本发明专利技术公开了一种以赤泥为主要原料的高性能铝硅酸盐玻璃及其制备方法，本发明专利技术领域属于废弃物处理及无机非金属材料的交叉领域。赤泥是一种工业生产Al2O3所得到的废弃物，产生水质污染、土地碱化、大量占用土地等诸多危害，本发明专利技术通过工业原料中添加赤泥，不但能够有效利用赤泥，减少对人类生产生活的危害，而且能够通过赤泥里的Fe2O3、Na2O、K2O等成分优势，提高铝硅酸盐玻璃的性能，尤其是化学稳定性明显优于常用的E玻璃、AR玻璃等。该种铝硅酸盐玻璃由以下质量百分比的原料制成：拜耳法赤泥14.2-27.4%，白云石11.9-17.5%，叶腊石26.3-47.6%，石英粉23.8-26.3%，萤石2-2.5%。本发明专利技术原料除赤泥外，其它原料均采用工业级，因此能够更好地应用到工业生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，充分利用到工业废弃物赤泥，属于材料
该铝硅酸盐玻璃的高性能，尤其是耐高温，耐化学腐蚀性、密度低等多种性能，可以用作建筑、复合材料、玻璃纤维等领域。
技术介绍
赤泥是工业生产氧化铝时产生的废渣，拜耳法赤泥是因为生产氧化铝利用拜耳法，所以该赤泥名为拜耳法赤泥。我国作为氧化铝生产大国，每年要排放大量赤泥，全部露天存放，占据大量的耕地和农田，尘土飞扬，而且赤泥中的碱溶液渗入地下会造成土地碱化和水质的污染，因此，越来越多的赤泥污染和堆放问题给环境和土地造成了巨大的破坏和浪费。关于赤泥的利用国内外已经做过一些研究，国内主要作为矿物原料的整体利用和提取有价值的金属元素，近些年来也出现制造微晶玻璃等特殊材料的研究，但赤泥中含有元素的成分优势如Si02、Al203、Fe203、Na20、K20、Ca0等，都可以成为制造玻璃材料的原料，而且会生产制造出高性能玻璃，对赤泥的利用又增加了一种途径，因此，将赤泥制备高性能铝硅酸盐玻璃既有效解决了环境污染，又能降低企业成本，提高产品性能。铝硅酸盐系统玻璃具有良好的耐腐蚀性、化学稳定性，也具有较好的热稳定性，在铝硅酸盐系统的基础上，依据赤泥里Fe2O3, T12等成分能够提高铝硅酸盐系统玻璃的熔融温度，因此该铝硅酸盐系统玻璃具有耐高温的性能;Fe离子具有二价和三价两种基本价态，而三价Fe离子在离子半径及结构上与Zr离子相似，因此对于提高铝硅酸盐玻璃的耐碱性有一定帮助，但这些成分很大程度上会促进玻璃的析晶，尤其是T12是生产微晶玻璃的一种形核剂。所以既要利用Fe203、Ti02等成分提高铝硅酸盐玻璃的耐高温性能及综合性能，又要防止玻璃的析晶，成为本专利技术的主要研究点。相对于市场上比较成熟的玻璃纤维用玻璃，如E玻璃纤维、AR玻璃纤维等，因其含有B2O3等成分，导致其耐水性、耐酸性较差成为实际应用中的诟病。该铝硅酸盐玻璃利用赤泥里Na20、K20等碱金属元素的优势，在铝硅酸盐玻璃腐蚀过程中产生混合碱效应，使玻璃的耐水和耐酸性得到提高。因此，该铝硅酸盐玻璃对实际生产提高铝硅酸盐玻璃纤维的耐水及耐酸性能提供基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用预处理的拜耳法赤泥为主要原料，与叶腊石、白云石、石英粉、萤石等工业原料按照成分合理的配比，制备出高性能铝硅酸盐玻璃，即实现了固体废弃物赤泥的利用，又提高铝硅酸盐玻璃的性能。需要指明的是，这里提出的高性能不是指铝硅酸盐玻璃的所有性能，而是指铝硅酸盐玻璃某些方面的性能，如耐高温、耐腐蚀、化学稳定性等。本专利技术的技术方案是:一种以赤泥为主要原料的铝硅酸盐玻璃，其成分特征，是由以下质量百分比的原料组成:预处理后拜耳法赤泥14.2-27.4%，白云石11.9-17.5%，叶腊石26.3-47.6%，石英粉23.8-26.3%，萤石2_2.01%。预处理后的拜耳法赤泥的成分质量百分比如下:S12 12-12.6%，Al2O3 21.9-22.3%，Fe2O3 35.5-36.5%，Na2Ol0.4- 11.6%,CaOl.8- 2.1%, T12 6.4- 6.6%,其它1.5-1.7%，烧失量6-6.6%。其中所含的Si02、Al203、Ca0、Na20等组分都是铝硅酸盐玻璃的组成成分，这些组分为赤泥用作制备铝硅酸盐玻璃的原料提供了可能。对于赤泥中各组分对该铝硅酸盐玻璃的作用，Si02是作为玻璃形成体，能够提高玻璃的化学稳定性、热稳定性等，但S12含量过高会导致熔融温度过高，会增加对玻璃实际生产的难度，所以通过加入适量的石英粉来合理控制S12的成分区间，通过大量研究发现，S12超过64.6%会使熔制产生困难，而低于57.1%会使玻璃的聚合度大大下降，从而会降低玻璃的性能，则选择57.1%-64.6%为S12含量区间C3Al2O3作为玻璃形成的中间体，能够降低玻璃的析晶性能，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，但含量过多会导致黏度增加，会导致玻璃熔制的困难，通过添加叶腊石来控制Al2O3含量，使其含量区间控制在10.8%-11%，满足该铝硅酸盐玻璃的生产和性能需求。由于赤泥中含有Fe氧化物，通常以FeO和Fe2O3的形式存在，而FeO是以玻璃网络外体作用于玻璃骨架，Fe2O3主要是以网络形成体的形式存在，连接玻璃网络，使玻璃网络更致密。根据大量研究得到，拜耳法赤泥中Fe大部分是以Fe2O3存在，Fe3+的离子半径和结构又与Zr4+相似，所以会增强碱对玻璃网络的耐腐蚀;而FeO作为网络外体，会在实际的玻璃生产中起到助熔的作用，对玻璃的熔制起到便利的作用。但当Fe2O3达到一定含量导致铝硅酸盐玻璃的析晶，会析出一种磁铁矿石的晶体，通过研究发现，玻璃熔制配料里加入萤石，其中的CaF2成分会与Fe2O3反应生成FeF3气体溢出，大大降低铝硅酸盐玻璃的析晶。本专利技术中引入的MgO主要是加入其他工业原料引入的。理论上讲，玻璃中低于3.5%左右的MgO能够代替部分CaO，而适量CaO能够提高玻璃的化学稳定性、是玻璃的料性变短，提高玻璃的成型速度，但CaO含量过高会导致玻璃的析晶倾向增大，通过控制白云石的添加，使CaO+MgO的含量控制在13%-13.4%满足制备该铝硅酸盐玻璃的条件。主要由赤泥引入的碱金属氧化物Na20、K20是玻璃熔制时良好的助熔剂，会降低铝硅酸盐玻璃的生产要求，大大降低成本，而且Na2O与K2O的混合碱效应会很大程度地增加玻璃的耐水性和耐酸性，但过高含量的Na20+K20会降低玻璃的热稳定性，所以其含量区间控制在2.3-2.5%能够形成性能较好的铝硅酸盐玻璃。此外，赤泥引入的其它组分包含Cu等元素很少，对玻璃制备与性能影响较小，则不做重点考虑。本专利技术所得的铝硅酸玻璃含有以下质量百分比的成分:S12 57.1-64.6%, Al2O310.8-11%, Fe0+Fe203 5.1-11.6%, CaO 9.2-9.4%, Na20+K20 2.3-2.5%, T12 1.5-1.7%,MgO 3.8-4%, CaF2 2-2.01%,其它0.2-0.9%。本专利技术一种以赤泥为主要原料高性能铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤: (1)预处理拜耳法赤泥，其方法如下:将拜耳法赤泥放入110°C烘箱中放置24h，消除赤泥里的水分，烘干后的赤泥粉末过200目筛； (2)玻璃样品的制备:将预处理后的赤泥粉末，与叶腊石、白云石、石英粉、萤石按配比混合均匀； (3)将(2)中混合均匀的原料在1500°C熔制6-7h，然后将玻璃液倒铸在模具中成型，成型后的玻璃在400-500°C保温2h，以消除玻璃内部的残余应力，冷却至室温后，得到该铝硅酸盐玻璃。铝硅酸盐玻璃性能的测试:玻璃的化学稳定性测试是使用粉末法测试。玻璃的耐水性测试使用直径是100-200目之间的玻璃粉末，在96°C去离子水中连续水浴加热15小时，测量并比较质量损失。耐酸和耐碱性测试是使用直径是100-200目之间的玻璃粉末，玻璃粉末放入离心管，使用浓度0.lmol/L的HCl溶液或lmol/L NaOH溶液浸泡，后使用96°C水浴加热，加热5小时后使用去离子水清洗，离心后放入110°C烘箱烘至12-16小时，当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高性能铝硅酸盐玻璃，其特征是由以下质量百分比的原料组成：拜耳法赤泥14.2‑27.4%，白云石11.9‑17.5%，叶腊石26.3‑47.6%，石英粉23.8‑26.3%，萤石2‑2.5%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：岳云龙，常紫圆，屈雅，吴丰年，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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