CN116715442A - 一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents
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- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/02—Compositions for glass with special properties for coloured glass
Abstract
本发明公开了一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃及其制备方法。该红色微晶玻璃的原料包括煤矸石、调质料和CuO；其中：按质量百分比计，所述红色微晶玻璃的基础玻璃原料成分包括：SiO2：40～50％、Al2O3：15～20％、CaO：10～15％、Na2O：8～12％、F：1～5％、Fe2O3：0～2％、CuO：1～10％，除氟外，其他组分以氧化物计。本发明所得微晶玻璃为红色的同时其耐碱失重率低至0.20％以下，化学稳定性优异，且密度较高，实现了煤矸石固废的高值化利用，具有重要的实用价值，同时制备方法简单，有利于工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及微晶玻璃材料技术领域，尤其是涉及一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
微晶新材料是由玻璃控制晶化而得到的多晶固体材料，该制品结构致密、纹理清晰、具有玉质般的感觉；外观平滑光亮、色泽柔和典雅、无色差、不褪色；具有不吸水、抗冻、极低的热膨胀系数和独特的耐污染性能；绿色、环保、无放射性污染；并可根据需要设计制造出众多类型、不同色泽花样、规格的平板及异型板材。例如，与天然石材相比，建筑装饰微晶玻璃材料具有优越的物理化学性能、灵活的装饰设计和更佳的装饰效果，已应用于机场、车站、酒店等公用建筑和住房场所的内、外墙及地面、立柱装饰材料。此外，微晶玻璃材料在日常生活中已涵盖灶具面板、电磁炉、微波炉、光学滤光片、餐具、炊具等产品。但是目前微晶玻璃材料产品花色、规格不能满足市场多样化的需求；除常见纯白色、米黄色的微晶玻璃外，其他颜色品种较少。
红色微晶玻璃因其外观艳丽、色彩鲜艳，具有良好的物化性能和装饰效果，可以广泛应用于建筑装饰、家电面板、餐具、炊具等领域。但是现有红色玻璃的制备和显色过程非常复杂，过程控制不容易，制备技术难度大。主要是因为铜红玻璃最常用的着色剂Cu或者Cu2O很容易氧化，制备需要控制炉窑内的气氛为还原气氛，这样就大大增加窑炉的成本和熔制铜红玻璃的难度。此外，在红色微晶玻璃的文献报道中，还通常采用Fe2O3+Sb2O3、硒粉+镉红、Cu2O+Sn、CuO+Si、氧化铒+三氯化金等复合着色剂实现微晶玻璃红色着色，但其成本高、制备工艺复杂。例如，中国专利CN 104045237 A公开了一种红色微晶玻璃板材及其生产方法，需要加入Si粉作为还原剂将CuO还原成铜原子，以实现微晶玻璃呈现红色。
因此，如何简单、低成本的得到红色微晶玻璃是当务之急。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃及其制备方法。本发明所得微晶玻璃为红色的同时其耐碱失重率低，化学稳定性优异，且密度较高，实现了煤矸石固废的高值化利用，具有重要的实用价值。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，其原料包括煤矸石、调质料和CuO；其中：
按质量百分比计，所述红色微晶玻璃的基础玻璃原料成分包括：SiO2：40～50％、Al2O3：15～20％、CaO：10～15％、Na2O：8～12％、F：1～5％、Fe2O3：0～2％、CuO：1～10％；除氟外，其他组分以氧化物计。
按上述方案，所述煤矸石的成分以氧化物计包括：SiO2：50～55％、Al2O3：20～27％、CaO：1～3％、CO2：10～15％、Fe2O3：0～4％、其他：1～3％。其中C以CO2计。
按上述方案，所述调质料包括硅砂(SiO2)、纯碱(Na2CO3)、方解石(CaCO3)和萤石(CaF2)。
按上述方案，所述红色微晶玻璃的原料中，按质量百分比计，煤矸石为40-50％。
按上述方案，所述红色微晶玻璃的原料中，按质量百分比计，CuO为1～10％。
提供一种上述基于煤矸石固废的红色微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
1)将煤矸石、调质料和CuO称重后混合均匀，经高温熔化、均化、澄清后成型，获得基础玻璃；
2)将步骤1)所得基础玻璃液经退火、晶化热处理，得到基于煤矸石固废的红色微晶玻璃。
按上述方案，所述步骤1)中，高温熔化温度为1400～1500℃，时间为2-4h。
按上述方案，所述步骤2)中，550-650℃退火1-3h；900～1100℃晶化热处理1-5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.本发明提供了一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，以煤矸石固废为主要原料，配合调质料调控关键组分，再协同CuO作为着色剂前驱体，所得微晶玻璃为红色的同时其耐碱失重率低至0.20％以下，化学稳定性优异，且密度较高，为2.57-2.64g/cm3，实现了煤矸石固废的高值化利用，具有重要的实用价值，同时制备方法简单，有利于工业化应用。
2.本发明通过对基础玻璃的配方组成设计，利用煤矸石固废中自身含有的C在高温环境下形成还原气氛，将Cu2+还原成Cu或者Cu+，随后在晶化处理过程中生成Cu2O晶体而实现整体着色，最终制备出红色煤矸石固废微晶玻璃新材料。
附图说明
图1是本发明实施例中制备基于煤矸石固废的红色微晶玻璃的工艺流程图。
图2是本发明对比例1和实施例1-4所制备出的微晶玻璃X射线衍射测试结果。
图3是本发明实施例4所制备出的基础玻璃和微晶玻璃X射线衍射测试结果。
图4是本发明实施例4所制备出的微晶玻璃的扫描电镜测试图像。
图5是本发明对比例1和实施例1-4所制备出的微晶玻璃密度测试结果。
图6是本发明对比例1和实施例1-4所制备出的微晶玻璃耐碱失重率测试结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中所用煤矸石的成分以氧化物计包括：SiO2：50～55％、Al2O3：20～27％、CaO：1～3％、CO2：10～15％、Fe2O3：0～4％、其他：1～3％。
本发明实施例中所使用的原料为某煤矿产煤所伴生的煤矸石、购买的矿物原料和化工原料，允许有微量的不可避免的杂质；玻璃熔化使用高温熔化炉；晶化使用晶化炉；退火在退火炉中进行。
实施例1
提供一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，选用基础玻璃配方为：煤矸石：43份；硅砂：27份；纯碱：14份；方解石：6份；CaF2：9份；CuO：1份。其中除氟外，其他组分以氧化物计包括：SiO2：49.50％、Al2O3：19.80％、CaO：12.87％、Na2O：10.89％、F：3.96％、Fe2O3：1.98％、CuO：1.00％。
上述基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，包括以下步骤：
准确按照上述比例称量各原料，配制出基础玻璃配合料，配合料在1500℃熔化保温3小时，经高温均化、澄清后获得玻璃液，玻璃液经浇铸法成型后，进入退火炉在600℃保温1小时进行退火处理得到基础玻璃。在900℃保温5小时进行晶化热处理后随炉冷却，制备出红色煤矸石固废微晶玻璃，随后进行切割、磨抛，并进行后续性能测试。
本实施例制得的基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，晶相为钙长石CaAl2Si2O8和氧化亚铜Cu2O；密度约2.57g/cm3；耐碱失重率为0.19％。
实施例2
提供一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，选用基础玻璃配方为：煤矸石：43份；硅砂：27份；纯碱：14份；方解石：6份；CaF2：9份；CuO：3份。其中除氟外，其他组分以氧化物计包括：SiO2：48.54％、Al2O3：19.42％、CaO：12.62％、Na2O：10.68％、F：3.88％、Fe2O3：1.94％、CuO：2.92％。
上述基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，包括以下步骤：
准确按照上述比例称量各原料，配制出基础玻璃配合料，配合料在1500℃熔化保温3小时，经高温均化、澄清后获得玻璃液，玻璃液经浇铸法成型后，进入退火炉在600℃保温1小时进行退火处理得到基础玻璃。在1000℃保温4小时进行晶化热处理后随炉冷却，制备出红色煤矸石固废微晶玻璃，随后进行切割、磨抛，并进行后续性能测试。
本实施例制得的基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，晶相为钙长石CaAl2Si2O8和氧化亚铜Cu2O；密度约2.59g/cm3；耐碱失重率为0.13％。
实施例3
提供一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，选用基础玻璃配方为：煤矸石：43份；硅砂：27份；纯碱：14份；方解石：6份；CaF2：9份；CuO：5份。其中除氟外，其他组分以氧化物计包括：SiO2：47.62％、Al2O3：19.05％、CaO：12.38％、Na2O：10.48％、F：3.81％、Fe2O3：1.90％、CuO：4.76％。
上述基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，包括以下步骤：
准确按照上述比例称量各原料，配制出基础玻璃配合料，配合料在1450℃熔化保温3小时，经高温均化、澄清后获得玻璃液，玻璃液经浇铸法成型后，进入退火炉在600℃保温1小时进行退火处理得到基础玻璃。在1050℃保温3小时进行晶化热处理后随炉冷却，制备出红色煤矸石固废微晶玻璃，随后进行切割、磨抛，并进行后续性能测试。
本实施例制得的基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，晶相为钙长石CaAl2Si2O8和氧化亚铜Cu2O；密度约2.60g/cm3；耐碱失重率为0.10％。
实施例4
提供一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，选用基础玻璃配方为：煤矸石：43份；硅砂：27份；纯碱：14份；方解石：6份；CaF2：9份；CuO：8份。其中除氟外，其他组分以氧化物计包括：SiO2：46.30％、Al2O3：18.52％、CaO：12.04％、Na2O：10.19％、F：3.70％、Fe2O3：1.85％、CuO：7.40％。
上述基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，包括以下步骤：
准确按照上述比例称量各原料，配制出基础玻璃配合料，配合料在1450℃熔化保温3小时，经高温均化、澄清后获得玻璃液，玻璃液经浇铸法成型后，进入退火炉在600℃保温1小时进行退火处理得到基础玻璃。在1100℃保温2小时进行晶化热处理后随炉冷却，制备出红色煤矸石固废微晶玻璃，随后进行切割、磨抛，并进行后续性能测试。
本实施例制得的基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，晶相为钙长石CaAl2Si2O8和氧化亚铜Cu2O；密度约2.64g/cm3；耐碱失重率为0.09％。
对比例1
提供一种基于煤矸石固废的微晶玻璃，选用基础玻璃配方为：煤矸石：43份；硅砂：27份；纯碱：14份；方解石：6份；CaF2：9份；CuO：0份。其中除氟外，其他组分以氧化物计包括：SiO2：50％、Al2O3：20％、CaO：13％、Na2O：11％、F：4％、Fe2O3：2％。上述基于煤矸石固废的微晶玻璃，包括以下步骤：
准确按照上述比例称量各原料，配制出基础玻璃配合料，配合料在1500℃熔化保温3小时，经高温均化、澄清后获得玻璃液，玻璃液经浇铸法成型后，进入退火炉在600℃保温1小时进行退火处理，制备出黑色煤矸石固废微晶玻璃，随后进行切割、磨抛，并进行后续性能测试。
制得的黑色煤矸石固废微晶玻璃，主晶相为钙长石相CaAl2Si2O8，密度约2.57g/cm3；耐碱失重率为0.21％。
本发明对比例和实施例中可以看出，随着氧化铜的加入，所得红色微晶玻璃的密度逐渐上升，耐碱失重率逐渐下降，化学稳定性提高。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于煤矸石固废的红色微晶玻璃，其特征在于，所述红色微晶玻璃的原料包括煤矸石、调质料和CuO；其中：
按质量百分比计，所述红色微晶玻璃的基础玻璃原料成分包括：SiO2：40～50％、Al2O3：15～20％、CaO：10～15％、Na2O：8～12％、F：1～5％、Fe2O3：0～2％、CuO：1～10％；除氟外，其他组分以氧化物计。
2.根据权利要求1所述的红色微晶玻璃，其特征在于，所述煤矸石的成分以氧化物计包括：SiO2：50～55％、Al2O3：20～27％、CaO：1～3％、CO2：10～15％、Fe2O3：0～4％、其他：1～3％。
3.根据权利要求1所述的红色微晶玻璃，其特征在于，所述调质料包括硅砂、纯碱、方解石和萤石。
4.根据权利要求1所述的红色微晶玻璃，其特征在于，所述红色微晶玻璃的原料中，按质量百分比计，煤矸石为40～50％。
5.根据权利要求1所述的红色微晶玻璃，其特征在于，所述红色微晶玻璃的原料中，按质量百分比计，CuO为1～10％。
6.根据权利要求1所述的红色微晶玻璃，其特征在于，所述红色微晶玻璃密度为2.57-2.64g/cm3；耐碱失重率小于0.20％。
7.一种权利要求1所述的基于煤矸石固废的红色微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将煤矸石、调质料和CuO称重后混合均匀，经高温熔化、均化、澄清后成型，获得基础玻璃；
2)将步骤1)所得基础玻璃液经退火、晶化热处理，得到基于煤矸石固废的红色微晶玻璃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，高温熔化温度为1400～1500℃，时间为2～4h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，550～650℃退火1～3h；900～1100℃晶化热处理1～5h。
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