一种微晶玻璃形核剂制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种以不锈钢酸洗污泥（简称酸洗污泥）为主要原料制备微晶玻璃形核剂的方法。利用酸洗污泥中铁、氟和铬的化合物作为形核剂，加入一定量的赤铁矿和萤石矿以调整铁和氟的配比，经烘干和成分调配得到微晶玻璃形核剂。本发明的优点是将酸洗污泥用于制备高附加值的微晶玻璃形核剂，并将重金属离子以形核剂的形式引入微晶玻璃，实现重金属稳定固化，避免了污染。本发明实现了酸洗污泥的高值化利用，具有显著的环保和经济效益，市场前景广阔。
【专利说明】—种微晶玻璃形核剂制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种以不锈钢酸洗污泥为原料制备微晶玻璃形核剂的方法，属于环保和资源再利用领域。本发明以不锈钢酸洗污泥为主要原料，配加赤铁矿和萤石矿制备微晶玻璃形核剂。本发明的优点是利用酸洗污泥中的微晶玻璃形核剂成分，制备高附加值的微晶玻璃形核剂，并将酸洗污泥中的重金属离子引入微晶玻璃，实现稳定固化，避免了污染。
[0002]
【背景技术】
[0003]矿渣微晶玻璃是目前为止品种最多，数量最大的建筑微晶玻璃产品，已然成为国内外社会可持续发展和推动清洁生产的优先开发项目。研究表明，高炉渣、电镀渣、钢渣和粉煤灰等多种固体废弃物均可用于生产微晶玻璃。通常，在微晶玻璃配方中都需要引入一定量的晶核剂，以促进微晶玻璃的形核和析晶，并以此来提高微晶玻璃的综合性能。研究表明，0&匕是一种有效的微晶玻璃形核剂，这主要是由于F _可有效降低基础玻璃中硅氧链的聚合度，从而降低玻璃熔体的黏度，并以此提高玻璃熔体中离子的扩散系数，以改善微晶玻璃的析晶能力，细化微晶相的颗粒尺寸，提高微晶玻璃的综合性能。
[0004]研究发现，微晶玻璃高温熔融时，原料中的Fe3+可溶于玻璃熔体中，而在微晶玻璃的热处理过程中，Fe3+会从玻璃网络中析出，形成富Fe 3+的无定形相，从而作为微晶玻璃的非均匀形核位，促进微晶玻璃析晶。研究表明，向微晶玻璃中加入Fe2O3可以改善微晶玻璃的组织形貌，细化晶粒，提高微晶玻璃的密度、力学性能和耐酸碱性。此外，Cr2O3与Fe 203具有相似的性质，所以，Cr2O3也被广泛用作微晶玻璃的形核剂。
[0005]目前，制备矿渣微晶玻璃所用的形核剂大多是纯Fe203、Cr2O3>CaF2，成本较高。同时，向矿渣微晶玻璃配方中添加纯料形核剂也违背了“以废治废”的循环经济重要思想。因此，开发一种新型高效的废料微晶玻璃形核剂具有重要意义。
[0006]不锈钢酸洗污泥是不锈钢表面酸洗处理时产生的危险固废，其主要成分为Fe (OH) 3，CaF2, Cr (OH) 3，经烘干脱水后可转化为Fe2O3, CaF2, Cr203。因此，不锈钢酸洗污泥是一种潜在的微晶玻璃复合形核剂。本发明提出以不锈钢酸洗污泥为主要原料制备微晶玻璃形核剂，既实现酸洗污泥“变废为宝”，又实现其“转危为安”，具有显著的环保和经济意义。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明公开了一种以不锈钢酸洗污泥为主要原料制备微晶玻璃形核剂的方法，利用酸洗污泥中铁、氟和铬的化合物作为形核剂，加入一定量的赤铁矿和萤石矿以调整铁和氟的配比，经烘干和成分调配得到微晶玻璃形核剂。本发明具体步骤如下:
(1)低温脱水:将不锈钢酸洗污泥加热脱水，得到不锈钢酸洗污泥干料；
(2)烘干:将赤铁矿和萤石矿加热烘干，得到赤铁矿干料和萤石矿干料； (3)成分调配:用步骤(I)和(2)中得到的不锈钢酸洗污泥干料10 wt%-80 wt%、赤铁矿干料10 wt%-50 wt%和萤石矿干料10 wt%-40 wt%进行成分调配并混匀，得到含Fe2O3为26 wt%-32.5 wt%、CaF2S 38.5 wt%-44.5 wt%、Cr 203为 0.5 wt%-4 wt% 的微晶玻璃形核剂。
[0009]本发明的优点是以不锈钢酸洗污泥为主要原料制备微晶玻璃形核剂，同时将酸洗污泥中的重金属以形核剂的形式引入微晶玻璃，实现稳定固化，具有显著的环保和经济效.、/■
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【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1微晶玻璃形核剂制备流程。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
[0012]实施例1
以每100吨配料算，将10吨不锈钢酸洗污泥加热至120°c保温2h，得到主要成分为Fe2O3, CaF2, Cr2O3的不锈钢酸洗污泥干料；将50吨赤铁矿和40吨萤石矿加热至100°C烘干2h，得到赤铁矿干料和萤石矿干料。用所得的不锈钢酸洗污泥干料、赤铁矿干料和萤石矿干料进行成分调配并混匀，得到含Fe2O3为32.5 wt%、CaF2S 38.5 wt%、Cr203为0.5 wt%，其余为杂质，所有组分之和为100%的微晶玻璃形核剂。将7 ￥丨％的该形核剂加入到电炉渣微晶玻璃配方后，微晶相由柱状晶转变为等轴晶，颗粒尺寸由8 ym-15 ym细化至颗粒均匀性提高明显；产品内部平均尺寸为10 ym-15 μ m的孔洞消失，致密度提高，密度由2.7 g/cm3提升至3.02 g/cm 3 ;耐酸性(20 wt%硫酸)由94.8 %提升至99.4 %，耐碱性(20 wt%氢氧化钠)由96%提升至98.4 %;抗弯强度由58 MPa提升至118 MPa，显微硬度由5.5 GPa提升至7.21 GPa，抗压强度由389 MPa提升至693 MPa，耐磨性能(磨损量)由0.142 g/cm2提升至 0.047 g/cm2。
[0013]实施例2
以每100吨配料算，将30吨不锈钢酸洗污泥加热至200°C保温2h，得到主要成分为Fe2O3, CaF2, Cr2O3的不锈钢酸洗污泥干料；将40吨赤铁矿和30吨萤石矿加热至80°C烘干2h，得到赤铁矿干料和萤石矿干料。用所得的不锈钢酸洗污泥干料、赤铁矿干料和萤石矿干料进行成分调配并混匀，得到含Fe2O3为31.5 wt%、CaF 2为39 wt%、Cr 203为1.5 wt%，其余为杂质，所有组分之和为100%的微晶玻璃形核剂。将5 wt%的该形核剂加入到铁尾矿微晶玻璃配方后，微晶颗粒由鱼骨状转变为短棒状，颗粒尺寸由15 ym-35 ym细化至2 μ m-3μ m，颗粒均匀性提高明显；产品内部的孔洞和微裂纹消失，致密度提高，密度由2.53 g/cm3提升至2.89 g/cm3 ;耐酸性(20 wt%硫酸)由92.2 %提升至98.7 %，耐碱性(20 wt%氢氧化钠)由95.3%提升至99.1 % ;抗弯强度由49 MPa提升至102 MPa，显微硬度由5.24 GPa提升至6.88 GPa，抗压强度由283 MPa提升至575 MPa，耐磨性能(磨损量)由0.174 g/cm2提升至 0.053 g/cm2。
[0014]实施例3
以每100吨配料算，将50吨不锈钢酸洗污泥加热至400°C保温2h，得到主要成分为Fe2O3, CaF2, Cr2O3的不锈钢酸洗污泥干料；将20吨赤铁矿和30吨萤石矿加热至160°C烘干2h，得到赤铁矿干料和萤石矿干料。用所得的不锈钢酸洗污泥干料、赤铁矿干料和萤石矿干料进行成分调配并混匀，得到含Fe2O3为24.5 wt%、CaF 2为42wt%、Cr 203为2.5 wt%，其余为杂质，所有组分之和为100%的微晶玻璃形核剂。将9 wt%的该形核剂加入到铜渣微晶玻璃配方后，微晶颗粒由块状转变为类球状，颗粒尺寸由8 ym-13 ym细化至I μπι-1.5μ m，颗粒均匀性提高明显；产品内部的微裂纹消失，致密度提高，密度由2.84 g/cm3提升至3.13 g/cm3 ;耐酸性(20 wt%硫酸)由95.2 %提升至98.4 %，耐碱性(20 wt%氢氧化钠)由95.3%提升至99.6 % ;抗弯强度由69 MPa提升至142 MPa，显微硬度由5.75 GPa提升至7.34 GPa，抗压强度由483 MPa提升至865 MPa，耐磨性能(磨损量)由0.094 g/cm2提升至0.043 g/cm2。
[0015]实施例4
以每100吨配料算，将60吨不锈钢酸洗污泥加热至300°C保温2h，得到主要成分为Fe2O3, CaF2, Cr2O3的不锈钢酸洗污泥干料；将30吨赤铁矿和10吨萤石矿加热至120°C烘干2h，得到赤铁矿干料和萤石矿干料。用所得的不锈钢酸洗污泥干料、赤铁矿干料和萤石矿干料进行成分调配并混匀，得到含Fe2O3为26 wt%、CaF2S 44.5 wt%、Cr 203为3 wt%，其余为杂质，所有组分之和为100%的微晶玻璃形核剂。将8 wt%的该形核剂加入到垃圾焚烧灰微晶玻璃配方后，微晶颗粒由长柱状转变为短棒状，颗粒尺寸由6 μ---18 μ--细化至I μ---2μ m，颗粒均匀性提高明显；产品内部无微裂纹和孔洞，致密度提，密度由2.54 g/cm3提升至3.02 g/cm3 ;耐酸性(20 wt%硫酸)由96.2 %提升至99.2 %，耐碱性(20 wt%氢氧化钠)由96.7%提升至99.5 % ;抗弯强度由65 MPa提升至136 MPa，显微硬度由5.98 GPa提升至7.43 GPa，抗压强度由433 MPa提升至872 MPa，耐磨性能(磨损量)由0.086 g/cm2提升至0.047 g/cm2。
[0016]实施例5
以每100吨配料算，将80吨不锈钢酸洗污泥加热至350°C保温2h，得到主要成分为Fe2O3, CaF2, Cr2O3的不锈钢酸洗污泥干料；将10吨赤铁矿和10吨萤石矿加热至140°C烘干2h，得到赤铁矿干料和萤石矿干料。用所得的不锈钢酸洗污泥干料、赤铁矿干料和萤石矿干料进行成分调配并混匀，得到含Fe2O3为26 wt%、CaF2S 44.5 wt%、Cr 203为4 wt%，其余为杂质，所有组分之和为100%的微晶玻璃形核剂。将5 wt%的该形核剂加入到铅锌冶炼渣微晶玻璃配方后，微晶相由树枝状转变为类球状，颗粒尺寸由15 μ m-20 μ m细化至I μ m-2μ m，颗粒均匀性提高明显；产品内部的微裂纹消失，致密度提高，密度由2.74 g/cm3提升至3.15 g/cm3 ;耐酸性(20 wt%硫酸)由94.6 %提升至99.4 %，耐碱性(20 wt%氢氧化钠)由95.7%提升至99.3 % ;抗弯强度由75 MPa提升至133 MPa，显微硬度由5.87 GPa提升至7.15 GPa，抗压强度由453 MPa提升至884 MPa，耐磨性能(磨损量)由0.084 g/cm2提升至
0.042 g/cm2。
【权利要求】
1.一种微晶玻璃形核剂制备方法，其特征在于:所述方法是以10 wt%-80 wt%的不锈钢酸洗污泥、10 wt%-50 wt%的赤铁矿和10 wt%-40 wt%萤石矿为原料，所有原料组分之和为100% ;经脱水、烘干、成分调配和混匀后得到含Fe2O3为26 wt%_32.5 wt%、CaF2S 38.5wt%-44.5 wt%、Cr203为 0.5 wt%_4 wt% 的微晶玻璃形核剂。
2.根据权利要求1所述的微晶玻璃形核剂制备方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 低温脱水:将不锈钢酸洗污泥加热脱水，得到不锈钢酸洗污泥干料； 烘干:将赤铁矿和萤石矿加热烘干得到赤铁矿干料和萤石矿干料； 成分调配和混匀:用步骤(I)和(2)中得到的不锈钢酸洗污泥干料、赤铁矿干料和萤石矿干料进行成分调配并混匀，得到微晶玻璃形核剂。
3.根据权利要求1所述的微晶玻璃形核剂制备方法，其特征在于:所用原料为10wt%-80 wt%的不锈钢酸洗污泥、10 wt%-50 ￥七％的赤铁矿和10 wt%-40 wt%萤石矿，所有组分之和为100%。
4.根据权利要求3所述的一种微晶玻璃形核剂制备方法，其特征在于，步骤4)中所得的微晶玻璃形核剂，其特征成分为:含Fe2O3为26 wt%-32.5 wt%、CaF2^ 38.5 wt%_44.5wt%> Cr2O3为 0.5 wt%-4 wt%。
5.根据权利要求1所述的微晶玻璃形核剂制备方法，其特征在于，所述步骤I)中的加热温度是120°C -400°C。
6.根据权利要求1所述的微晶玻璃形核剂制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的加热温度是80°C -160°C。
7.一种微晶玻璃形核剂，采用权利要求1-6之一的方法，其特征在于，所述形核剂包括Fe2O3为 26 wt%-32.5 wt%> CaF 2为 38.5 wt%-44.5 wt%> Cr 203为 0.5 wt%-4 wt%。
8.一种微晶玻璃，其特征在于，所述玻璃的制备含有权利要求7所述的形核剂。
【文档编号】C03C6/10GK104496187SQ201510015212
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月12日 优先权日:2015年1月12日
【发明者】张深根, 杨健, 刘波, 潘德安 申请人:北京科技大学