一种硅渣微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅渣微晶玻璃及其制备方法，以冶硅废渣为主要原料，以硅石或石英砂（SiO2）、萤石（CaF2）、石灰石或方解石（CaCO3）、工业纯碱（Na2CO3）、氧化锌（ZnO）、碳酸钾（K2CO3）为辅助原料，其中冶硅废渣在微晶玻璃原材料中掺量是26.0-75.0wt.%。具体制备方法：冷态硅渣与其它辅助原料在混料机中混合均匀得到基础配合料，经熔窑熔化成合格的玻璃液，然后，玻璃液通过压延、浇注或水淬形成基础玻璃板或粒料；最后，基础玻璃板经晶化热处理，得到微晶玻璃。该种微晶玻璃的密度2.5-2.8g/cm3，抗折强度30.0-103.5MPa，抗压强度70.0-903.0MPa，莫氏硬度5-8，耐磨性0.063-0.15g/cm2，可广泛应用于化工、冶金、建筑装饰、石油、矿山、机械等领域。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种硅渣微晶玻璃及其制备方法
本专利技术涉及一种微晶玻璃及其制备方法，尤指一种工业硅冶炼精炼过程中产生的硅渣制备的微晶玻璃及制备方法，目的在于资源化综合利用工业固体废渣，同时提供一种物理力学性能好、化学稳定性强、加工性能优良，可以代替天然石材、陶瓷砖等装饰材料或部分工程材料的高强耐磨工程微晶玻璃。
技术介绍
在冶金法生产多晶硅的过程中，造渣氧化精炼具有工艺简单、成本低、污染小等诸多优点。造渣氧化精炼工艺是在冶金级硅中加入熔点高于冶金级硅的精炼渣，并在硅和渣的熔点温度之间进行氧化精炼。通常当渣金比η=3时，渣剂除杂的效果最好。在除杂后会产生三倍于硅产量的废渣，冶硅废渣的产率较高。2011年全国冶硅废渣产量达到27313吨，同比2010年14856吨增长84%，2008～2011年我国冶硅废渣产量翻了两番。2012年冶硅废渣产量为19939吨，预计2013年废渣产量将增长6.9%。微晶玻璃材料拥有多种优良性能，如机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性能优良、膨胀系数可调、热稳定性好等，不仅适于替代传统材料以获得改善的工作条件和更大的经济效益，而且开辟了一个全新的材料领域以满足更高的技术要求，从而在机械、电子电力、建筑、生物医学等领域获得了广泛的应用。废渣微晶玻璃以其廉价的制备成本和优良的理化性能而具有显著的社会效益和经济效益。在国家制定的相关政策中，废渣微晶玻璃被列为国家资源综合利用行动的发展重点和环境治理的重点，被称为新型的与环境协调的材料，它有着广泛的应用前景。（1）冶硅废渣微晶玻璃作为新型建筑材料的应用前景与传统的天然石材相比，废渣微晶玻璃强度高、化学稳定性好、可以生成绿、灰、红、蓝、黑等多种颜色的建筑板材，还可根据需要生产多种混合色和多种规格的异型微晶玻璃建材，可广泛用作高档建筑装饰材料，这也是当前废渣微晶玻璃的主要应用。目前，微晶玻璃是世界各国飞机场、银行、地铁、宾馆酒楼、别墅及个人居室等场所首选的理想装饰材料。此外，天然石材由于含有微量有害人体健康的放射性元素，在提倡绿色建材的今天，以废渣微晶玻璃代替天然石材必将是大势所趋。（2）冶硅废渣微晶玻璃在化学工业上的应用前景废渣微晶玻璃的耐磨耐腐蚀性能优异，可用于制造输送腐蚀性液体的管道、阀门、泵等，还可用作反应器、电解池及搅拌器内衬。利用微晶玻璃耐化学腐蚀性好的特点将微晶玻璃用于化学工业及食品加工工业的大型金属器皿内衬。搪玻璃衬里曾被使用过多年，但细晶微晶玻璃衬里更加优越。衬里的高强度连同它的优越的耐温度急变性使它可接受的操作条件得以拓展。（3）冶硅废渣微晶玻璃在机械工业上的应用前景废渣微晶玻璃的机械强度高，硬度高，耐磨性能好。此外，废渣微晶玻璃能获得极其光滑的表面，适用于制作轴承、球磨机内衬以及研磨体等要求摩擦系数低的零部件产品。利用其高强度和优良的耐磨性，还可以取代钢等金属材料制造输送块状、粉状固体物料的料槽、料斗、管道内衬，储存物料的料库面板，球磨机内衬和研磨体，以及在强烈磨损条件下或腐蚀性介质中工作的机械零部件等。目前，冶硅废渣只有少量用于制作保温板、硅酸盐毡等低附加值的产品，有的甚至自然堆存，占用土地、污染环境。利用冶硅废渣为主要原料制备高性能特种微晶玻璃，既可以大量消纳冶硅废渣、减轻其对土地和环境的污染，又可以生产低成本的高附加值产品，具有显著的经济、环境和社会效益。
技术实现思路
针对目前存在的问题，本专利技术摒弃了以冶硅废渣为主要原料制备低附加值产品的综合利用形式，而生产高附加值的高强耐磨工程微晶玻璃，研制了新型SiO2-CaO-Na2O-K2O-ZnO-Al2O3-F、Na2O-CaO-SiO2-Al2O3-ZnO、SiO2-CaO-ZnO-Al2O3-Na2O-BaO-K2O基础玻璃体系，通过调控熔化、成型及晶化工艺参数，生产以枪晶石、硅灰石、氟碱钙硅石等为主要晶相的微晶玻璃，微晶玻璃中的晶相含量最高可达到95%，晶粒尺寸最小可达到小于100nm，同时使冶硅废渣中的微量成分Fe2O3、Al2O3等在调控微晶玻璃组织结构、优化物理力学性能和化学稳定性方面起到关键的作用。另外，本专利技术不仅提供一种资源化利用冷态冶硅废渣生产微晶玻璃的工艺，还结合冶硅废渣的实际排放过程，提供一种直接利用高温熔融态冶硅废渣生产微晶玻璃的工艺。本专利技术的目的是大宗量、资源化及高值化综合利用冶硅废渣，通过节能减排、清洁的生产工艺，制备出强度高、韧性好、耐磨损、抗腐蚀、对人体无放射性危害的微晶玻璃。该种工程微晶玻璃可具有不同的颜色，且可根据实际需要加工成不同的形状和造型。利用本专利技术技术综合利用冶硅废渣并制造工程微晶玻璃工艺简单、成本低廉，具有极高的社会效益和经济效益。为了达到上述目的，本专利技术通过以下具体的方案来实现：（1）配料：将冷态硅渣和各种矿物辅料粉碎，然后过20目筛，按照成分配比精确称量占原材料总重量26.0-75.0wt％的硅渣，占原材料总重量23.0-69.0wt％的辅助原料，占原材料总重量0.5-5.0wt％的助熔澄清剂。其中辅助原料为石英砂或硅石（SiO2）、石灰石或方解石（CaCO3）、纯碱（Na2CO3）、萤石（CaF2）、氧化锌（ZnO）、氧化铝（Al2O3）、碳酸钡（BaCO3）、碳酸钾（K2CO3）、氧化镁（MgO）、硝酸钠（NaNO3）中的三种或三种以上或全部，它们之间的重量比是0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0-2:0-7；助熔澄清剂为CeO2、Na2O、Al2O3、SiO2、CaO、Li2O、NH4NO3、NaNO3和Na2SO4中的一种或一种以上或全部，它们之间的重量比是0-5：0-28:0-6:0-10:0-11:0-4:1-5:0-7：0-13。将冷态冶硅废渣、辅助原料及助熔澄清剂投入混料机或搅拌器充分混合，另外加入原材料总重量1.0-6.0%的水，搅拌5.0-15.0min混合均匀，形成基础玻璃配合料。或者在出炉的高温热态硅渣中按照成分配比加入辅助原材料和助熔澄清剂，形成高温配合料；（2）熔化：基础玻璃配合料由输送带或单元料罐送入熔窑中，熔化温度控制在1400-1560℃范围内，优选1470-1520℃范围内，配合料熔化1.0-10.0h，优选2.0-8.0h，均化、澄清制成合格的玻璃液；或者将由高温热态渣形成的高温配合料升温至1400-1560℃，熔化1.0-5.0h，均化、澄清后形成合格的玻璃液；（3）成型：澄清的玻璃液经流液洞进入熔窑工作部，温度降至1100-1200℃，玻璃液通过对辊压延机压制成形玻璃板；或澄清的玻璃液经流液洞进入熔窑工作部，温度降至1250-1350℃，玻璃液浇注到经预热的模具中成型，得到基础玻璃块；或澄清的玻璃液经流液洞进入熔窑工作部，温度降至1300-1350℃，经过流料口进入循环水槽中，水淬成不同粒径的基础玻璃粒料，干燥、分级后待装模使用；或澄清的玻璃液经流液洞进入熔窑工作部，温度降至1100-1200℃，玻璃液通过对辊压延机压制成形玻璃板，然后将基础玻璃板破碎成尺寸大小不同的玻璃碎块料；（4）晶化：成形的玻璃板（或块）进入晶化窑，首先进入基础玻璃板退火温区，在该温区内400-650℃退火2.0-7.0h,然后进入晶化温区，在该温区内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅渣微晶玻璃，其特征在于：所述微晶玻璃由冶硅废渣、辅助原料及助熔澄清剂制备而成，其中冶硅废渣占原材料总重量的26.0?75.0wt％，辅助原料占原材料总重量的23.0?69.0wt％，助熔澄清剂占总重量的0.5?5.0wt％。

【技术特征摘要】
1.一种硅渣微晶玻璃，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基础玻璃体系，通过调控熔化、成型及晶化工艺参数，生产以枪晶石、硅灰石、氟碱钙硅石为主要晶相的微晶玻璃，微晶玻璃中的晶相含量最高可达到95％，晶粒尺寸最小可达到小于100nm，同时使冶硅废渣中的微量成分Fe2O3、Al2O3在调控微晶玻璃组织结构、优化物理力学性能和化学稳定性方面起到关键的作用；所述微晶玻璃由冶硅废渣、辅助原料及助熔澄清剂制备而成，其中冶硅废渣占原材料总重量的26.0-75.0wt％，辅助原料占原材料总重量的23.0-69.0wt％，助熔澄清剂占总重量的0.5-5.0wt％；所述冶硅废渣主要成分是由SiO2、CaO、CaF2、Na2O、Al2O3、MgO、Li2O、K2O、BaO、Fe2O3组成，其中它们之间的重量比是20-50:0-60:0-40:0-10:0-30:0-10:0-17:0-23:0-5:0-3；所述助熔澄清剂为CeO2、Na2O、Al2O3、SiO2、CaO、Li2O、NH4NO3、NaNO3和Na2SO4中的一种以上，它们之间的重量比是0-5：0-28:0-6:0-10:0-11:0-4:1-5:0-7:0-13；所述辅助原料为石英砂或硅石、石灰石或方解石、纯碱、萤石、氧化锌、氧化铝、碳酸钡、碳酸钾、氧化镁、硝酸钠中的三种以上，它们之间的重量比是0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0-2:0-7。2.根据权利要求1所述的硅渣微晶玻璃，其特征在于：所述硅渣微晶玻璃能够制作成不同颜色和规格的建筑装饰板材，化工冶金行业耐酸碱腐蚀容器的内衬，矿山行业的耐磨衬板制品。3.根据权利要求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钙铝黄长石、钙镁黄长石、碱钙硅石、镁橄榄石、透辉石、莫来石、白榴石、石英中的一种以上组成。4.根据权利要求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够达到2.8g/cm3，抗折强度最大能够达到103.5MPa，抗压强度最大能够达到903.0MPa，莫氏硬度最高能够达到8级，耐磨性最小能够达到0.063g/cm2。5.根据权利要求1所述的硅渣微晶玻璃，其特征在于：辅助原料采用天然矿物原料和化工原料，或采用含有微晶玻璃成分的某些尾矿或废渣替代部分天然矿物原料和化工原料。6.一种硅渣微晶玻璃的制备方法，其特征在于：首先，按照权利要求1所述的原料和配比，将冶硅废渣和辅助原料及助熔澄清剂混合均匀，形成基础配合料，然后投入熔窑，熔化澄清后形成合格的玻璃液，玻璃液经过压延或者浇注或者水淬，制成基础玻璃板或基础玻璃块或基础玻璃粒料，基础玻璃板或基...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建尉，王志，赵庆朝，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：