花岗岩尾矿微晶玻璃浮法制备工艺及其专用锡槽的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种花岗岩尾矿微晶玻璃浮法制备工艺及其专用锡槽，该花岗岩尾矿微晶玻璃由以下重量百分含量的成分组成：CaO5%～10%，MgO5%～10%，Al2O320%～30%，SiO240%～50%，Na2O2%～5%，K2O2%～5%，TiO22%～5%，ZrO20.5%~1%，BaCO30.5%~1.5%，该组成下配料料性能够满足浮法工艺的要求；浮法制备工艺步骤包括制备配合料、熔化、晶化和退火；本发明还公开了一种浮法工艺制备微晶玻璃专用锡槽，该锡槽有相应的结构和特定的温度分布。本发明微晶玻璃的制备以花岗岩尾矿为主要原料，解决了如何处理工业废弃物的难题，消除了工业废渣对环境的污染；本发明与传统的烧结法和压延法相比，浮法制备矿渣微晶玻璃连续生产能力强，而且不需要后端的磨抛工序，明显的降低了生产成本，提高了生产效率。
【专利说明】花岗岩尾矿微晶玻璃浮法制备工艺及其专用锡槽
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微晶玻璃及其制备工艺，具体为以花岗岩尾矿为主要原料采用浮法工艺制备微晶玻璃的方法及其专用锡槽，属于工业废弃物的综合利用。
【背景技术】
[0002]微晶玻璃是以特定组成的玻璃为基础，经过加热处理而得到的既含有玻璃相又含有晶相的材料。其中的热处理过程称为晶化过程，微晶玻璃强度和硬度较高，热膨胀系数又很小，应用前景非常广泛。
[0003]随着经济的发展，对煤、稀土的需求越来越大，其产量日益增加，随之而来的是稀选尾矿、煤矸石等工业废弃物不断增加。这些废弃物不仅占用大量土地，而且对周边的水资源和土壤造成严重污染。利用废矿渣作为原料生产的微晶玻璃板材，色泽纯净质感似圆润，成为建筑装饰的优选材料。使用花岗岩为主要原料制备的微晶玻璃是矿渣微晶玻璃的一种，矿渣微晶玻璃利用了大量的尾矿或工业废渣作为原料，其生产相对节约资源，而且解决了如何处理工业废弃物的难题，是替代天然石材和部分瓷制砖的最佳选择。
[0004]通常矿渣微晶玻璃的生产工艺主要有烧结法和压延法两种。烧结法是先将熔制的玻璃液冷淬成碎玻璃，然后再放到模具中进行晶化和退火处理，这种方法产品的成品率低而且需要两个高温过程(玻璃熔制、微晶化处理)，生产能耗大、成本高；压延法是用对辊将熔制的玻璃液在一定温度下压制成玻璃板后再进行晶化和退火，压延法连续生产能力较高，但是和烧结法同样存在着晶化后产品形变大，后期加工成本高的缺点。随后，有报道采用浮法工艺制备矿渣微晶玻璃，但是现有浮法工艺与矿渣微晶玻璃的特性不能匹配，比如矿渣微晶玻璃的料性很 短，在锡槽内核化的难度大；微晶玻璃的析晶难以控制，很容易在锡槽前段结团。因此，至今未见有浮法矿渣微晶玻璃的实际生产。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是针对现在矿渣微晶玻璃特性，提供一种节能、环保、高效率、低成本的花岗岩尾矿微晶玻璃浮法制备工艺及用于微晶玻璃板核化和晶化的锡槽，克服矿渣微晶玻璃与浮法工艺匹配性差的缺陷，且能够实现在有限长度的锡槽内完成矿渣微晶玻璃的核化和晶化。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种花岗岩尾矿微晶玻璃，其包括以下重量百分含量的成分:CaO 5%~10%，Mg0 5%~10%，A1203 20%~30%，Si02 40%~50%, Na2O 2% ~5%，K2O 2% ~5%，TiO 22% ~5%，ZrO20.5%~1%，BaCO3 0.5%~1.5%。
[0007]作为本发明的进一步优化，所述花岗岩尾矿微晶玻璃包括以下重量百分含量的成分:CaO 6% ~8%，Mg0 7% ~9%，Al2O3 25% ~28%，SiO2 45% ~48%，Na2O 3% ~4%，K20 3% ~4%, TiO2 3% ~4%, ZrO20.5%~1%，BaCO3 0.5%~1.5%。
[0008]进一步的，符合以上两种组成的微晶玻璃在1300°C时粘度为250~380 P, 1150°C时粘度为2000-3000 P，且该组成微晶玻璃的粘度随温度变化不明显，符合浮法生产工艺要求。
[0009]本发明还提供了一种花岗岩尾矿微晶玻璃的浮法制备工艺，其主要原料为花岗岩尾矿、重钙粉、菱镁矿、钠长石，其中SiO2由花岗岩尾矿引入，MgO由菱镁矿引入，CaO由重钙粉引入，Al2O3由钠长石引入，其他组分为化工原料引入。
[0010]进一步的，所述花岗岩尾矿微晶玻璃的浮法制备工艺，其包括以下步骤:
1)配料:选取以上矿物原料，对其进行粉碎、筛分、除铁处理，控制花岗岩尾矿目粒度大于40目，在50-80目范围内所占比例不低于80%，其他矿物原料的粒径控制同电熔窑玻璃原料相同，通过以上处理后制得相应的粉料，然后按照重量比称取，混合后制成玻璃配合料，为防止后期玻璃液与锡槽中的锡液反应，必须用电磁铁对原料进行除铁处理，控制配合料中的Fe含量低于0.03% ；
2)将配合料投到电熔窑中进行熔化，熔化温度为1500°C~1600°C，熔化时间控制3~4h，然后在熔窑的冷却部和料道中的澄清池完成玻璃液的均化和澄清，控制料道末端的温度为Iioo0C ^12000C，得到成分均一，无可见气泡的的合格玻璃液，所述料道末端为连接料道和锡槽的部位；
3)将步骤2)得到的玻璃液通过唇砖引到对应微晶玻璃的锡槽中，完成玻璃的核化和晶化；其中控制核化温度为65(T680°C，晶化温度为84(T860°C ；
4)对玻璃板进行退火，然后切裁。
[0011]本发明还提供了一种花岗岩尾矿微晶玻璃的浮法制备工艺中微晶玻璃核化和晶化专用的锡槽，其包括槽体、拉边机、保护气系统、加热系统；所述槽体由耐火材料和钢制外壳组成，所述槽体的温度区域进行了重新设计，分为摊平区、急冷区、核化区、升温区、晶化区和固化冷却区，所述摊平区长度控制为800mm，急冷区长度控制为1700mm，核化区长度控制为2500mm，升温区长度控 制为1500mm，晶化区长度控制为1500mm，固化冷却区长度控制为2000_，用以完成微晶玻璃的核化和晶化。
[0012]进一步的，所述锡液直接与槽体中的槽底砖接触。
[0013]进一步的，所述拉边机是使用外力将玻璃液减薄的机械设备，同现在浮法玻璃生产上所使用的拉边机设计相同，比例可按锡槽规格同比例缩小，用于节流、拉薄、积厚和控制原板走向。
[0014]进一步的，所述保护气系统包括氮气管路、氢气管路和接入系统，其中槽体温度最高的摊平区域，控制其保护气体积组成为H2:7%，N2:92%, CH4:1%，锡槽末端固化冷却区，控制其保护气体积组成为H2:7%，N2:92.7%，SO2:0.3%，控制其他部分的保护气体积组成为H2:3%, N2:97%。
[0015]作为本发明的进一步优化，所述槽体为窄流槽设计，锡槽后半部分玻璃板直接覆盖锡液的宽度设为I米，大大节省了锡液用量。
[0016]作为本发明的进一步优化，由于该锡槽长度为常规锡槽的2~3倍，所以该锡槽重新在不同的部位设计了分割挡墙和窑坎，控制锡液对流，不致使玻璃因锡液对流而产生缺陷。
[0017]作为本发明的进一步优化，所述摊平区加热元件优选SiC为加热体。
[0018]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(I)本发明微晶玻璃的制备选用大量花岗岩尾矿作为主要原料，其生产相对节约资源，而且解决了如何处理工业废弃物的难题，变废为宝，消除了工业废渣对环境的污染；
(2)本发明微晶玻璃的生产原料以尾矿废渣替代天然石材、黏土矿产资源和部分瓷制砖，避免了矿山开采所造成的环境、生态破坏；
(3)本发明花岗岩尾矿微晶玻璃的生产采用浮法制备工艺，其成品率在95%以上，而现在的压延工艺成品率为85%~93%，烧结法生产工艺成品率仅为65%~80%，且采用浮法工艺还有利于提闻生广规丰旲;
(4)采用压延生产工艺需要在生产处的板材上磨削f3mm，而本发明花岗岩尾矿微晶玻璃的生产采用浮法制备工艺制备的微晶玻璃板表面平整度高，不需要后期的磨抛加工，节省了大量的成本，提高了生产效率；
(5)本发明还提供了微晶玻璃浮法制备工艺专用锡槽，对锡槽不同部位重新设计分割挡墙和窑坎，且对锡槽的温度分布进行了重新设计，易于有效完成微晶玻璃的核化和晶化；且该槽体为窄流槽设计，有效宽度为I米，大大节省了锡液用量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明锡槽的温度区域划分示意图(俯视图)；
图2是本发明的锡槽的左视图。
[0020]在附图中:1摊平区、2急冷区、3核化区、4升温区、5晶化区、6固化冷却区、7窑坎、8保护气系统、9槽体。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体`实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0022]实施例1:
(1)矿渣微晶玻璃配方选择如下(wt%):
花岗石 46%、菱镁矿 14%、钠长石 28.5%、重钙粉 7.5%,BaCO3 0.5%,TiO2 2.5%, ZrO2 1% ；
(2)按照组成配方，先对各原料进行粉碎、筛分、除铁处理，控制花岗岩尾矿目粒度大于40目，在50-80目范围内所占比例不低于80%，其他矿物原料的粒径控制同电熔窑玻璃原料相同；然后称取相应的矿物原料，混合后制成玻璃配合料，控制配合料中Fe含量低于
0.03% ；
(3)将配合料投到电熔窑中进行熔化，熔化温度为1550°C，熔化时间3h，然后进行均化和澄清，控制料道中段温度为1300°C，料道末端的温度为1150°C，得到成分均一，无可见气泡的的合格玻璃液；该玻璃液在1300°C时，粘度为324 P，在温度1150°C时为2406 P，料性符合浮法工艺的要求；
(4)玻璃液通过唇砖引到适合矿渣微晶玻璃的锡槽中，所述锡槽结构及温度区域划分示意如图1、图2所示，摊平区温度控制在1180°C，在锡槽内完成玻璃的核化和晶化，玻璃的核化温度为664°C，晶化温度为840°C ；
(5)对玻璃板进行退火，制得的板厚为7.4mm的微晶玻璃板，其表面平整，在一平方米内厚度偏差仅为0.4mm，不需要磨抛。
[0023]实施例2:
(I)矿渣微晶玻璃配方选择如下(wt%):花岗石 48.7%、菱镁矿 14%、钠长石 26.5%、重钙粉 6.5%,BaCO3 0.5%, TiO2 3%,ZrO2 0.8%
(2)按照组成配方，先对各原料进行粉碎、筛分、除铁处理，控制花岗岩尾矿目粒度大于40目，在50-80目范围内所占比例不低于80%，其他矿物原料的粒径控制同电熔窑玻璃原料相同；然后称取相应的矿物原料，混合后制成玻璃配合料，控制配合料中Fe含量低于0.03% ；
(3)将配合料投到电熔窑中进行熔化，熔化温度为1580°C，熔化时间3.5h，然后进行均化和澄清，控制料道中段温度为1300°C，料道末端的温度为1180°C，得到成分均一，无可见气泡的的合格玻璃液；该玻璃液在1300°C时，粘度为278 P，在温度1150°C时为2900 P，料性符合浮法工艺的要求；
(4)玻璃液通过唇砖引到适合矿渣微晶玻璃的锡槽中，所述锡槽结构及温度区域划分示意如图1、图2所示，摊平区温度控制在1150°C，在锡槽内完成玻璃的核化和晶化，玻璃的核化温度为680°C，晶化温度为857°C ；
(5)对玻璃板进行退火，制得的板厚为7.5mm的微晶玻璃板，其表面平整，在一平方米内厚度偏差仅为0.5mm，不需要磨抛。
[0024]实施例3:
(1)矿渣微晶玻璃配方选择如下(wt%):
花岗石 51.4%、菱镁矿 13%、钠长石 24.5%、重钙粉 7.5%、BaCO3 0.5%、TiO2 2.5%、ZrO2
0.6% ；
(2)按照组成配方，先对各原料进行粉碎、筛分、除铁处理，控制花岗岩尾矿目粒度大于40目，在50-80目范围内所占比例不低于80%，其他矿物原料的粒径控制同电熔窑玻璃原料相同；然后称取相应的矿物原料，混合后制成玻璃配合料，控制配合料中Fe含量低于
0.03% ；
(3)将配合料投到电熔窑中进行熔化，熔化温度为1500°C，熔化时间4h，然后进行均化和澄清，控制料道中段温度为1300°C，料道末端的温度为1160°C，得到成分均一，无可见气泡的的合格玻璃液；该玻璃液在1300°C时，粘度为270P，在温度1150°C时为2700 P，料性符合浮法工艺的要求；
(4)玻璃液通过唇砖引到适合矿渣微晶玻璃的锡槽中，所述锡槽结构及温度区域划分示意如图1、图2所示，摊平区温度控制在1170°C，在锡槽内完成玻璃的成型和晶化，玻璃的核化温度为676°C，晶化温度为850°C ；
(5)对玻璃板进行退火，制得的板厚为7.6mm的微晶玻璃板，其表面平整，在一平方米内厚度偏差仅为0.4mm，不需要磨抛。
[0025]以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种花岗岩尾矿微晶玻璃，其特征在于:包括以下重量百分含量的成分:CaO 5%~10%, MgO 5% ~10%，Al2O3 20% ~30%，SiO2 40% ~50%，Na2O 2% ~5%，K2O 2% ~5%，TiO22% ~5%，ZrO20.5%~1%，BaCO3 0.5%~1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种花岗岩尾矿微晶玻璃，其特征在于:包括以下重量百分含量的成分:CaO 6% ~8%，Mg0 7% ~9%，Al2O3 25% ~28%，SiO2 45% ~48%，Na2O 3% ~4%，K2O 3% ~4%, TiO2 3% ~4%, ZrO20.5%~1%，BaCO3 0.5%~1.5%。
3.根据权利要求1或2所述的一种花岗岩尾矿微晶玻璃，其特征在于:所述微晶玻璃在1300°C时粘度为250~380 P, 1150°C时粘度为2000~3000 P。
4.一种如权利要求1或2所述的花岗岩尾矿微晶玻璃的浮法制备工艺，其特征在于:SiO2由花岗岩尾矿引入，CaO由重钙粉引入，MgO由菱镁矿引入，Al2O3由钠长石引入，其他组分为化工原料引入。
5.根据权利要求4所述的花岗岩尾矿微晶玻璃的浮法制备工艺，其特征在于:包括以下步骤， 1)配料:称取原料，对其进行粉碎、筛分、除铁处理，控制花岗岩尾矿目粒度大于40目，在50-80目范围内所占比例不低于80%，其他矿物原料的粒径控制同电熔窑玻璃原料相同，通过以上处理后制得相应的粉料， 然后按照重量比称取，混合后制成玻璃配合料，控制配合料中Fe含量低于0.03% ； 2)将配合料投到电熔窑中进行熔化，熔化温度为1500°C~1600°C，熔化时间控制3~4h，然后在熔窑的冷却部和料道中的澄清池完成玻璃液的均化和澄清，控制料道末端的温度为Iioo0C~1200°c，得到成分均一，无可见气泡的的合格玻璃液； 3)将步骤2)得到的玻璃液通过唇砖引到对应微晶玻璃的锡槽中，完成玻璃的核化和晶化，其中控制核化温度为650~680°C，晶化温度为840~860°C ； 4)对玻璃板进行退火，然后切裁。
6.一种如权利要求5所述的花岗岩尾矿微晶玻璃的浮法制备工艺中微晶玻璃核化和晶化专用的锡槽，其特征在于:所述锡槽包括槽体、拉边机、保护气系统以及加热系统，所述槽体内部温度区域由分割墙划分为摊平区、急冷区、核化区、升温区、晶化区和固化冷却区，所述摊平区长度控制为800mm,急冷区长度控制为1700mm,核化区长度控制为2500mm,升温区长度控制为1500mm，晶化区长度控制为1500mm，固化冷却区长度控制为2000mm。
7.根据权利要求6所述的微晶玻璃核化和晶化专用的锡槽，其特征在于:所述保护气系统包括氮气管路、氢气管路和接入系统，所述摊平区保护气体积组成为H2:7%，N2:92%,CH4:1%，所述固化冷却区保护气体积组成为H2:7%，N2:92.7%，SO2:0.3%，所述急冷区、核化区、升温区及晶化区保护气体积组成为H2:3%，N2:97%。
8.根据权利要求6或7所述的微晶玻璃核化和晶化专用的锡槽，其特征在于:所述槽体为窄流槽设计，槽体内玻璃板覆盖锡液的宽度设为I米。
【文档编号】C03C10/00GK103771712SQ201310734955
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】程金树, 刘楷, 楼贤春, 潘清涛, 王文田, 淮旭光, 栾晓波 申请人:河北省沙河玻璃技术研究院