一种羟基磷灰石微晶玻璃及其制备方法_2

文档序号:9609941阅读:来源:国知局
如化学稳定性、密度、颜色、热膨胀等。
[0018]废水沉降物作为微晶玻璃的原料时,需要经过预先的处理才能使用,预处理方法为:将废水沉降物干燥、煅烧,得预处理废水沉降物。煅烧后废水沉降物的成分组成在上面已经描述。
[0019]进行预处理时,干燥的目的是将沉降物中的多余水分除去,干燥温度和时间本领域技术人员可以根据需要进行选择。在本发明具体实施例中,采用100-120°C的温度进行干燥,时间一般为10-15h。
[0020]进行预处理时,煅烧的目的是为减少烧失,温度优选在900°C。煅烧的时间在
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[0021]本发明微晶玻璃含有羟基磷灰石单一晶相或者羟基磷灰石与其他晶相的混合晶相。本发明微晶玻璃的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照微晶玻璃的组成,从废水沉降物、硅砂、白云石、石灰石、磷酸二氢铵中选择所需的原料;
(2 )将废水沉降物干燥,在900 V下煅烧,得预处理的废水沉降物;
(3)将预处理的废水沉降物与其他原料混合,升温至1450°C,并保温2h,熔制成玻璃液,将玻璃液浇铸成型,在500-66(TC下退火lh,得玻璃样品;
(4)将上述玻璃样品加热到720~820V (核化温度,优选720-750 °C ),保温30mirT300min (优选l_2h),然后继续加热至794~1000°C (晶化温度),保温l~4h,最后随炉冷却,得羟基磷灰石微晶玻璃。
[0022]上述制备方法中,步骤(4)中对原料或玻璃样品进行加热时,升温速率对晶相的形成时间有影响,一般以3-5°C /min的升温速率是合适的,优选以5 °C/min的升温速率进行升温。
[0023]目前,发明人还没有研究出该微晶玻璃中羟基磷灰石晶相形成的反应机理,按照传统的理论基础,羟基磷灰石是在液体环境中比较容易形成的,因此目前公开的无论是否利用废弃物制备羟基磷灰石的技术中都是在液相环境中进行的。而像本发明这样的1450°C的高温环境下,理论上羟基是不可能存在的,但是经过实验研究,结果显示本发明制备方法确实形成了羟基磷灰石晶相,从这一方面来说,本发明技术方案的提出克服了技术偏见。
[0024]本发明提供了一种含有羟基磷灰石晶相的微晶玻璃,其中的羟基磷灰石晶相无需在类似人体体液或外部溶液辅助下形成,在生物、医学、吸附与分离等领域具有良好的应用前景。
[0025]本发明微晶玻璃以FCC催化剂厂废水沉降物为主要原料,成本低,既为该废水沉降物的回收利用提供了一种新的思路,解决了环境污染,变废为宝,又降低了羟基磷灰石微晶玻璃的制备成本,所得到的羟基磷灰石微晶玻璃应用范围广泛,附加值高,便于工业化推广应用,为企业废水沉降物回收利用提供了动力。经换算,废水沉降物在原料中的含量在50%以上,利用率高,且制备过程中废水沉降物的成分全部进入玻璃中,不会产生新的污染,具有很好的经济和环保效益。
[0026]本发明提供的制备方法简单,无需固液分离和洗涤、干燥等过程,能够较为快捷的制备出羟基磷灰石微晶玻璃,且原料来源广泛,主要原料为废水沉降物,成本低,便于工业化推广应用。
【附图说明】
[0027]图1为实施例1样品的XRD图。
[0028]图2为实施例4样品的XRD图。
[0029]图3实施例5样品的XRD图。
[0030]图4为实施例6样品的XRD图。
[0031 ]图5为实施例8样品的XRD图。
[0032]图6为对比例1样品的XRD图。
【具体实施方式】
[0033]下面以废水沉降物、硅砂、白云石、石灰石、磷酸二氢铵作为原料为例,对本发明进行进一步的解释和说明。下述实施例中,微晶玻璃的组分均为重量百分比。
[0034]下述实施例中,所用硅砂、白云石、石灰石、磷酸二氢铵均能在市场中买到,所用废水沉降物来源于FCC催化剂生产厂家的废水絮凝处理后的废渣。
[0035]实施例1
微晶玻璃的组分如下(wt%):Si02 40.71%, A1203 12.67%, CaO 23.21%, Mg07.43%, P2056.95%,剩余组分9.03%。
[0036]上述微晶玻璃的制备方法为:
1、原料以及用量的确定:根据微晶玻璃中氧化铝的含量,确定废水沉降物的用量,然后选择硅砂、白云石、石灰石、磷酸二氢铵等原料补足Si02、Ca0、Mg0、P205的含量。此外,为了便于原料的熔融,还可以加入废水沉降物1%用量的萤石助熔,其他实施例也如此;
2、将废水沉降物在120°C干燥12小时,然后在900°C煅烧2小时,完成对废水沉降物的预处理; 3、将预处理的废水沉降物与其他原料混合均匀,在室温下装入坩埚中,以5 °C/min的升温速率升温至1450 °C,并保温2h,熔制成玻璃液,将玻璃液浇铸成型后,于500 °C下退火lh,得玻璃样品。
[0037]4、将上述玻璃样品以5 °C/min的升温速率加热到720°C,并保温lh,后继续以5°C/min的升温速率加热855°C,保温2h,随炉冷却,得最终微晶玻璃。所得微晶玻璃的XRD图为图1,经XRD分析表明,微晶玻璃中的晶相为羟基磷灰石(Ca5(P04)3(0H))。
[0038]实施例2
按照实施例1的微晶玻璃组成和制备方法制备羟基磷灰石微晶玻璃,不同的是,步骤4的工艺条件不同,具体如下:将预处理的废水沉降物与其他原料混合均匀,在室温下装入坩埚中,以5 T/min的升温速率升温至1450 °C,并保温2h,熔制成玻璃液,将玻璃液浇铸成型后,于550 °C下退火lh,得玻璃样品;将玻璃样品以5 T/min的升温速率加热到750°C,并保温lh,后继续以5 T/min的升温速率加热855°C,保温2h,随炉冷却,得最终微晶玻璃。经XRD分析表明,微晶玻璃中的晶相为羟基磷灰石(Ca5(P04)3(0H))。所得微晶玻璃的XRD图与实施例1微晶玻璃类似。
[0039]实施例3
按照实施例1的微晶玻璃组成和制备方法制备羟基磷灰石微晶玻璃,不同的是,步骤4的工艺条件不同,具体如下:将预处理的废水沉降物与其他原料混合均匀,在室温下装入坩埚中,以5 T/min的升温速率升温至1450 °C,并保温2h,熔制成玻璃液,将玻璃液浇铸成型后,于600 °C下退火lh,得玻璃样品;将玻璃样品以5 °C/min的升温速率加热到720 °C,并保温l_2h,后继续以5 °C/min的升温速率加热805-835 °C,保温lh,随炉冷却,得最终微晶玻璃。经XRD分析表明,微晶玻璃析出的晶相为羟基磷灰石(Ca5(P04)3(0H))。所得微晶玻璃的XRD图与实施例1微晶玻璃类似。
[0040]实施例4
按照实施例1的微晶玻璃组成和制备方法制备羟基磷灰石微晶玻璃,不同的是,步骤4的工艺条件不同,具体如下:将预处理的废水沉降物与其他原料混合均匀,在室温下装入坩埚中,以5 T/min的升温速率升温至1450 °C,并保温2h,熔制成玻璃液,将玻璃液浇铸成型后,于660 °C下退火lh,得玻璃样品;将玻璃样品以5 T/min的升温速率加热到720°C,并保温lh,后继续以5 T/min的升温速率加热975 °C,保温2h,随炉冷却,得最终微晶玻璃。所得微晶玻璃的XRD图为图2,经XRD分析表明,微晶玻璃析出的主晶相为羟基磷灰石(Ca5 (P04) 3 (OH))及少量钙铝黄长石。
[0041]实施例5
微晶玻璃的组分如下(wt%):Si02 41.68%, A1203 12.97%, CaO 23.76%, MgO 7.61%, P205
4.75%,剩余组分9.23%。
[0042]上述微晶玻璃的制备方法为:
1、原料以及用量的确定:根据微晶玻璃中氧化铝的含量,确定废水沉降物的用量,然后选择硅砂、白云石、石灰石、磷酸二氢铵等原料补足Si02、Ca0、Mg0、P205的含量;
2、将废水沉降物在120°C干燥12小时,然后在900°C煅烧4小时,完成对废水沉降物的预处理;
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