CN113548801A - 一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法。该方法包括以下步骤：将垃圾焚烧飞灰和天然原料混合并进行熔融处理，得到玻璃液体；对玻璃液体进行快速冷却，得到块状料；以及将块状料进行晶化处理，得到微晶玻璃；其中，天然原料为石英砂、白云石、高岭土和铝矾土中的一种或多种。本发明上述工艺，一方面是对垃圾焚烧飞灰的无害化处理和资源有效利用，将重金属Cr和其它离子固化在玻璃结构中，得到实用的微晶玻璃产品。另一方面，在配合料混合熔化处理的步骤中，添加了助熔剂和澄清剂，这能降低垃圾焚烧飞灰的熔融温度以及促进玻璃液排出气泡，从而降低微晶玻璃的生产成本和提高微晶玻璃质量，与此同时，制备出的微晶玻璃综合性能更佳。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧后产生的飞灰进行回收再利用以及无机非金属材料技术领域，具体而言，涉及一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法。
背景技术
近年来，随着垃圾焚烧技术在我国各个城市生活垃圾处理中的推广与应用，其焚烧过程中产生的飞灰残余物，也产生一定的环境问题，俨然成为环保的重要难题之一。如何进一步处理垃圾焚烧带来的飞灰也成为研究的焦点。
常见的处理飞灰有提取分离法、固化稳定法和熔融玻璃化处理，其中提取和分离法在处理过程中使固相中大量的有害物质转移到液相中，产生的大量废水，显然产生二次污染，也可以通过固化、熔融的方式做成建材和其他材料，其中微晶玻璃俨然成为了研究的重点方向，微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天然石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等，是具有发展前途的21世纪的新型材料。
然而，目前以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的技术多存在问题，如原料熔制温度较高或制备微晶玻璃的方法导致内部存在气泡等缺陷，影响微晶玻璃的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用垃圾焚烧产生的飞灰制备一种的微晶玻璃及制备方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：微晶玻璃组成成分有：SiO2 20-40％；CaO 35-50％；MgO 3-4％；Al2O3 5-10%；Fe2O3 4-6％；Na2O 0.5-10％；CrO2 1-5％。
利用飞灰制备微晶玻璃，其组成按重量为：飞灰26-46份、石英砂20-40份、白云石4-12份、晶核剂0.01-0.5份、澄清剂0.1-1.2份、助熔剂0.2-1.0份。
进一步的，所述的垃圾焚烧飞灰成分包括：30-70％CaO，1-10％SiO2，0.5-8％Al2O3，0 .1-7％MgO，0.1-20％Cl，0.1-6％K2O，0.1-10％Na2O，0.1-10％Fe2O3，0.1-10％TiO2以及0.1-10％P2O5。
进一步的，原材料采用天然矿物为石英砂、白云石、高岭土和铝矾土中的一种或多种进行配比。
进一步的，晶核剂有TiO2、P2O5、ZrO2、CaO、Cr2O3、硫化物，还有冰晶石（Na2AlF6）等。
进一步的，澄清剂有氧化砷、氧化铈、硫酸钠、纯碱中的一种或多种。
进一步的，常用的助熔剂有萤石、硝酸盐或氟化物中的一种或多种。
进一步的，Al2O3+Na2O的含量为5.5～20％。
进一步的，所述微晶玻璃的主晶相为石英或石英固溶体。
进一步的，一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：
S1 将所述的飞灰与其他天然矿物原料进行合理的配比并混合；
S2 将混合料在1200-1400℃高温下进行熔化成玻璃液状，并进行快速冷却，得到块状料；
S3 将S2得到的块状料在核化温度650～850℃下，保温0.5-2.5h进行核化，得到核化料；
S4 将S3得到的核化料在结晶温度850～1050℃下，保温0.5-2.5h进行晶化，得到结晶化料；
S5 将所述结晶化料升温至1000～1200℃直至软化、冷却、打磨，得到所述微晶玻璃。
本发明的有益效果是：本发明的微晶玻璃制备方法是利用垃圾焚烧产生的飞灰为主要原料与天然的矿物原料进行配比混合，且在微晶玻璃原料配方中添加微量的澄清剂或助熔剂对微晶玻璃成分进行微调，经过高温熔化、快速冷却、析晶晶化得制备而成，且综合性能更佳。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
正如背景部分所描述的，目前以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的技术多存在熔制温度较高的缺陷或制备的微晶玻璃本身存在气泡等缺陷，影响微晶玻璃的性能。为了解决存在的问题，本发明提供了一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其包括以下步骤：将垃圾焚烧飞灰和添加的天然矿物原料混合并进行高温熔化处理，得到玻璃液体；对混合熔体进行快速冷却，可以采用风冷或水冷，得到块状料；将块状料进行升温并保温，块状料由固态到固液共存，这一过程为核化和晶化，再自然冷却，最终得到微晶玻璃；其中，澄清剂有氧化砷、氧化铈、硫酸钠、纯碱中的一种或多种，助熔剂有萤石、硝酸盐或氟化物中的一种或多种。在优选的实施方式中，将垃圾焚烧飞灰和其它天然矿物原料助熔剂和澄清剂剂混合的步骤中，助熔剂中占以飞灰为主配合料的0.001-0.1％，澄清剂占以飞灰为主配合料的0.001～0.12％。
本发明提供的上述制备方法中，采用的垃圾焚烧飞灰为主要原料，先进行成分分析，再计算各配料组成，在一种优选的实施方式中，按微晶玻璃组成成分：SiO2 20-40％；CaO 35-50％；MgO 3-4％；Al2O3 5-10%；Fe2O3 4-6％；Na2O 0.5-10％；CrO2 1-5％。
以下将通过实施例进一步说明本发明的有益效果：
实施例1：
一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，所述的以飞灰为主的配合料，其重量组成为：飞灰40份、石英砂30份、白云石8份、晶核剂0.2份、澄清剂0.5份、助熔剂0.4份。
其制备方法主要步骤包括：
S1 将所述的飞灰与其他天然矿物原料进行合理的配比并混合；
S2 将混合料在1300℃高温下进行熔化成玻璃液状，并进行快速冷却，得到块状料；
S3 将S2得到的块状料在核化温度720℃下，保温0.5-2.5h进行核化，得到核化料；
S4 将S3得到的核化料在结晶温度900℃下，保温0.5-2.5h进行晶化，得到结晶化料；
S5 将所述结晶化料升温至1050℃直至软化、冷却、打磨，得到所述微晶玻璃。
本发明生产的微晶玻璃，其抗压强度200-300MPa，抗弯强度40-70MPa，密度2.5-2.8g/cm3，莫氏硬度4-7级，光洁度85-96，耐酸碱、放射性、重金属离子检测符合国家检测标准。
实施例2：
一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，所述的以飞灰为主的配合料，其重量组成为：飞灰30份、石英砂20份、白云石6份、晶核剂0.1份、澄清剂0.4份、助熔剂0.3份。
其制备方法主要步骤包括：
S1 将所述的飞灰与其他天然矿物原料进行合理的配比并混合；
S2 将混合料在1350℃高温下进行熔化成玻璃液状，并进行快速冷却，得到块状料；
S3 将S2得到的块状料在核化温度700℃下，保温0.5-2.5h进行核化，得到核化料；
S4 将S3得到的核化料在结晶温度880℃下，保温0.5-2.5h进行晶化，得到结晶化料；
S5 将所述结晶化料升温至1020℃直至软化、冷却、打磨，得到所述微晶玻璃。
本发明生产的微晶玻璃，其抗压强度220-300MPa，抗弯强度45-70MPa，密度2.5-2.8g/cm3，莫氏硬度4-7级，光洁度85-96，耐酸碱、放射性、重金属离子检测符合国家检测标准。
实施例3：
一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，所述的以飞灰为主的配合料，其重量组成为：飞灰42份、石英砂40份、白云石10份、晶核剂0.2份、澄清剂0.8份、助熔剂0.8份。
其制备方法主要步骤包括：
S1 将所述的飞灰与其他天然矿物原料进行合理的配比并混合；
S2 将混合料在1320℃高温下进行熔化成玻璃液状，并进行快速冷却，得到块状料；
S3 将S2得到的块状料在核化温度750℃下，保温0.5-2.5h进行核化，得到核化料；
S4 将S3得到的核化料在结晶温度920℃下，保温0.5-2.5h进行晶化，得到结晶化料；
S5 将所述结晶化料升温至1080℃直至软化、冷却、打磨，得到所述微晶玻璃。
本发明生产的微晶玻璃，其抗压强度250-320MPa，抗弯强度40-80MPa，密度2.5-2.8g/cm3，莫氏硬度4-7级，光洁度85-9，耐酸碱、放射性、重金属离子检测符合国家检测标准。
以上所述的仅是本发明所公开的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术要求来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，将焚烧垃圾收集的飞灰与其他的天然矿物原料按照比例混合并进行高温熔融处理，再经过冷却析晶从而得到微晶玻璃，其原料组成为：飞灰26-46份、石英砂20-40份、白云石4-12份、晶核剂0.01-0.5份、澄清剂0.1-1.2份、助熔剂0.2-1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，其微晶玻璃组成成分有：SiO2 20-40％；CaO 35-50％；MgO 3-4％；Al2O3 5-10%；Fe2O3 4-6％；Na2O 0.5-10％；CrO2 1-5％。
3.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰成分包括：30-70％CaO，1-10％SiO2，0.5-8％Al2O3，0 .1-7％MgO，0.1-20％Cl，0.1-6％K2O，0.1-10％Na2O，0.1-10％Fe2O3，0.1-10％TiO2以及0.1-10％P2O5。
4.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，原材料采用天然矿物为石英砂、白云石、高岭土和铝矾土中的一种或多种进行配比。
5.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，常用的晶核剂有TiO2、P2O5、ZrO2、CaO、CaF2、Cr2O3、硫化物，还有冰晶石（Na2AlF6）。
6.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，常用的澄清剂有氧化砷、氧化铈、硫酸钠、纯碱中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，常用的助熔剂有萤石、硝酸盐或氟化物中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述微晶玻璃的主晶相为石英或石英固溶体。
9.根据权利要求1所述的一种利用飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，将所述以飞灰为主原料进行微晶玻璃制备的主要步骤包括：
S1 将所述的飞灰与其他天然矿物原料进行合理的配比并混合；
S2 将混合料在1200-1400℃高温下进行熔化成玻璃液状，并进行快速冷却，得到块状料；
S3 将S2得到的块状料在核化温度650～850℃下，保温0.5-2.5h进行核化，得到核化料；
S4 将S3得到的核化料在结晶温度850～1050℃下，保温0.5-2.5h进行晶化，得到结晶化料；
S5 将所述结晶化料升温至1000～1200℃直至软化、冷却、打磨，得到所述微晶玻璃。
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