含量83％)的形式作为添加物含量也过高，导致整体的熔点也增高，可以观察到样品三在1200℃下只是达到软化而不能从坩埚中倾倒出来，因此通过调配各添加物的比例，以矾渣(氧化铝)的少量添加降低材料的熔点。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃，其特征在于，包括按照质量百分比计的如下氧化物：Al2O3 5％-15％、B2O3 24％-40％、SiO2 45％-75％、Na2 O为4％-15％，总计为100％，且以高温焙烧过的铝铵矾渣提供Al2O3，以碳酸钠、碳酸氢钠或硼砂提供Na2O，以硼砂或硼酸提供B203。
2.权利要求1所述的以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：铝铵矾渣的焙烧：将铝铵矾渣经高温焙烧后冷却至室温，得焙烧铝铵矾渣；
步骤二：将焙烧铝铵矾渣研磨至粉状与碳酸钠、硼酸、和二氧化硅混匀，干燥后升温焙烧，将物料置于模具中，后进行退火处理，即得所述以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃。
3.根据权利要求1所述的以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，其特征在于，步骤一中所述高温焙烧的温度为800℃-1200℃，时间为2-4h，步骤二中所述干燥具体为：将步骤一所得焙烧铝铵矾渣与碳酸钠、硼酸和二氧化硅于300℃-400℃下缓慢干燥30-40min。
4.根据权利要求1所述的以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，其特征在于，步骤二中所述升温焙烧具体为：以30-40℃/min的升温速率升温至800℃-1200℃，焙烧时间为2h-4h。
5.根据权利要求1所述的以铝铵矾渣作为辅料的硼硅玻璃的制造方法，其特征在于，步骤二中所述退火处理具体为：将盛有装有物料的模具置于500℃-600℃的马弗炉中进行30-40min min的退火处理。
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