CN113200680B - 一种微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用技术领域，具体涉及一种微晶玻璃及其制备方法。本发明提供的微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：将垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰进行混合，得到混合物料；将混合物料在高于所述混合物料流动温度50‑80℃的温度下进行熔融，熔融后水淬，得到基础玻璃；将基础玻璃压制成型，然后进行热处理，得到所述微晶玻璃。本发明提供的微晶玻璃的制备方法以垃圾焚烧飞灰、粉煤灰和废弃玻璃粉为原料，来源广泛且廉价易得，生产过程中可以大量消纳生活垃圾焚烧飞灰，得到的微晶玻璃产品性能优良，是很好的装饰材料。

Description

一种微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用技术领域，具体涉及一种微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的不断推进，每年产生大量的城市生活垃圾，并且以每年约8％的速度持续增加。目前城市生活垃圾的处理方式主要有填埋、堆肥和焚烧等。其中利用生活垃圾焚烧发电是目前最具有发展前景和发展空间的方法。但垃圾焚烧会产生大量飞灰，约占生活垃圾总质量的1％～5％。飞灰由于富含二噁英及Cl、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等有害物质使其被列为危险废弃物。如果处理不当，会对自然环境及人体健康造成巨大影响。
目前生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用方法主要有水泥、陶粒、建筑轻骨料、微晶玻璃等，其中利用生活垃圾焚烧飞灰制作水泥、陶粒、建筑轻骨料等方法在生产过程中易产生腐蚀性气体、二次飞灰等污染物，同时在投入建筑生产后易造成二次污染。而利用垃圾焚烧飞灰生产微晶玻璃可以将重金属有效地固化在玻璃基体中，重金属的浸出率远低于国家标准。
现有垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法主要通过将垃圾焚烧飞灰与化工原料，如赤泥、晶核剂氧化钛、添加剂SiO2和Al2O3混合熔融，且所需熔融温度高，能耗高，制备得到的微晶玻璃空隙较多，吸水率较大，且在耐压、耐腐蚀性能方面有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有利用垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法需额外添加晶核剂、添加剂等化工原料，且所需熔融温度高，能耗高，制备得到的微晶玻璃空隙较多，吸水率较大，且在耐压、耐腐蚀性能方面有限的缺陷，进而提供一种微晶玻璃及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
1)将垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰进行混合，得到混合物料；
2)将混合物料在高于所述混合物料流动温度50-80℃的温度下进行熔融，熔融后水淬，得到基础玻璃；
3)将步骤2)获得的基础玻璃压制成型，然后进行热处理，得到所述微晶玻璃。
优选的，所述垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰的质量比为(3-4):(2-4):(3-4)。
优选的，步骤2)中将混合物料在高于所述混合物料流动温度50℃的温度下进行熔融。
优选的，在步骤1)之前，还包括将垃圾焚烧飞灰进行水洗的步骤，所述水洗步骤包括将垃圾焚烧飞灰加入水中，搅拌，过滤，干燥，然后将干燥后的垃圾焚烧飞灰进行破碎、研磨。
优选的，在水洗步骤中，所述垃圾焚烧飞灰与水的比例为(0.5-3):10(kg/L)，比例关系为kg/L；本发明所述(0.5-3):10以10L水为例对应加入(0.5-3)kg的垃圾焚烧飞灰。
所述搅拌时间为1-5h，干燥温度为100-120℃，干燥时间为12-24h，研磨后垃圾焚烧飞灰的粒径不大于150μm，优选的，研磨后垃圾焚烧飞灰的粒径为76-150μm。
优选的，还包括对粉煤灰进行干燥的步骤，所述干燥温度为100-120℃，干燥时间为12-24h。
优选的，所述废弃玻璃粉的粒径不大于150μm，优选的，所述废弃玻璃粉的粒径为76-150μm；
所述粉煤灰的粒径不大于150μm，优选的，所述粉煤灰的粒径为76-150μm。
优选的，所述混合物料的粒径为76-150μm。
优选的，步骤2)中所述熔融温度为1220-1290℃，熔融时间为1-2h；
步骤3)中所述热处理温度为850-1050℃，热处理时间为1-3h。
优选的，所述热处理可采用程序升温的方式进行升温，可选的，升温速度为3-10℃/min。
优选的，所述压制成型压力为5-10Mpa，压制时间为20-40s。
优选的，步骤3)中在将基础玻璃压制成型之前，还包括对基础玻璃进行破碎、研磨至粒径为76-150μm的步骤。
优选的，所述热处理结束后还包括将热处理后的基础玻璃进行自然降温的步骤。
优选的，按质量百分比计，所述垃圾焚烧飞灰(主要成分)包括3.77-4.3％SiO2，70.0-73.5％CaO，1-2％Al2O3；
按质量百分比计，所述粉煤灰(主要成分)包括50-55％SiO2,1-3％CaO,30-40％Al2O3。
优选的，所述垃圾焚烧飞灰为生活垃圾焚烧飞灰，所述废弃玻璃粉为车用玻璃粉。
优选的，按质量百分比计，所述废弃玻璃粉(主要成分)包括50-70％SiO2,8-12％CaO,1-3％Al2O3。
本发明还提供一种微晶玻璃，由上述所述制备方法制备得到。
本发明的有益效果：
1)本发明提供的微晶玻璃的制备方法，该方法使用全固废材料，在微晶玻璃的制备过程中不需添加任何助熔剂和晶核剂等化工原料，在满足微晶玻璃产品符合行业标准的前提下，生活垃圾焚烧飞灰的添加量达到30％以上。同时，混合原料的熔融温度可控制在1200℃左右，大大降低了生产过程能耗。
本发明通过将垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰进行混合，得到混合物料，然后将混合物料在高于所述混合物料流动温度50-80℃的温度下进行熔融，熔融后水淬，得到基础玻璃；将基础玻璃压制成型，然后进行热处理，得到所述微晶玻璃。通过垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰相互配合，并控制熔融温度在高于所述混合物料流动温度50-80℃的温度下进行，可大大降低微晶玻璃的吸水率，同时提高微晶玻璃的耐腐蚀、耐压性能。经研究发现，本发明方法制备得到的微晶玻璃还具有优异的耐磨性能，抗弯强度高。
本发明所述方法以垃圾焚烧飞灰、粉煤灰和废弃玻璃粉为原料，来源广泛且廉价易得，生产过程中可以大量消纳生活垃圾焚烧飞灰，得到的微晶玻璃产品性能优良，是很好的装饰材料。且不需要添加额外熔融助剂的条件下，通过垃圾焚烧飞灰、粉煤灰和废弃玻璃粉的协同作用，控制熔融温度在高于所述混合物料流动温度50-80℃的温度下进行，降低了微晶玻璃制作过程的能耗。
2)本发明提供的微晶玻璃的制备方法，进一步的，所述垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰的质量比为(3-4):(2-4):(3-4)。本发明通过控制上述特定比例的垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰，并控制熔融温度在高于所述混合物料流动温度50-80℃的温度下进行，可进一步降低微晶玻璃的吸水率，同时提高微晶玻璃的耐腐蚀、耐压性能。
3)本发明提供的微晶玻璃的制备方法，进一步的，在步骤1)之前，还包括将垃圾焚烧飞灰进行水洗的步骤，所述水洗步骤包括将垃圾焚烧飞灰加入水中，搅拌，过滤，干燥，然后将干燥后的垃圾焚烧飞灰进行破碎、研磨。本发明通过上述水洗步骤对飞灰进行处理，可有效保证制备得到的微晶玻璃吸水率较低，耐腐蚀、耐压性能优异。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
1)将10kg生活垃圾焚烧飞灰加入100L水中，搅拌2h,抽滤除去水，然后放入烘箱中在105℃下干燥15h至恒重，然后将干燥后的垃圾焚烧飞灰进行破碎、研磨成粉末，备用；研磨后垃圾焚烧飞灰的粒径为80μm，对研磨后垃圾焚烧飞灰进行检测，按质量百分比计，其包括4.24％SiO2，70.30％CaO，1.22％Al2O3；
将车用玻璃从PVB夹层上剥离后破碎、球磨成粉末，得到废弃玻璃粉，备用；所述废弃玻璃粉的粒径为80μm，对废弃玻璃粉进行检测，按质量百分比计，其包括69.20％SiO2，10.4％CaO，1.44％Al2O3；
将粉煤灰放入烘箱中在105℃下干燥18h至恒重，备用；所述粉煤灰的粒径为90μm，按质量百分比计，所述粉煤灰包括51.50％SiO2,2.25％CaO,37.30％Al2O3。
2)将4kg垃圾焚烧飞灰、2kg废弃玻璃粉和4kg粉煤灰进行混合均匀，得到混合物料；
3)将混合物料放入马弗炉中以10℃/min的升温速率加热至高于所述混合物料流动温度50℃的温度下进行熔融(熔融温度为1257℃)，熔融时间为2小时，然后在该温度下水淬得到基础玻璃；该混合物料的高温熔融特性如表1所示；
4)将基础玻璃破碎、研磨至粒径为85μm，然后在5Mpa下压制成片，压制时间为30s，然后放入箱式电炉内在850℃下热处理2h,热处理结束后随炉温自然冷却至室温，得到微晶玻璃产品。XRD结果表明微晶玻璃的主晶相为硅灰石。
表1混合物料的高温熔融特性
变形温度/℃ 软化温度/℃ 融化温度/℃ 流动温度/℃
1169 1190 1196 1207
实施例2
本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
1)将10kg生活垃圾焚烧飞灰加入100L水中，搅拌2h,抽滤除去水，然后放入烘箱中在105℃下干燥15h至恒重，然后将干燥后的垃圾焚烧飞灰进行破碎、研磨成粉末，备用；研磨后垃圾焚烧飞灰的粒径为80μm，对研磨后垃圾焚烧飞灰进行检测，按质量百分比计，其包括4.24％SiO2，70.30％CaO，1.22％Al2O3；
将车用玻璃从PVB夹层上剥离后破碎、球磨成粉末，得到废弃玻璃粉，备用；所述废弃玻璃粉的粒径为80μm，对废弃玻璃粉进行检测，按质量百分比计，其包括69.20％SiO2，10.40％CaO，1.44％Al2O3；
将粉煤灰放入烘箱中在105℃下干燥18h至恒重，备用；所述粉煤灰的粒径为90μm，按质量百分比计，所述粉煤灰包括51.50％SiO2,2.25％CaO,37.30％Al2O3。
2)将3.5kg垃圾焚烧飞灰、3kg废弃玻璃粉和3.5kg粉煤灰进行混合均匀，得到混合物料；
3)将混合物料放入马弗炉中以10℃/min的升温速率加热至高于所述混合物料流动温度50℃的温度下进行熔融(熔融温度为1245℃)，熔融时间为2小时，然后在该温度下水淬得到基础玻璃；该混合物料的高温熔融特性如表2所示；
4)将基础玻璃破碎、研磨至粒径为85μm，然后在5Mpa下压制成片，压制时间为30s，然后放入箱式电炉内在850℃下热处理2h,热处理结束后随炉温自然冷却至室温，得到微晶玻璃产品。XRD结果表明微晶玻璃的主晶相为硅灰石。
表2混合物料的高温熔融特性
变形温度/℃ 软化温度/℃ 融化温度/℃ 流动温度/℃
1169 1182 1185 1195
实施例3
本实施例提供一种微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
1)将10kg生活垃圾焚烧飞灰加入100L水中，搅拌2h,抽滤除去水，然后放入烘箱中在105℃下干燥15h至恒重，然后将干燥后的垃圾焚烧飞灰进行破碎、研磨成粉末，备用；研磨后垃圾焚烧飞灰的粒径为80μm，对研磨后垃圾焚烧飞灰进行检测，按质量百分比计，其包括4.24％SiO2，70.30％CaO，1.22％Al2O3；
将车用玻璃从PVB夹层上剥离后破碎、球磨成粉末，得到废弃玻璃粉，备用；所述废弃玻璃粉的粒径为80μm，对废弃玻璃粉进行检测，按质量百分比计，其包括69.20％SiO2，10.40％CaO，1.44％Al2O3；
将粉煤灰放入烘箱中在105℃下干燥18h至恒重，备用；所述粉煤灰的粒径为90μm，按质量百分比计，所述粉煤灰包括51.50％SiO2,2.25％CaO,37.30％Al2O3。
2)将3kg垃圾焚烧飞灰、4kg废弃玻璃粉和3kg粉煤灰进行混合均匀，得到混合物料；
3)将混合物料放入马弗炉中以10℃/min的升温速率加热至高于所述混合物料流动温度50℃的温度下进行熔融(熔融温度为1248℃)，熔融时间为2小时，然后在该温度下水淬得到基础玻璃；该混合物料的高温熔融特性如表3所示；
4)将基础玻璃破碎、研磨至粒径为85μm，然后在5Mpa下压制成片，压制时间为30s，然后放入箱式电炉内在850℃下热处理2h,热处理结束后随炉温自然冷却至室温，得到微晶玻璃产品。XRD结果表明微晶玻璃的主晶相为硅灰石。
表3混合物料的高温熔融特性
变形温度/℃ 软化温度/℃ 融化温度/℃ 流动温度/℃
1161 1180 1187 1198
测试例
测试实施例1-3制备得到的微晶玻璃的密度、吸水率、抗压强度和耐腐蚀性，结果如表4所示。
其中，密度依据阿基米德法测试标准进行测试，
吸水率依据GB/T 3810.3-2016测试标准进行测试，
抗压强度依据JC/T872-2019测试标准进行测试，
耐腐蚀性依据JC/T872-2019测试标准进行测试。
表4微晶玻璃的性能测试结果
Figure BDA0003083777730000061
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰进行混合，得到混合物料；
2)将混合物料在高于所述混合物料流动温度50℃的温度下进行熔融，熔融后水淬，得到基础玻璃；
3)将步骤2)获得的基础玻璃压制成型，然后进行热处理，得到所述微晶玻璃；
所述垃圾焚烧飞灰、废弃玻璃粉和粉煤灰的质量比为3:4:3；
所述微晶玻璃的主晶相为硅灰石；
按质量百分比计，所述垃圾焚烧飞灰包括3.77-4.3％SiO2，70.0-73.5％CaO，1-2％Al2O3；
按质量百分比计，所述粉煤灰包括50-55％SiO2,1-3％CaO,30-40％Al2O3。
2.根据权利要求1所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，在步骤1)之前，还包括将垃圾焚烧飞灰进行水洗的步骤，所述水洗步骤包括将垃圾焚烧飞灰加入水中，搅拌，过滤，干燥，然后将干燥后的垃圾焚烧飞灰进行破碎、研磨。
3.根据权利要求2所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，在水洗步骤中，所述垃圾焚烧飞灰与水的比例为(0.5-3):10，比例关系为kg/L；
所述搅拌时间为1-5h，干燥温度为100-120℃，干燥时间为12-24h，研磨后垃圾焚烧飞灰的粒径为76-150μm。
4.根据权利要求1所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述废弃玻璃粉的粒径为76-150μm；
所述粉煤灰的粒径为76-150μm。
5.根据权利要求1所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述熔融温度为1220-1290℃，熔融时间为1-2h；
步骤3)中所述热处理温度为850-1050℃，热处理时间为1-3h；
步骤3)中在将基础玻璃压制成型之前，还包括对基础玻璃进行破碎、研磨至粒径为76-150μm的步骤。
6.根据权利要求1所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰为生活垃圾焚烧飞灰，所述废弃玻璃粉为车用玻璃粉。
7.一种微晶玻璃，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述制备方法制备得到。
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