CN110104948A - 利用凹土为原料制备的耐热乳白玻璃及其制备方法 - Google Patents

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丁红燕
赵恺志
夏木建
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Abstract

本发明公开了一种利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃及其制备方法，将凹土原土进行提纯后，与其它原料粉末按一定比例进行混合，通过熔铸法制备耐热乳白玻璃。原料的重量百分比组成为：凹土10～22％、石英砂42～52％、萤石3～5.0％、五水硼砂2.5～6％、纯碱4～10％、碳酸钡0.5～2％、碳酸钙0.5～3.0％、碳酸钾0～2.5％、氧化锌0.3～2.5％、二氧化钛0.2～0.5％及氟硅酸钠1～3％。采用本发明方法所得乳白玻璃具有较小的热膨胀系数和较好的耐温急变性。

Description

利用凹土为原料制备的耐热乳白玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于玻璃制备技术领域，具体涉及一种利用凹土为原料制备的耐热乳白玻璃及其制备方法。
背景技术
乳白玻璃又称微晶玻璃或陶瓷玻璃。乳白玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同，它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃像陶瓷一样，由部分晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的，所以，乳白玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强，具有机械强度高、绝缘性能优良、介电损耗少、介电常数稳定、热膨胀系数可在很大范围调节、耐化学腐蚀、耐磨、热稳定性好、使用温度高等优点，受到了市场的热情追捧。
随着现代社会人们对自身健康的日益重视，重金属含量较高的瓷器产品正在逐步被替代，仿瓷器或仿玉质感的环保型乳白玻璃兴起，以期替代传统瓷器等。但是，目前国内生产的乳白玻璃普遍存在性能不佳，无法达到欧盟指定的绿色环保标准，还存在高投入、高成本、高价格等几大问题，在国际市场上缺乏竞争力。
凹土又称坡缕石(Palygorskite)或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。凹土是我国优势非金属矿之一，其用途非常广泛，被称为“千用之土、万土之王”。其煅烧后产物重要产物为氧化硅、氧化镁、氧化钙，化学成分和乳白玻璃的主体相近。利用地方特有的资源生产乳白玻璃，不仅可提高原材料的附加值，而且工艺简单，器件质量稳定，具有很强的实用性和推广性。
发明内容
发明目的：为提升凹土资源的附加值，提高乳白玻璃质量和稳定性，本发明的目的在于提供利用凹土为原料的乳白玻璃的制备方法。
技术方案：利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃，其特征在于，它是由包括如下重量百分比的原料制备而成：
凹土10～22％、石英砂42～52％、萤石3～5.0％、五水硼砂2.5～6％、纯碱14～16％、碳酸钡0.5～2％、碳酸钙0.5～3.0％、碳酸钾1.5～2.5％、氧化锌0.5～2.5％、二氧化钛2～5％、氟硅酸钠1～3％；
其中，所述凹土的纯度不低于98％。凹土提纯的方法如下：
(1)凹土原土进行破碎或球磨，加水浸泡24小时；
(2)加入分散剂，所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸、硅酸钠中的一种或几种的混合物，使固相质量分数控制在5％-20％，机械搅拌1小时后，静置后得到凹土浆料；
(3)离心分离，将制得的凹土浆料通过旋水力流器进行分离，使杂质与矿浆分离得到凹土精矿浆；
(4)脱水、干燥，得到高纯度凹土。
其中，所有原料的粒径为80～120微米。
上述利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量百分比：凹土10～22％、石英砂42～52％、萤石3～5.0％、五水硼砂2.5～6％、纯碱14～16％、碳酸钡0.5～2％、碳酸钙0.5～3.0％、碳酸钾1.5～2.5％、氧化锌0.5～2.5％、二氧化钛2～5％及氟硅酸钠1～3％进行配料，原料经球磨后混合后，过200目筛。
(2)将步骤(1)中的配料投入玻璃熔化窑中进行高温熔化，经过澄清和均化，再进行进行冷却；
(3)将步骤(2)中经过冷却的溶体，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成所需形状的产品；
(4)将步骤(3)中定型好的乳白玻璃送到炉中进行热处理，使其在乳白玻璃的基础上进一步微晶化，得到经过微晶化的乳白玻璃；
(5)将步骤(4)得到的乳白玻璃进行退火处理，得到利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃。
步骤(2)中，熔化温度为1420℃～1520℃；冷却温度为1150℃～1320℃。
步骤(4)中，微晶化的条件微晶化的条件是以2～5℃/min速度从750℃降温至50℃。
步骤(5)中，退火温度为500℃～530℃，退火时间范围为1h。
上述利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法制备得到的乳白玻璃在本发明的保护范围之内。
本发明制备得到的乳白玻璃的应用在本发明的保护范围之内。
有益效果：本发明的乳白玻璃配方原料成本低，通过全电熔法生产工艺制得的产品各项性能指标均达到欧盟最新制定的绿色环保标准，产品的耐热急变性＞150℃，莫氏硬度为6.7～6.8，白度为82～84，耐水性达到Ⅰ级标准，有害元素析出量As≤0.05mg/L，Pb≤0.05mg/L，有望替代传统瓷器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作出详细阐述。
实施例1
本实施例的制备耐热乳白玻璃原料配方为：按重量百分比：凹土10％、石英砂52％、萤石5％、五水硼砂4％、纯碱16％、碳酸钡1.5％、碳酸钙2％、碳酸钾2％、氧化锌1.5％、二氧化钛4％及氟硅酸钠2％进行配料，原料经球磨后混合后，过200目筛。
将配料投入玻璃熔化窑中进行高温熔化，熔化温度为1480℃～1520℃，经过澄清和均化，进行冷却，冷却温度为1250℃～1320℃；经过冷却的溶体，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成一定形状的产品；定型好的乳白玻璃送到炉中进行热处理，使其在乳白玻璃的基础上进一步微晶化，微晶化的条件是750℃～50℃随炉冷却(冷却速度控制在2℃/min左右)，得到经过微晶化的乳白玻璃；微晶化后的乳白玻璃进行退火处理，退火温度为500℃～530℃，退火时间为1小时。乳白玻璃的主要性能指标如下：密度为2.372g/cm3，热膨胀系数为73.6×10-7/℃，白度为82，耐热急变性＞150℃，莫氏硬度为6.7。
实施例2
本实施例的制备耐热乳白玻璃原料配方为：按重量百分比：凹土17％、石英砂49％、萤石4.5％、五水硼砂2.5％、纯碱14.5％、碳酸钡2％、碳酸钙1.5％、碳酸钾2％、氧化锌0.5％、二氧化钛5％及氟硅酸钠1.5％进行配料，原料经球磨后混合后，过200目筛。
将配料投入玻璃熔化窑中进行高温熔化，熔化温度为1470℃～1500℃，经过澄清和均化，进行冷却，冷却温度为1150℃～1320℃；经过冷却的溶体，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成一定形状的产品；定型好的乳白玻璃送到炉中进行热处理，使其在乳白玻璃的基础上进一步微晶化，微晶化的条件是750℃～50℃随炉冷却(冷却速度控制在2.5℃/min左右)，得到经过微晶化的乳白玻璃；微晶化后的乳白玻璃进行退火处理，退火温度为500℃～530℃，退火时间为1小时。乳白玻璃的主要性能指标如下：密度为2.379g/cm3，热膨胀系数为66.8×10-7/℃，白度为83，耐热急变性＞150℃，莫氏硬度为6.8。
实施例3
本实施例的制备耐热乳白玻璃原料配方为：按重量百分比：凹土19.5％、石英砂47.5％、萤石4％、五水硼砂5％、纯碱15.5％、碳酸钡1％、碳酸钙1％、碳酸钾1.5％、氧化锌2％、二氧化钛2％及氟硅酸钠1％进行配料，原料经球磨后混合后，过200目筛。
将配料投入玻璃熔化窑中进行高温熔化，熔化温度为1450℃～1480℃，经过澄清和均化，进行冷却，冷却温度为1150℃～1320℃；经过冷却的溶体，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成一定形状的产品；定型好的乳白玻璃送到炉中进行热处理，使其在乳白玻璃的基础上进一步微晶化，微晶化的条件是750℃～50℃随炉冷却(冷却速度控制在3.5℃/min左右)，得到经过微晶化的乳白玻璃；微晶化后的乳白玻璃进行退火处理，退火温度为500℃～530℃，退火时间为1小时。乳白玻璃的主要性能指标如下：密度为2.381g/cm3，热膨胀系数为60.4×10-7/℃，白度为84，耐热急变性＞150℃，莫氏硬度为6.7。
实施例4
本实施例的制备耐热乳白玻璃原料配方为：按重量百分比：凹土22％、石英砂42％、萤石3％、五水硼砂6％、纯碱14％、碳酸钡0.5％、碳酸钙3％、碳酸钾2.5％、氧化锌1％、二氧化钛3％及氟硅酸钠3％进行配料，原料经球磨后混合后，过200目筛。
将配料投入玻璃熔化窑中进行高温熔化，熔化温度为1420℃～1450℃，经过澄清和均化，进行冷却，冷却温度为1150℃～1320℃；经过冷却的溶体，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成一定形状的产品；定型好的乳白玻璃送到炉中进行热处理，使其在乳白玻璃的基础上进一步微晶化，微晶化的条件是750℃～50℃随炉冷却(冷却速度控制在5℃/min左右)，得到经过微晶化的乳白玻璃；微晶化后的乳白玻璃进行退火处理，退火温度为500℃～530℃，退火时间为1小时。乳白玻璃的主要性能指标如下：密度为2.390g/cm3，热膨胀系数为53.6×10-7/℃，白度为84，耐热急变性＞150℃，莫氏硬度为6.7。

Claims (10)

1.利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃，其特征在于，它是由包括如下重量百分比的原料制备而成：
凹土10～22％
石英砂42～52％
萤石3～5.0％
五水硼砂2.5～6％
纯碱14～16％
碳酸钡0.5～2％
碳酸钙0.5～3.0％
碳酸钾1.5～2.5％
氧化锌0.5～2.5％
二氧化钛2～5％
氟硅酸钠1～3％。
2.根据权利要求1所述的利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃，其特征在于，所述凹土的纯度不低于98％。
3.根据权利要求1所述的利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃，其特征在于，所有原料的粒径为80～120微米。
4.要求1所述利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量百分比：凹土10～22％、石英砂42～52％、萤石3～5.0％、五水硼砂2.5～6％、纯碱14～16％、碳酸钡0.5～2％、碳酸钙0.5～3.0％、碳酸钾1.5～2.5％、氧化锌0.5～2.5％、二氧化钛2～5％及氟硅酸钠1～3％进行配料，原料经球磨后混合后，过200目筛。
(2)将步骤(1)中的配料投入玻璃熔化窑中进行高温熔化，经过澄清和均化，再进行进行冷却；
(3)将步骤(2)中经过冷却的溶体，通过压制和离心成型工艺，配合模具制成所需形状的产品；
(4)将步骤(3)中定型好的乳白玻璃送到炉中进行热处理，使其在乳白玻璃的基础上进一步微晶化，得到经过微晶化的乳白玻璃；
(5)将步骤(4)得到的乳白玻璃进行退火处理，得到利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃。
5.根据权利要求4所述的利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，熔化温度为1420℃～1520℃，冷却温度为1150℃～1320℃。
6.根据权利要求4所述的利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，微晶化的条件是以2～5℃/min速度从750℃冷却至50℃。
7.根据权利要求4所述的利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，退火温度为500℃～530℃。
8.根据权利要求4所述的利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，退火时间为1小时。
9.权利要求4～8所述利用凹土为原料制备耐热乳白玻璃的制备方法制备得到的乳白玻璃。
10.权利要求1～3、9所述的乳白玻璃的应用。
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