一种利用脱硫粉煤灰制备微晶玻璃的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微晶玻璃制备技术领域，特别涉及一种利用脱硫粉煤灰制备微晶玻璃 的方法。
【背景技术】
[0002] 微晶玻璃，又称玻璃陶瓷，是综合玻璃和陶瓷技术发展起来的一种新型材料，是微 晶体和玻璃相均匀分布的材料，其理化性能集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，如机 械强度高、耐腐蚀、耐热、耐磨、抗氧化性能好、电性能优良、膨胀系数可调、热稳定性好等， 且比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构 材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料，微波炉耐热系列器皿，化工与 防腐材料和矿山耐磨材料等等，是具有发展前途的21世纪的新型材料。因而广泛用于电 子、化工、军事、航天、核工业和建筑等领域。因微晶玻璃可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉 煤灰、煤矸石等作为主要生产原料，且生产过过程中无污染，产品本身无放射性污染，故又 被称为环保产品或绿色材料。
[0003]目前，利用矿渣制造微晶玻璃在国内已有大量研究。如重庆市硅酸盐研究所申请 号为89105864. 8的中国专利，用含钛的炉渣制微晶制品；重庆建筑工程学院专利号为ZL 90106159.X的中国专利，利用废铬渣制造出微晶玻璃建筑饰面板；武汉理工大学申请号为 200610019268. 5的中国专利，利用黄磷炉渣、钽铌尾矿制造除了微晶玻璃制品。但是目前对 脱硫粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃的研究、投产未见报道。由于随着环境治理方面的加 强电厂等企业将排放大量的脱硫粉煤灰，露天堆放，既占用了土地，还容易造成粉尘污染、 污染水源和危害环境。
[0004] 因此，有必要对脱硫粉煤灰进行再利用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了对脱硫粉煤灰进行再利用，提供了一种利用脱硫粉煤灰制备 微晶玻璃的方法。该方法以粉煤灰为主要原料，以氧化镁、碳酸钠、氧化锌等化学纯试剂为 辅料制备微晶玻璃。与传统制备的微晶玻璃相比，本发明生产的微晶玻璃表面光洁度好、机 械强度高、硬度大、具有良好的热震性、耐腐蚀性和耐磨性。
[0006] -种利用脱硫粉煤灰制备微晶玻璃的方法，包括如下步骤：
[0007] 1)配料
[0008] 将原料按如下质量百分含量配料，总含量为100% :粉煤灰35% -40%， SiO2IO% -15 %,CaC0320 % -30 %,MgO0-5%,Na2C035-10%,ZnO0-5%,H3B03〇-5%, CaF20-5%,Li2O0-5% ；
[0009] 其中，脱硫粉煤灰中各组分的质量百分含量为：Si0245-60 %，Al20325-35 %， Fe2035-10%，CaO0-8%，Ti020-5%，K2O0-5%，MgO0-5,Na2O0-5%，其他 0-5% ;并且， Si02、CaC03、MgO、Na2C03、ZnO、H3B03、CaF2、Li2O的纯度为化学纯；
[0010] 2)球磨混合
[0011] 将按上述比例配好的原料球磨2~3h，磨成细度为0. 03~0. 05mm、混合均勾的细 粉；
[0012] 3)原料预热
[0013] 将原料细粉以8~13°C/min的升温速率从室温加热至1000~1300°C;
[0014] 4)熔融
[0015] 将预热后的原料加热至1440~1480°C，升温速率为5~10°C/min，保温1~2h， 得到均匀无气泡的物料熔体；
[0016] 5)铸型
[0017] 将钢模预热至400~600°C后将熔体倒入钢模中，然后将钢模移到温度为400~ 600°C的加热炉中，随炉冷却成型，得到基础玻璃；
[0018] 6)差热分析
[0019] 对基础玻璃进行差热分析，根据差热曲线确定物料确切的核化、晶化温度；
[0020] 7)核化
[0021] 将冷却后的基础玻璃升温至500~800°C进行核化，使基础玻璃中产生能够生成 结晶的晶核，升温速率为5~KTC/min，核化保温时间2~4h，得到核化物料；
[0022] 8)晶化
[0023] 再将核化物料升温至700~1000°C进行晶化，使基础玻璃中生成结晶，升温速率 为5~10°C/min，晶化保温时间3~5h，然后随炉冷却得到微晶玻璃。
[0024] 通过上述方法制备的微晶玻璃主晶相为钙铝黄长（Ca2Al2SiO7)和钙长石 (CaAl2Si2O8)〇
[0025] 将上述方法制得的微晶玻璃经过切割、研磨和磨抛光后成为可以供各领域使用的 微晶玻璃成品。
[0026] 经检测，上述方法制备的微晶玻璃具有良好的机械性能和化学稳定性，其抗压强 度平均达到145MPa以上，硬度达到500HV以上；而且各项物理性能也表现良好，密度为 2. 01~2. 82g/cm3,吸水率为0? 21~0? 37%，耐酸性为0? 86~L31%。
[0027] 与现有技术相比，本发明的优势在于：
[0028] 1、本发明的方法简单，易操作。
[0029] 2、本发明中脱硫粉煤灰原料使用量可达到50%左右，充分利用了工业废弃物，并 且有效的降低了原料费用。
[0030] 3、本发明中的原料Si02、CaC03、MgO、Na2C03、ZnO、H3B03、CaF2、Li2O的纯度为化学 纯，其目的在于：可以准确控制原料用量，合理控制微晶玻璃的成分，从而得到性能优良的 产品。
[0031] 4、本发明生产的微晶玻璃平面度好、机械强度高、硬度大、具有良好的抗热性、抗 弯曲强度、耐腐蚀性和耐磨性，产品可制成各类管材、板材，可广泛应用于建筑上的耐磨耐 腐蚀材料、建筑装饰材料、实验室用加热器具、高温热交换器、代石英玻璃、高温窗等。
【附图说明】
[0032]图1、本发明工艺流程示意图。
[0033] 图2、本发明实施例1、2和3微晶玻璃的X射线衍射图谱，图中?为钙铝黄长石 (Ca2Al2SiO7)，★为霞石（NaAlSiO4)，鲁为钙长石（CaAl2Si2O8)。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合具体的【具体实施方式】对本发明的内容作进一步说明和补充。
[0035] 本发明采用的实验仪器见表1。
[0036] 表1、实验仪器统计表
[0037]
[0039] 下述所用粉煤灰的组分和含量为：Si0252 . 03 %，Al20330. 15 %，Fe2037.29 %， CaO4. 38%，TiO2L60%，K2OI. 56%，MgO0? 52%，Na2O0? 32%，其他 2. 15%。本发明的 粉煤灰的组分和含量不限于该固定含量，质量百分含量为：Si0245-60%，Al20325-35 %， 卩62035-10%，〇&0 0-8%，11020-5%，1(20 0-5%，]\%0 0-5，似20 0-5%，其他0-5%的粉煤灰 均可实现本发明。
[0040] 其他原料均为市购，纯度为化学纯。
[0041] 实施例中采用的性能测试方法：
[0042] 1、差热分析及：在HCT-2型差热分析仪上进行差热分析，确定核化和晶化温度。
[0043] 2、晶相分析：用DX-2500XX-Ray衍射仪进行XRD分析，确定微晶玻璃的主晶相。
[0044] 3、抗折强度测试：采用WDW3100型微控电子万能试验机利用三点弯曲法测定样品 的抗折强度。
[0045] 4、显微硬度测定：用HXD-1000数字显微硬度测试仪测定样品的硬度，每个样品测 三个点，用平均值表示其显微硬度。共测三个样品，最后计算三个样品的显微硬度的平均 值。
[0046] 实施例1
[0047] 各原料质量百分含量组成为：
[0048]
[0049] 1)配料：按上述原料配料表进行配料；
[0050] 2)球磨混合：将粉煤灰和其它原料加入到型号为QM-3SP2的行星式振动球磨机球 磨混合3h，球磨成细度为0. 03mm、混合均匀的细粉；
[0051] 3)原料预热：在加热炉内将原料从室温升至1000°C，升温速率为8°C/min;
[0052] 4)熔融：将预热后的物料加热至熔融温度1440°C，升温速率为5°C/min，保温lh， 得到均匀无气泡的物料熔体；
[0053] 5)铸型：将钢模放入加热炉预热至400°C，再将均匀无气泡的熔体倒入钢模中，然 后将其移到400°C加热炉中，随炉温自然冷却成型，得到基础玻璃；
[0054] 6)差热分析：对基础玻璃进行差热分析，根据差热曲线测出该物料的核化温度为 500°C、晶化温度为700°C;
[0055] 7)核化：将冷却的基础玻璃在500°C进行核化，升温速率为5°C/min，保温2h，形 成核化物料；
[0056] 8)晶化：再将核化物料升温至700°C进行晶化，升温速率为5°C/min，保温3h，然 后随炉温自然冷却成微晶玻璃。
[0057] 测试结果：
[0058] 1、样品外观质量：将制得的微晶玻璃经过切割、研磨和磨抛光后成为成品，颜色为 深灰黑色，表面致密，无气孔等缺陷，抛光后表面光亮。
[0059] 2、样品的主晶相丐错黄长石（Ca2Al2SiO7)和f丐长石（CaAl2Si2O8)，如图2所不。
[0060] 3、机械性能：平均抗折强度148. 6MPa，平均显微硬度547. 6HV。
[0061] 4、物理性能：密度为2.81 g/cm3,吸水率为0.21%，耐酸性为1.01%。
[0062] 对比例1
[0063] 本对比例采用粉煤灰和普通废玻璃粉末（球磨后粒度在0. 7mm)为原料，粉煤灰与 废玻璃粉末的质量比为39. I :60. 9,制备方法同实施例1;核化温度为530°C、晶化温度为 670。。。
[0064] 玻璃粉末各成分的质量百分含量组成为：
[0065]
[0066] 测试结果：
[0067] 1、样品外观质量：将制得的经过切割、研磨和磨抛光后成为成品，与实施例1的 微晶玻璃相比外观的光泽度很差，结晶情况成颗粒状分布，彼此之间排列不紧密，有些许气 孔。
[0068]2、样品的主晶相：镁黄长石（Ca2MgSi2O7)，而镁黄长石在密度以及结构强度上是不 及I丐错黄长石（Ca2Al2SiO7)和|丐长石（CaAl2Si2O8)。
[0069] 3、机械性能：平均抗折强度121. 6MPa，平均显微硬度450. 3HV，较实施例1得到的 微晶玻璃的机械性能差。
[0070] 4、物理性能：密度为2. 79g/cm3,吸水率为0? 23%，耐酸性为L03%。
[0071] 由对比例可以看出，本发明中的原料Si02、CaC03、Mg0、Na2C03、Zn0、H3B03、CaF2、Li2O