CN109399941A - 一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法 - Google Patents

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王晶
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法,属于固体废弃物利用领域。该方法将玻璃质化的废弃物熔渣与粉煤灰以不同质量比混合后平铺在模具中，放入箱式电炉加热到850‑1085℃,恒温保持1‑3小时，最后可得到致密性良好、抗压性能高、耐腐蚀性强的微晶陶瓷产品，在环保建筑装饰行业具有较强的应用前景。本发明以大宗工业固体废弃物为原料,生产过程中无任何化工原料添加。其中废弃物熔渣可根据不同地区废弃物情况，优势配比调控组分后得到。因此，本方法成本低廉，工艺简单，节能环保。此方法可实现粉煤灰和废弃物熔渣在低温下制备微晶陶瓷，降低了常规微晶陶瓷生产工艺过程中的高温能耗值。

Description

一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法
技术领域
本发明公开了一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法。本发明属于固体废弃物利用领域。
背景技术
根据我国富煤、贫油和少气的能源结构特点，煤炭在我国能源体系中的主体地位在短期内不会改变。因此，燃煤发电产业所排放的粉煤灰量将会持续增加。2016年我国的粉煤灰排放量为5.65亿吨，预计到2020年，粉煤灰的年排放量将超过9亿吨。目前，粉煤灰堆放不仅占用大量土地资源,而且由于粉煤灰粒径较小（0.5-300µm），还会造成严重的空气污染；粉煤灰中的重金属元素会随着雨水淋滤过程浸出导致土壤和地下水资源污染，并随着食物链的传递最终进入人体。所以，粉煤灰资源化利用是目前亟需解决的问题。
目前，针对粉煤灰制备微晶陶瓷，国内外学者开展了部分研究。专利CN102211874A以不锈钢渣为主料，添加不锈钢除尘灰、石英砂、粉煤灰、废玻璃中的一种或几种为辅料生产微晶陶瓷，其中粉煤灰的添加量为0-23%；专利CN103030295 A以粉煤灰为主原料在改性草木灰的辅助下制备微晶陶瓷，其中所有原料组分需要在玻璃熔炉内,在1550-1600℃的高温下熔炼1-3小时后做热处理制备微晶陶瓷；专利CN101838108 A利用不锈钢尾渣和粉煤灰，通过添加碳酸钠和氧化钡制备微晶陶瓷。目前，制约粉煤灰微晶陶瓷技术产业化推广的主要问题是合成初始配料过程中需要额外添加化工原料造成的高成本、以及生产过程面临的高温熔融（1450-1600℃）导致高能耗问题。
基于此，本发明提出了一种利用废弃物熔渣作为前驱体，在低温下析晶诱导粉煤灰制备微晶陶瓷的方法，此方法在熔渣的制备和微晶陶瓷的制备过程都不需要外加任何化工原料。在微晶陶瓷产品满足使用标准的前提下，粉煤灰的添加量可以达到40%；同时，热处理的温度介于850和1085℃之间，降低了过程能耗。本发明以工业废弃物为原料，无外加化工原料，工艺简单,成本低，适合大规模工业化生产；产品具有良好物理化学机械性能,可广泛应用于建筑、装饰领域。
发明内容
本发明提供一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法。
特别的，本发明的技术方案如下：
一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法，该方法的具体步骤下：
（1）将多种废弃物优势配比后研磨、混合、配料，得到混合均匀的原材料粉体，该原材料粉体的粒径范围为50-150µm；
（2）将该废弃物原材料粉体置于高温马弗炉中，通过设定热处理温度得到低温下结晶能力较强的废弃物熔渣；
（3）将废弃物熔渣作为前驱体与不同质量比例（5%~40%）的粉煤灰进行研磨、球磨混合，得到混合配料；
（4）将步骤（3）中制备的混合配料平铺在模具中，放入箱式电炉中在850-1085℃下进行热处理,保温1-3小时，然后样品随炉温自然冷却至室温，得到微晶陶瓷。
优选地，废弃物熔渣的主要化学组成成分（质量分数）需满足：SiO2:56~60%, CaO:8~10%, Al2O3:16~20%, Fe2O3:5~8%, MgO:1~3%, K2O：1~3%，Na2O: 1~3%。
优选地，粉煤灰的主要成分满足：SiO2:50~55%, CaO:1~3%, Al2O3:30~40%；其中，粉煤灰的粒径范围为76-150µm。
优选地，箱式电炉中热处理的升温速度为3~10 oC/min，热处理温度为850~1085oC，热处理时间为1.0~3.0小时，结束后随炉温自然冷却至室温。
与现有的微晶陶瓷制备技术相比,本发明具有以下技术效果：
（1）本发明所述方法以粉煤灰和废弃物熔渣为生产原料，来源广泛且成本低廉；生产过程工艺简单，适合大规模生产；微晶陶瓷产品致密性较好，具有较高的抗压性能和较强的耐腐蚀性，可广泛应用于建筑装饰行业，且无需额外添加任何化工原料。
（2）目前广泛使用的熔融法制备微晶陶瓷过程中，在原材料中加入晶核剂后需要将所有配料在高温下（1450-1600℃）熔融2-3小时后做热处理。本发明所述方法，粉煤灰在烧结阶段与废弃物熔渣复合析晶，此过程无需添加晶核剂且粉煤灰不需经过高温熔融过程。在废弃物熔渣的诱导下，在850-1085oC范围内即可析出晶核并完成晶体生长，最终形成微晶陶瓷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明一个实施例的制备微晶陶瓷的方法的示意性流程图。
具体实施方式
以下结合技术方案，对本发明的具体实施方式作进一步的描述。
实例1
取80g废弃物熔渣和20g粉煤灰进行球磨混合1小时,达到充分混合后铺在模具中，然后放入箱式电炉中,以5℃/min的速率升温至940℃,保温3小时,然后随炉温自然冷却至室温，获得微晶陶瓷。微晶陶瓷的密度为1.98 cm3/g，XRD结果表明，微晶陶瓷的主晶相为钙长石和石英，抗压强度为76 MPa，酸性溶液重量损失为0%，碱性溶液重量损失为0%。
实例2
取80g废弃物熔渣和20g粉煤灰进行球磨混合1小时,达到充分混合后铺在模具中，然后放入箱式电炉中,以5℃/min的速率升温至1085℃,保温3小时,然后随炉温自然冷却至室温，获得微晶陶瓷。微晶陶瓷的密度为2.0 cm3/g，XRD结果表明，微晶陶瓷的主晶相为钙长石和石英，抗压强度为99 MPa，酸性溶液重量损失为0%，碱性溶液重量损失为0%。
实例3
取60g废弃物熔渣和40g粉煤灰进行球磨混合1小时,达到充分混合后平铺在模具中，然后放入箱式电炉中,以5℃/min的速率升温至940℃,保温2小时 ,然后随炉温自然冷却至室温，获得微晶陶瓷。微晶陶瓷的密度为2.22 cm3/g，XRD结果表明，微晶陶瓷的主晶相为为钙长石和石英，抗压强度为160MPa；酸性溶液重量损失为0.6%，碱性溶液重量损失为0.8%。
实例4
取60g废弃物熔渣和40g粉煤灰进行球磨混合1小时,达到充分混合后铺在模具中，然后放入箱式电炉中,以5℃/min的速率升温至980℃,保温3小时,然后随炉温自然冷却至室温，获得微晶陶瓷。微晶陶瓷的密度为2.23 cm3/g，XRD结果表明，微晶陶瓷的主晶相为钙长石和石英，抗压强度为175 MPa，酸性溶液重量损失为0.55%，碱性溶液重量损失为2%。

Claims (4)

1.一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法,其特征在于包括以下步骤：
（1）将多种废弃物优势配比后研磨、混合、配料，得到混合均匀的原材料粉体，所述原材料粉体的粒径范围为50-150µm；
（2）将所述原材料粉体置于高温马弗炉中，通过设定热处理温度得到废弃物熔渣；
（3）将所述废弃物熔渣作为前驱体与不同质量比例（5%~40%）的粉煤灰进行研磨、球磨混合，得到混合配料；
（4）将所述混合配料平铺在模具中，放入箱式电炉中在850-1085℃下进行热处理,保温1-3小时，然后样品随炉温自然冷却至室温，得到微晶陶瓷。
2.根据权利1要求所述的一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法，其特征在于：所述废弃物熔渣的主要化学组成成分（质量分数）需满足：SiO2:56~60%, CaO:8~10%,Al2O3:16~20%, Fe2O3:5~8%, MgO:1~3%, K2O：1~3%，Na2O: 1~3%。
3.根据权利1要求所述的一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法，其特征在于：所述粉煤灰的主要成分满足：SiO2:50~55%, CaO:1~3%, Al2O3:30~40%；其中，粉煤灰的粒径范围为76-150µm。
4.根据权利1要求所述的一种利用粉煤灰和废弃物熔渣制备微晶陶瓷的方法，其特征在于：所述箱式电炉中热处理的升温速度为3~10 oC/min，热处理温度为850~1085oC，热处理时间为1.0~3.0小时，结束后随炉温自然冷却至室温。
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