一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法。按重量百分比计，基础玻璃成分包括：煤矸石：50～70％、硅砂：8～25％、纯碱：8～15％、方解石：3～8％、氟化钙：5～10％；换算成氧化物为：SiO2：50～60％、CaO：10～20％、Na2O：5～10％、Al2O3：20～25％、F：2～5％、MgO：0～5％、K2O：1～5％、Fe2O3：1～5％、TiO2：0～5％。本发明专利技术设计的煤矸石高铝微晶玻璃体系，对煤矸石固废的包容性好，消纳性强，力学性能优异；通过优化设计玻璃基础组分与微晶玻璃热处理制度，可以实现煤矸石固废的大掺量高值化利用；本发明专利技术的制备方法配料简便、生产工艺简单。单。单。

【技术实现步骤摘要】
一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微晶玻璃材料
，尤其是涉及一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]微晶玻璃是指加有晶核剂(或不加晶核剂)的特定组成的基础玻璃，在一定温度制度下进行晶化热处理，在玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。通过控制微晶的种类数量、尺寸大小等，可以获得不同物化性能的微晶玻璃材料。微晶玻璃集合了陶瓷与玻璃的特点，是一类独特的新型材料。微晶玻璃不仅拥有玻璃的软化温度高、电绝缘性能好、化学稳定性等基本优点，又拥有陶瓷的耐磨性好、硬度大、机械强度大、热稳定性好、膨胀系数可调等优点。因而作为结构材料、技术材料、光学和电学材料、建筑材料、装饰材料等广泛应用于电子、化工、生物医学、机械工程、军事、建筑及生活各个领域，具有广泛应用前景。
[0003]高铝硅酸盐玻璃是一种铝含量和碱含量都很高的玻璃，一般由SiO2和Al2O3作为主要原料，Al2O3含量通常达到18wt％以上。高铝玻璃具有强度大、硬度高、耐磨损、韧性强、化学稳定性好等特点，因其优异的力学性能，在汽车、高铁、航空航天、风电、电子显示等领域具有良好的应有前景。
[0004]煤矸石作为煤炭生产过程中被分离出来的低品位固体废弃物在逐年累积，是我国排放量最大的工业固废之一。目前，煤矸石以粗加工利用为主、附加值较低、综合利用率低，急需开发高附加值煤矸石资源化利用新产品。煤矸石因其自身含有大量的SiO2和Al2O3，是非常理想的制备高性能微晶玻璃的原材料之一。但由于煤矸石固废自身成分波动大、资源化工艺环节多等问题，导致制成的微晶玻璃结构与性能不稳定，从而对微晶玻璃的大规模应用造成一定影响，使得煤矸石大规模应用仍存在一定的困难。例如，由于煤矸石化学成分复杂，除常规的SiO2和Al2O3外，还含有Fe2O3、TiO2、P2O5等易促进玻璃析晶的成分，限制了大掺量煤矸石固废应用于制备微晶玻璃材料。俞建长等人利用约50wt％的煤矸石固废，制备出CaO
‑
Al2O3‑
SiO2微晶玻璃。宋建军等人利用煤矸石固废制备出β
‑
硅灰石相微晶玻璃，煤矸石用量占含料的33
‑
47wt％。管艳梅等人将80wt％磷渣与20wt％煤矸石均匀混合经高温熔融后制备基础玻璃，运用烧结法制备出CaO
‑
Al2O3‑
SiO2系建筑微晶玻璃。可见，现有的微晶玻璃体系对煤矸石的包容率均不高。
[0005]因此，寻求一种对煤矸石固废的包容性好、消纳性强、力学性能优异的基础玻璃组成体系，对不断提升煤矸石固废的综合利用率和开发高值化利用产品，最终实现煤矸石固废变废为宝具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法，解决现有技术中无法获得煤矸石包容率高且力学性能优异的微晶玻璃的技术问
题。
[0007]本专利技术的第一方面提供一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，按重量百分比计，大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分包括：煤矸石：50～70％、硅砂：8～25％、纯碱：8～15％、方解石：3～8％、氟化钙：5～10％；换算成氧化物为：SiO2：50～60％、CaO：10～20％、Na2O：5～10％、Al2O3：20～25％、F：2～5％、MgO：0～5％、K2O：1～5％、Fe2O3：1～5％、TiO2：0～5％。
[0008]本专利技术的第二方面提供一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将基础玻璃各组分原料称重后混合均匀制成配合料；
[0010]将上述配合料经高温熔化、均化、澄清后获得玻璃液；
[0011]将上述玻璃液经成型后，进行退火、晶化热处理，得到煤矸石高铝微晶玻璃。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0013]本专利技术设计的煤矸石高铝微晶玻璃体系，对煤矸石固废的包容性好，消纳性强，力学性能优异；通过优化设计玻璃基础组分与微晶玻璃热处理制度，可以实现煤矸石固废的大掺量(70wt％)高值化利用，且所制备的煤矸石高铝微晶玻璃物化性能优异，为解决煤矸石固废堆积、环境污染等问题提供了理论基础和实验依据，为煤矸石微晶玻璃技术的产业化发展提供技术支持；本专利技术的制备方法配料简便、生产工艺简单。
附图说明
[0014]图1是本专利技术提供的一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃制备方法一实施方式的工艺流程图；
[0015]图2是本专利技术实施例2、4、5所制备出的微晶玻璃X射线衍射测试结果；
[0016]图3是本专利技术实施例4所制备出的微晶玻璃SEM扫描电镜测试结果；
[0017]图4是本专利技术实施例1、2、3、4、5所制备出的微晶玻璃维氏硬度测试结果；
[0018]图5是本专利技术实施例1、2、3、4、5所制备出的微晶玻璃断裂韧性测试结果；
[0019]图6是本专利技术实施例1、2、3、4、5所制备出的微晶玻璃耐碱失重率测试结果。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]本专利技术的第一方面提供一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，按重量百分比计，大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分包括：煤矸石：50～70％、硅砂：8～25％、纯碱：8～15％、方解石：3～8％、氟化钙：5～10％。换算成氧化物为：SiO2：50～60％、CaO：10～20％、Na2O：5～10％、Al2O3：20～25％、F：2～5％、MgO：0～5％、K2O：1～5％、Fe2O3：1～5％、TiO2：0～5％。
[0022]上述玻璃组分主要以矿物原料，包括煤矸石(SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O等)、硅砂(SiO2)、纯碱(Na2CO3)、方解石(CaCO3)和化学试剂CaF2引入。本专利技术的微晶玻璃除晶核剂(CaF2)外，其他所有组分均为矿物原料，生产工艺简单，解决了固废堆积问题，节约了能耗，
有效降低了微晶玻璃的生产成本。
[0023]在本专利技术的一些具体实施方式中，按重量百分比计，煤矸石的成分包括：SiO2：50～55％、CaO：1～2％、Na2O：0～1％、Al2O3：22～27％、MgO：0～1％、K2O：2～3％、Fe2O3：0～4％、其他：1～3％。本专利技术中，与常规煤矸石微晶玻璃中Al2O3的加入量约10wt％相比，本专利技术通过大幅提升Al2O3的加入量，使玻璃结构趋于紧密，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度等物化性能。在合适的制备工艺条件下，制备出的煤矸石高铝微晶玻璃力学性能优异，可以实现煤矸石固废的大掺量(70wt％)高值化利用。本专利技术所制备煤矸石高铝微晶玻璃的显微组织结构中主要由微/纳米级晶体材料组成，晶粒尺寸为300～4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，其特征在于，按重量百分比计，所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分包括：煤矸石：50～70％、硅砂：8～25％、纯碱：8～15％、方解石：3～8％、氟化钙：5～10％；所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分换算成氧化物为：SiO2：50～60％、CaO：10～20％、Na2O：5～10％、Al2O3：20～25％、F：2～5％、MgO：0～5％、K2O：1～5％、Fe2O3：1～5％、TiO2：0～5％。2.根据权利要求1所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，其特征在于，按重量百分比计，所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分包括：煤矸石：51～70％、硅砂：9～23％、纯碱：9～13％、方解石：3～5％、氟化钙：7～9％。3.根据权利要求1所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，其特征在于，按重量百分比计，所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分包括：煤矸石：58～70％、硅砂：9～18％、纯碱：9～12％、方解石：3～5％、氟化钙：7～9％。4.根据权利要求1所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，其特征在于，按重量百分比计，所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃的基础玻璃成分包括：煤矸石：69～70％、硅砂：9～10％、纯碱：9～10％、方解石：3～5％、氟化钙：7～8％。5.根据权利要求1所述大掺量煤矸石高铝微晶玻璃，其特征在于，在按重量百分比计，所述煤矸石的成分...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊德华，湛玲丽，程金树，
申请(专利权)人：合浦县硅材料产业技术研究中心，
类型：发明
国别省市：