CN113800765A - 一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐热玻璃及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐热玻璃及制造方法，按质量百分比计，耐热玻璃的化学组成包括：SiO264.00～69.85％，B2O39.60～14.69％，Al2O310.05～11.72％，Na2O 1～3％，MgO 1.05～1.22％，CaO 3.71～4.33％，BaO 0.26～0.31％，SrO 2.14～2.49％，其它0.22～0.26％，其它包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2；按质量百分比计，耐热玻璃的原料包括：60％～70％的废液晶玻璃和30～40％的外加补充调节物质，外加补充调节物质包括硼砂、硼酸、硼矸、纯碱、石英砂中的一种或多种。本发明既能实现废液晶玻璃的高掺量再生利用，又能产生可观的经济效益，实现废液晶玻璃的高值化再生利用。

Description

一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐热玻璃及制造方法
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，具体涉及一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐 热玻璃及制造方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(Thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD，简称液晶显示屏)是重要的平板显示产品，附带液晶显示屏的电 子产品报废周期长短不一，其中手机报废周期相对最短，大多为2-3年；平板 电脑、笔记本电脑及计算机显示屏寿命达4-6年；电视、车载、工控、医疗、 商显寿命可达8-15年。这些附带液晶显示屏的电子产品报废后将转变成电子 废弃物，如果处理不当将对人类健康和生态环境造成严重危害。
报废的附带液晶显示屏的电子产品在资源化过程中，首先进行拆解处理， 一般按材料属性进行归类处置，对于电子产品的外壳有机物质、金属物质或 线路板是最易得到资源化的部分。但是对于液晶显示屏而言，现在仅开展了 玻璃表面的稀贵金属提取研究与开发，而占液晶显示屏重量80％-85％的基板 玻璃至今并没有找到最为合理的用途。
目前，现有文献资料所记载的报废的附带液晶显示屏电子产品的资源化 方案包括：将液晶显示屏进行真空热解提取玻璃表面的金属铟；将废液晶玻 璃粉碎成粉末，将其用于制造硅酸钙板；利用废平板显示器面板玻璃生产发 泡保温材料；对废液晶显示屏处理后，将基板玻璃作为固体废物进行填埋或 者制备建筑材料；将废液晶玻璃替代火山灰材料配制水泥砂浆，其添加量小 于10％时不会对水泥浆体强度产生影响；还有使用30％废液晶玻璃替代黏土 制备性能优异的生态砖；往混凝土中掺入不大于30％的废液晶玻璃，可制备出高流动性、低强度的混凝土。但上述废液晶玻璃资源化大多停留在研究与 开发层面，未能真正实现产业化的应用，综合利用率不超过50％，另外资源 化产品的附加值很低，大多产品市场价值仅有几百元，未能实现废液晶玻璃 良好特性的挖掘，也未能充分发挥废液晶玻璃材料中有价成分发挥最大效能。
耐热玻璃是一种既传统又新兴的玻璃品种，传统是因为其有一百年的发 展历史，新兴是因为现代工业制造能力水平提升，创新出很多新的耐热玻璃 产品形式。耐热玻璃是指能够承受冷热冲击及耐受较高温度的玻璃制品，其 具有低膨胀、抗热震、耐热、耐腐蚀、强度高等一系列优良性能。一般耐冷 热冲击急剧变化温度大于120℃。
目前，耐热玻璃主要包括实验室器具、化工玻璃管道、耐热吹制器皿、 耐热压制器皿以及防火玻璃，典型产品为高硼硅耐热玻璃(俗称3.3玻璃)， 例如烧杯与烧瓶、微波炉转盘、乐扣保鲜盒等产品；耐热玻璃玻璃成分体系 为硼硅玻璃，热膨胀系数α普遍在(3.2～4.5)×10-6/℃之间，由于耐热冲击性 能与膨胀系数密切相关，一般玻璃材料理论耐热冲击(极冷极热温差作用) 极限温度为1150×10-6/α，按上述膨胀系数范围的理论耐热冲击极限温度为 256℃～359℃，但是耐热玻璃器皿的耐热冲击性能还受制品厚度及形状影响， 所以在国家标准(GB/T 35596硼硅酸盐玻璃吹制耐热器具，GB/T 35598硼硅 酸盐玻璃压制耐热器具)中规定氧化硼大于12wt％，耐极冷极热温差大于 120℃。上述所提及的高硼硅耐热(俗称3.3玻璃)和压(吹)制耐热玻璃(器 具)在文献中记载的典型化学组成，见表1所示。
表1
Figure BDA0003295980190000021
从表1的几种耐热玻璃的化学组成基本都是在美国康宁公司1915年发明 的Pyrex7740硼硅玻璃的化学组成基础上做微小调整演变而成，玻璃化学组成 大致相近，玻璃主体成分仅有SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O四种氧化物。
废液晶玻璃属于无碱铝硼硅酸盐玻璃，是一种技术含量高的玻璃产品， 全球仅有美国康宁(Corning)、日本旭硝子(Asahi)及电气硝子(NEG)、安翰视 特(AvanStrate)以及中国东旭集团、彩虹集团、中建材集团可以生产该玻璃 产品。2008年中国才开始液晶玻璃生产至今，但液晶玻璃的产能占全球产能 比例还是相对比较小，不足10％。在知识产权的约束下，各家公司所生产的 液晶玻璃化学组成是有所差异的，但是总体来看化学组成还是比较接近的， 文献资料所列液晶玻璃的化学组成见表2所示。
表2
Figure BDA0003295980190000031
将表2的几种典型牌号的液晶玻璃的市场占有率等因素进行综合加权取 平均，作为废液晶玻璃的化学组成；化学组成中大于或接近1wt％的成分主要 包括：SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO，上述氧化物将是具有应 用价值的成分；其中，B2O3是重要的物质资源，其是通过在硼矿石中提取氧 化硼，制备成硼砂、硼酸或硼矸，并且严格限制微量元素，只有达到一定质 量要求，才能用于液晶玻璃生产制造，初始B2O3原料在每吨液晶玻璃中的原 始价值高达1800-2000元，如果换算成纯B2O3价值则高达1.8-2.0万元/吨，如 果将废液晶玻璃用于上述文献资料的资源化方法，并没有很好地体现出废液 晶玻璃的价值。因此亟需找到一种既能实现高掺量消耗利用，又能产生可观 的经济效益，实现废液晶玻璃的高值化利用的资源化方法。
基于废液晶玻璃规模化应用需求，期望废液晶玻璃应用比例大于50％， 并且将其有价值成分得到充分利用，形成高值化产品，本发明提出一种将废 液晶玻璃再生利用制造耐热玻璃的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种高掺量废液晶玻璃再 生制造耐热玻璃及制造方法。
本发明公开了一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐热玻璃，
所述耐热玻璃的化学组成包括：SiO2、B2O3、Al2O3、Na2O、MgO、CaO、 BaO和SrO；
按质量百分比计，所述耐热玻璃的原料包括：60％～70％的废液晶玻璃和 30～40％的外加补充调节物质，所述外加补充调节物质包括硼砂、硼酸、硼矸、 纯碱、石英砂中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计，所述废液晶玻璃的化学组 成包括：
SiO2 61.00～61.50％，B2O3 9.4～9.8％，Al2O3 16.6～17.0％，MgO 1.6～1.8％，CaO 6.0～6.4％，BaO 0.6～0.8％，SrO 3.3～3.5％。
作为本发明的进一步改进，在所述耐热玻璃的化学组成中，
SiO2的质量含量≤69.85％，Al2O3的质量含量≥10.05％。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计，所述耐热玻璃的化学组成 包括：
SiO2 64.00～69.85％，B2O3 9.60～14.69％，Al2O3 10.05～11.72％，Na2O 1.00～3.00％，MgO 1.05～1.22％，CaO 3.71～4.33％，BaO 0.26～0.31％，SrO 2.14～2.49％，其它0.22～0.26％，其它包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、 ZnO、ZrO2。
作为本发明的进一步改进，当所述废液晶玻璃掺量60％时，按质量百分 比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 65.85～69.85％，B2O3 9.60～14.60％，Al2O3 10.05％，Na2O2.00～3.00％，MgO 1.05％，CaO 3.71％，BaO 0.26％，SrO 2.14％，其它0.22～0.26％，其它 包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
作为本发明的进一步改进，当所述废液晶玻璃掺量65％时，按质量百分 比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64.92～67.92％，B2O3 10.20～14.22％，Al2O3 10.88％，Na2O 2.00～3.00％， MgO 1.13％，CaO 4.02％，BaO 0.29％，SrO 2.32％，其它0.22-0.26，其它包 括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
作为本发明的进一步改进，当所述废液晶玻璃掺量70％时，按质量百分 比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64～66％，B2O3 11.67～14.69％，Al2O3 11.72％，Na2O 1.00～2.00％， MgO1.22％，CaO 4.33％，BaO 0.31％，SrO 2.49％，其它0.22～0.26，其它包 括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
本发明还公开了一种上述耐热玻璃的制造方法，包括：
将废液晶玻璃清理干净，除去表面黏附的有机物质，将其破碎成5～30mm 的片状碎块；
按预设配比称量外加补充调节物质和破碎后的废液晶玻璃，形成配合料；
将配合料进行熔化、澄清、浇注成型、退火、冷却，制得耐热玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明既能实现废液晶玻璃的高掺量消耗利用，又能产生可观的经济效 益，实现废液晶玻璃的高值化利用；同时，制得的耐热玻璃具有更高的软化 点温度，其耐热性更优；且制得的耐热玻璃在20℃-300℃的平均线热膨胀系 数符合耐热玻璃产品的膨胀系数小于4.5×10-6/℃的基本要求，可以有效解决发 明的耐热玻璃的耐热冲击问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实 施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明 的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本发明保护的范围。
下面对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐热玻璃，其中，
制造耐热玻璃所需的原料为废液晶玻璃和外加补充调节物质，外加补充 调节物质包括硼砂、硼酸、硼矸、纯碱、石英砂中的一种或多种。进一步， 按质量百分比计，废液晶玻璃的掺加质量为60％～70％，外加补充调节物质的 掺加质量为30～40％，用于补充引入SiO2、B2O3、Na2O；，其中硼砂用于引入 B2O3和Na2O，硼酸和硼矸用于引入B2O3，纯碱用于Na2O，石英砂用于引入 SiO2。
更进一步，废液晶玻璃的化学组成参见上述表2，即按质量百分比计，废 液晶玻璃的化学组成包括：SiO2 61.00～61.50％，B2O3 9.40～9.80％，Al2O3 16.60～17.00％，MgO1.60～1.80％，CaO 6.00～6.40％，BaO 0.60～0.80％，SrO 3.30～3.50％，ZnO、ZrO2、SnO2、As2O3、Sb2O3均＜0.1％。
基于废液晶玻璃和外加补充调节物质作为原料的加入，本发明耐热玻璃 的化学组成包括：SiO2、B2O3、Al2O3、Na2O、MgO、CaO、BaO和SrO；其 中，SiO2的质量含量≤69.85％，Al2O3的质量含量≥10.05％。进一步，按质量百 分比计，耐热玻璃的化学组成包括：SiO264.00～69.85％，B2O3 9.60～14.69％， Al2O3 10.05～11.72％，Na2O 1.00～3.00％，MgO1.05～1.22％，CaO 3.71～4.33％， BaO 0.26～0.31％，SrO 2.14～2.49％，其它0.22～0.26％，其它包括但不限于Sb2O3、 SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
具体的：
本发明提供一种掺量60％废液晶玻璃再生制造耐热玻璃，按质量百分比 计，耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 65.85～69.85％，B2O3 9.60～14.60％，Al2O3 10.05％，Na2O 2.00～3.00％，MgO 1.05％，CaO 3.71％，BaO 0.26％，SrO 2.14％，其它0.22～0.26％，其它 包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
本发明提供一种掺量65％废液晶玻璃再生制造耐热玻璃，按质量百分比 计，耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64.92～67.92％，B2O3 10.20～14.22％，Al2O3 10.88％，Na2O 2.00～3.00％， MgO 1.13％，CaO 4.02％，BaO 0.29％，SrO 2.32％，其它0.22-0.26，其它包 括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
本发明提供一种掺量70％废液晶玻璃再生制造耐热玻璃，按质量百分比 计，耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64～66％，B2O3 11.67～14.69％，Al2O3 11.72％，Na2O 1.00～2.00％， MgO1.22％，CaO 4.33％，BaO 0.31％，SrO 2.49％，其它0.22～0.26，其它包 括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
本发明提供一种上述耐热玻璃的制造方法，包括：
将废液晶玻璃清理干净，除去表面黏附的有机物质，将其破碎成5～30mm 的片状碎块；按预设配比称量外加补充调节物质和破碎后的废液晶玻璃，形 成配合料；将配合料进行熔化、澄清、浇注成型、退火、冷却，制得耐热玻 璃。
实施例
表3是高掺量废液晶玻璃再生利用制造的耐热玻璃实施例的化学组成及 性能参数，废液晶玻璃掺量分别为60wt％、65wt％、70wt％，每种掺量分别演 变为三个基本化学组成，总计演变成9个实施例，按实施例制备的耐热玻璃 并测量的相关性能。
表3
Figure BDA0003295980190000071
Figure BDA0003295980190000081
注：“—”为非人为使用的氧化物，理论值应为0。
本发明的高掺量废液晶玻璃再生利用制造耐热玻璃的方法，首先将废液 晶玻璃清理干净，除去表面黏附有机物质，将其破碎成5mm-30mm的片状碎 块，按发明的实施例化学组成转化成原料配比，进行称量，将其与外加补充 调节物质一起混合形成配合料，然后将配合料置入铂金坩埚内，在高温炉进 行熔化与澄清，最后将其浇注成型与退火，冷却后进行必要的理化工艺性能 测试。
理化工艺性能测试包括：
1、高温粘度
参照SJ/T11040-1996电子玻璃高温粘度测试方法，采用北京旭辉新锐科 技有限公司生产的型号HIV-1600的玻璃高温粘度仪，将仪器以10℃/min的速 率升温至1650℃后保温30min，设置降温程序，降温速率为2℃/min，记录 100dPa·s对应的温度，将改温度作为玻璃熔化澄清温度，记为Tm。
2、玻璃软化点
参照GB/T28195-2011玻璃软化点测试方法，采用北京旭辉新锐科技有限 公司生产的型号TS-1000吊丝法玻璃软化点测量仪，将预先拉制成直径 0.65mm±0.1mm、长度230mm的玻璃丝，按照5℃/min的速率升温，追踪玻 璃伸长速率，记录伸长速率1mm/min时的温度为玻璃软化点温度，记为Ts。
3、热膨胀系数
参照GB/T16920-2015玻璃平均线热膨胀系数的测定，采用北京旭辉新锐 科技有限公司生产的型号DIL-1000高精度卧式膨胀仪，将玻璃制备成端面 5×5mm，长度50mm的试样，加载在膨胀仪石英托架上，按照5℃/min速率 进行升温，记录20℃～300℃范围平均线热膨胀系数，记为α。
原理及结论：
本发明的高掺量废液晶玻璃再生利用制造耐热玻璃中的SiO2、B2O3、 Al2O3有助于形成玻璃网络，促进玻璃力学性能和化学稳定性提高；Na2O促 进玻璃熔化，降低熔化温度；MgO、CaO、BaO、SrO有助于改善玻璃理化性 能和工艺性能；Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO有助于改善玻璃澄清和改 善玻璃熔体表面张力；ZrO2有助于改善玻璃机械性能。
本发明首次公开不同于表1的耐热玻璃组成，其特征在于组成中富含碱 土金属氧化物MgO、CaO、BaO、SrO；Al2O3质量含量大于等于10.05％；SiO2质量含量小于等于69.85％；废液晶玻璃掺加量达到60wt％-70wt％。
本发明玻璃的软化点温度范围为820℃～854℃，优于现有耐热玻璃品种 (高硼硅耐热玻璃、压(吹)制耐热玻璃、防火玻璃等)的软化点温度 800℃～813℃；由此说明本发明的耐热硼硅玻璃更具有耐热性，可以承受更高 的温度才会软化。在20℃-300℃的平均线热膨胀系数范围为(3.5-4.3)×10-6/℃， 符合耐热玻璃产品的膨胀系数小于4.5×10-6/℃的基本要求，可以有效解决本发 明的耐热玻璃的耐热冲击问题。
本发明经过中试实验生产压制玻璃器皿，按目前该类产品售价可达 1.2-1.3万元/吨，具有很好的增值效应，实现了废液晶玻璃的高值化利用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。

Claims (8)

1.一种高掺量废液晶玻璃再生制造耐热玻璃，其特征在于，
所述耐热玻璃的化学组成包括：SiO2、B2O3、Al2O3、Na2O、MgO、CaO、BaO和SrO；
按质量百分比计，所述耐热玻璃的原料包括：60％～70％的废液晶玻璃和30～40％的外加补充调节物质，所述外加补充调节物质包括硼砂、硼酸、硼矸、纯碱、石英砂中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的耐热玻璃，其特征在于，按质量百分比计，所述废液晶玻璃的化学组成包括：
SiO2 61.00～61.50％，B2O3 9.40～9.80％，Al2O3 16.60～17.00％，MgO 1.60～1.80％，CaO 6.00～6.40％，BaO 0.60～0.800％，SrO 3.30～3.50％。
3.如权利要求1所述的耐热玻璃，其特征在于，在所述耐热玻璃的化学组成中，
SiO2的质量含量≤69.85％，Al2O3的质量含量≥10.05％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的耐热玻璃，其特征在于，按质量百分比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64.00～69.85％，B2O3 9.60～14.69％，Al2O3 10.05～11.72％，Na2O 1～3％，MgO1.05～1.22％，CaO 3.71～4.33％，BaO 0.26～0.31％，SrO 2.14～2.49％，其它0.22～0.26％，其它包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
5.如权利要求4所述的耐热玻璃，其特征在于，当所述废液晶玻璃掺量60％时，按质量百分比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 65.85～69.85％，B2O3 9.60～14.60％，Al2O3 10.05％，Na2O 2～3％，MgO1.05％，CaO 3.71％，BaO 0.26％，SrO 2.14％，其它0.22～0.26％，其它包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
6.如权利要求4所述的耐热玻璃，其特征在于，当所述废液晶玻璃掺量65％时，按质量百分比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64.92～67.92％，B2O3 10.20～14.22％，Al2O3 10.88％，Na2O 2～3％，MgO1.13％，CaO 4.02％，BaO 0.29％，SrO 2.32％，其它0.22-0.26，其它包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
7.如权利要求4所述的耐热玻璃，其特征在于，当所述废液晶玻璃掺量70％时，按质量百分比计，所述耐热玻璃的化学组成包括：
SiO2 64.00～66.00％，B2O3 11.67～14.69％，Al2O3 11.72％，Na2O 1.00～2.00％，MgO1.22％，CaO 4.33％，BaO 0.31％，SrO 2.49％，其它0.22～0.26，其它包括但不限于Sb2O3、SnO2、CeO2、MoO3、ZnO、ZrO2。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的耐热玻璃的制造方法，其特征在于，包括：
将废液晶玻璃清理干净，除去表面黏附的有机物质，将其破碎成5～30mm的片状碎块；
按预设配比称量外加补充调节物质和破碎后的废液晶玻璃，形成配合料；
将配合料进行熔化、澄清、成型、退火、冷却，制得耐热玻璃。
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