一種硅渣微晶玻璃及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種硅渣微晶玻璃及其制備方法，以冶硅廢渣為主要原料，以硅石或石英砂（SiO2）、螢石（CaF2）、石灰石或方解石（CaCO3）、工業純堿（Na2CO3）、氧化鋅（ZnO）、碳酸鉀（K2CO3）為輔助原料，其中冶硅廢渣在微晶玻璃原材料中摻量是26.0-75.0wt.%。具體制備方法：冷態硅渣與其它輔助原料在混料機中混合均勻得到基礎配合料，經熔窯熔化成合格的玻璃液，然后，玻璃液通過壓延、澆注或水淬形成基礎玻璃板或粒料；最后，基礎玻璃板經晶化熱處理，得到微晶玻璃。該種微晶玻璃的密度2.5-2.8g/cm3，抗折強度30.0-103.5MPa，抗壓強度70.0-903.0MPa，莫氏硬度5-8，耐磨性0.063-0.15g/cm2，可廣泛應用于化工、冶金、建筑裝飾、石油、礦山、機械等領域。

Silicon slag microcrystal glass and preparation method thereof

The invention relates to a silicon slag glass ceramics and preparation method thereof, in metallurgical silicon slag as the main material, with silica or quartz sand (SiO2), fluorite, limestone or calcite (CaF2) (CaCO3), Zinc Oxide (Na2CO3), sodium carbonate (ZnO) and potassium carbonate (K2CO3) as the assistant material, including metallurgical silicon slag in the glass ceramics raw material dosage is 26.0-75.0wt.%. The specific preparation method: cold slag and other auxiliary materials are mixed uniformly to obtain basic mix in a blender, by melting into glass liquid, then the liquid glass by qualified, rolling, casting or water quenching to form the basis of a glass plate or pellets; finally, the base glass plate by crystallization heat treatment. Get the glass ceramics. The density of 2.5-2.8g/cm3 glass ceramics, the flexural strength of 30.0-103.5MPa, the compressive strength of 70.0-903.0MPa, hardness and wear resistance of 0.063-0.15g/cm2, 5-8, can be widely used in the field of chemical industry, metallurgy, building decoration, petroleum, mining and machinery.

【技術實現步驟摘要】
一種硅渣微晶玻璃及其制備方法
本專利技術涉及一種微晶玻璃及其制備方法，尤指一種工業硅冶煉精煉過程中產生的硅渣制備的微晶玻璃及制備方法，目的在于資源化綜合利用工業固體廢渣，同時提供一種物理力學性能好、化學穩定性強、加工性能優良，可以代替天然石材、陶瓷磚等裝飾材料或部分工程材料的高強耐磨工程微晶玻璃。
技術介紹
在冶金法生產多晶硅的過程中，造渣氧化精煉具有工藝簡單、成本低、污染小等諸多優點。造渣氧化精煉工藝是在冶金級硅中加入熔點高于冶金級硅的精煉渣，并在硅和渣的熔點溫度之間進行氧化精煉。通常當渣金比η=3時，渣劑除雜的效果最好。在除雜后會產生三倍于硅產量的廢渣，冶硅廢渣的產率較高。2011年全國冶硅廢渣產量達到27313噸，同比2010年14856噸增長84%，2008～2011年我國冶硅廢渣產量翻了兩番。2012年冶硅廢渣產量為19939噸，預計2013年廢渣產量將增長6.9%。微晶玻璃材料擁有多種優良性能，如機械強度高、耐磨耐腐蝕、抗氧化性好、電學性能優良、膨脹系數可調、熱穩定性好等，不僅適于替代傳統材料以獲得改善的工作條件和更大的經濟效益，而且開辟了一個全新的材料領域以滿足更高的技術要求，從而在機械、電子電力、建筑、生物醫學等領域獲得了廣泛的應用。廢渣微晶玻璃以其廉價的制備成本和優良的理化性能而具有顯著的社會效益和經濟效益。在國家制定的相關政策中，廢渣微晶玻璃被列為國家資源綜合利用行動的發展重點和環境治理的重點，被稱為新型的與環境協調的材料，它有著廣泛的應用前景。（1）冶硅廢渣微晶玻璃作為新型建筑材料的應用前景與傳統的天然石材相比，廢渣微晶玻璃強度高、化學穩定性好、可以生成綠、灰、紅、藍、黑等多種顏色的建筑板材，還可根據需要生產多種混合色和多種規格的異型微晶玻璃建材，可廣泛用作高檔建筑裝飾材料，這也是當前廢渣微晶玻璃的主要應用。目前，微晶玻璃是世界各國飛機場、銀行、地鐵、賓館酒樓、別墅及個人居室等場所首選的理想裝飾材料。此外，天然石材由于含有微量有害人體健康的放射性元素，在提倡綠色建材的今天，以廢渣微晶玻璃代替天然石材必將是大勢所趨。（2）冶硅廢渣微晶玻璃在化學工業上的應用前景廢渣微晶玻璃的耐磨耐腐蝕性能優異，可用于制造輸送腐蝕性液體的管道、閥門、泵等，還可用作反應器、電解池及攪拌器內襯。利用微晶玻璃耐化學腐蝕性好的特點將微晶玻璃用于化學工業及食品加工工業的大型金屬器皿內襯。搪玻璃襯里曾被使用過多年，但細晶微晶玻璃襯里更加優越。襯里的高強度連同它的優越的耐溫度急變性使它可接受的操作條件得以拓展。（3）冶硅廢渣微晶玻璃在機械工業上的應用前景廢渣微晶玻璃的機械強度高，硬度高，耐磨性能好。此外，廢渣微晶玻璃能獲得極其光滑的表面，適用于制作軸承、球磨機內襯以及研磨體等要求摩擦系數低的零部件產品。利用其高強度和優良的耐磨性，還可以取代鋼等金屬材料制造輸送塊狀、粉狀固體物料的料槽、料斗、管道內襯，儲存物料的料庫面板，球磨機內襯和研磨體，以及在強烈磨損條件下或腐蝕性介質中工作的機械零部件等。目前，冶硅廢渣只有少量用于制作保溫板、硅酸鹽氈等低附加值的產品，有的甚至自然堆存，占用土地、污染環境。利用冶硅廢渣為主要原料制備高性能特種微晶玻璃，既可以大量消納冶硅廢渣、減輕其對土地和環境的污染，又可以生產低成本的高附加值產品，具有顯著的經濟、環境和社會效益。
技術實現思路
針對目前存在的問題，本專利技術摒棄了以冶硅廢渣為主要原料制備低附加值產品的綜合利用形式，而生產高附加值的高強耐磨工程微晶玻璃，研制了新型SiO2-CaO-Na2O-K2O-ZnO-Al2O3-F、Na2O-CaO-SiO2-Al2O3-ZnO、SiO2-CaO-ZnO-Al2O3-Na2O-BaO-K2O基礎玻璃體系，通過調控熔化、成型及晶化工藝參數，生產以槍晶石、硅灰石、氟堿鈣硅石等為主要晶相的微晶玻璃，微晶玻璃中的晶相含量最高可達到95%，晶粒尺寸最小可達到小于100nm，同時使冶硅廢渣中的微量成分Fe2O3、Al2O3等在調控微晶玻璃組織結構、優化物理力學性能和化學穩定性方面起到關鍵的作用。另外，本專利技術不僅提供一種資源化利用冷態冶硅廢渣生產微晶玻璃的工藝，還結合冶硅廢渣的實際排放過程，提供一種直接利用高溫熔融態冶硅廢渣生產微晶玻璃的工藝。本專利技術的目的是大宗量、資源化及高值化綜合利用冶硅廢渣，通過節能減排、清潔的生產工藝，制備出強度高、韌性好、耐磨損、抗腐蝕、對人體無放射性危害的微晶玻璃。該種工程微晶玻璃可具有不同的顏色，且可根據實際需要加工成不同的形狀和造型。利用本專利技術技術綜合利用冶硅廢渣并制造工程微晶玻璃工藝簡單、成本低廉，具有極高的社會效益和經濟效益。為了達到上述目的，本專利技術通過以下具體的方案來實現：（1）配料：將冷態硅渣和各種礦物輔料粉碎，然后過20目篩，按照成分配比精確稱量占原材料總重量26.0-75.0wt％的硅渣，占原材料總重量23.0-69.0wt％的輔助原料，占原材料總重量0.5-5.0wt％的助熔澄清劑。其中輔助原料為石英砂或硅石（SiO2）、石灰石或方解石（CaCO3）、純堿（Na2CO3）、螢石（CaF2）、氧化鋅（ZnO）、氧化鋁（Al2O3）、碳酸鋇（BaCO3）、碳酸鉀（K2CO3）、氧化鎂（MgO）、硝酸鈉（NaNO3）中的三種或三種以上或全部，它們之間的重量比是0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0-2:0-7；助熔澄清劑為CeO2、Na2O、Al2O3、SiO2、CaO、Li2O、NH4NO3、NaNO3和Na2SO4中的一種或一種以上或全部，它們之間的重量比是0-5：0-28:0-6:0-10:0-11:0-4:1-5:0-7：0-13。將冷態冶硅廢渣、輔助原料及助熔澄清劑投入混料機或攪拌器充分混合，另外加入原材料總重量1.0-6.0%的水，攪拌5.0-15.0min混合均勻，形成基礎玻璃配合料?；蛘咴诔鰻t的高溫熱態硅渣中按照成分配比加入輔助原材料和助熔澄清劑，形成高溫配合料；（2）熔化：基礎玻璃配合料由輸送帶或單元料罐送入熔窯中，熔化溫度控制在1400-1560℃范圍內，優選1470-1520℃范圍內，配合料熔化1.0-10.0h，優選2.0-8.0h，均化、澄清制成合格的玻璃液；或者將由高溫熱態渣形成的高溫配合料升溫至1400-1560℃，熔化1.0-5.0h，均化、澄清后形成合格的玻璃液；（3）成型：澄清的玻璃液經流液洞進入熔窯工作部，溫度降至1100-1200℃，玻璃液通過對輥壓延機壓制成形玻璃板；或澄清的玻璃液經流液洞進入熔窯工作部，溫度降至1250-1350℃，玻璃液澆注到經預熱的模具中成型，得到基礎玻璃塊；或澄清的玻璃液經流液洞進入熔窯工作部，溫度降至1300-1350℃，經過流料口進入循環水槽中，水淬成不同粒徑的基礎玻璃粒料，干燥、分級后待裝模使用；或澄清的玻璃液經流液洞進入熔窯工作部，溫度降至1100-1200℃，玻璃液通過對輥壓延機壓制成形玻璃板，然后將基礎玻璃板破碎成尺寸大小不同的玻璃碎塊料；（4）晶化：成形的玻璃板（或塊）進入晶化窯，首先進入基礎玻璃板退火溫區，在該溫區內400-650℃退火2.0-7.0h,然后進入晶化溫區，在該溫區內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅渣微晶玻璃，其特征在于：所述微晶玻璃由冶硅廢渣、輔助原料及助熔澄清劑制備而成，其中冶硅廢渣占原材料總重量的26.0?75.0wt％，輔助原料占原材料總重量的23.0?69.0wt％，助熔澄清劑占總重量的0.5?5.0wt％。

【技術特征摘要】
1.一種硅渣微晶玻璃，其特征在于：所述硅渣微晶玻璃是SiO2-CaO-Na2O-K2O-ZnO-Al2O3-F、Na2O-CaO-SiO2-Al2O3-ZnO、SiO2-CaO-ZnO-Al2O3-Na2O-BaO-K2O基礎玻璃體系，通過調控熔化、成型及晶化工藝參數，生產以槍晶石、硅灰石、氟堿鈣硅石為主要晶相的微晶玻璃，微晶玻璃中的晶相含量最高可達到95％，晶粒尺寸最小可達到小于100nm，同時使冶硅廢渣中的微量成分Fe2O3、Al2O3在調控微晶玻璃組織結構、優化物理力學性能和化學穩定性方面起到關鍵的作用；所述微晶玻璃由冶硅廢渣、輔助原料及助熔澄清劑制備而成，其中冶硅廢渣占原材料總重量的26.0-75.0wt％，輔助原料占原材料總重量的23.0-69.0wt％，助熔澄清劑占總重量的0.5-5.0wt％；所述冶硅廢渣主要成分是由SiO2、CaO、CaF2、Na2O、Al2O3、MgO、Li2O、K2O、BaO、Fe2O3組成，其中它們之間的重量比是20-50:0-60:0-40:0-10:0-30:0-10:0-17:0-23:0-5:0-3；所述助熔澄清劑為CeO2、Na2O、Al2O3、SiO2、CaO、Li2O、NH4NO3、NaNO3和Na2SO4中的一種以上，它們之間的重量比是0-5：0-28:0-6:0-10:0-11:0-4:1-5:0-7:0-13；所述輔助原料為石英砂或硅石、石灰石或方解石、純堿、螢石、氧化鋅、氧化鋁、碳酸鋇、碳酸鉀、氧化鎂、硝酸鈉中的三種以上，它們之間的重量比是0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0-2:0-7。2.根據權利要求1所述的硅渣微晶玻璃，其特征在于：所述硅渣微晶玻璃能夠制作成不同顏色和規格的建筑裝飾板材，化工冶金行業耐酸堿腐蝕容器的內襯，礦山行業的耐磨襯板制品。3.根據權利要求1所述的硅渣微晶玻璃，其特征在于：所述硅渣微晶玻璃中的次晶相由鈣鋁黃長石、鈣鎂黃長石、堿鈣硅石、鎂橄欖石、透輝石、莫來石、白榴石、石英中的一種以上組成。4.根據權利要求1所述的硅渣微晶玻璃，其特征在于：硅渣微晶玻璃的密度最高能夠達到2.8g/cm3，抗折強度最大能夠達到103.5MPa，抗壓強度最大能夠達到903.0MPa，莫氏硬度最高能夠達到8級，耐磨性最小能夠達到0.063g/cm2。5.根據權利要求1所述的硅渣微晶玻璃，其特征在于：輔助原料采用天然礦物原料和化工原料，或采用含有微晶玻璃成分的某些尾礦或廢渣替代部分天然礦物原料和化工原料。6.一種硅渣微晶玻璃的制備方法，其特征在于：首先，按照權利要求1所述的原料和配比，將冶硅廢渣和輔助原料及助熔澄清劑混合均勻，形成基礎配合料，然后投入熔窯，熔化澄清后形成合格的玻璃液，玻璃液經過壓延或者澆注或者水淬，制成基礎玻璃板或基礎玻璃塊或基礎玻璃粒料，基礎玻璃板或基...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹建尉，王志，趙慶朝，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：