一種熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法

2023-04-24 08:46:51 1

專利名稱：：一種熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法
技術領域：
：本發明涉及一種磷礦渣微晶玻璃的製備方法，具體是涉及一種熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法。技術背景磷礦渣微晶玻璃是以磷渣為原料製備仿石材微晶玻璃，具有良好的理化性能和優於天然石材和高檔建陶產品的裝飾效果。可進一步提高磷礦廢渣資源化利用，實現經濟再循環；緩解環境汙染，走可持續發展道路等。製備磷礦渣微晶玻璃的方法較多，根據成型的方法不同可分為燒結法、澆注法和壓延法等。現有成熟技術往往採用燒結法，已有相關文獻報導利用燒結法成功製備出性能良好的砩礦渣微晶玻璃。但該工藝流程較為繁瑣，製得產品氣孔率較高，且其難以製備形狀複雜的異型板材，因而其產業化應用受到一定限制.目前尚未出現應用熱態澆注法來製備黃鱗礦渣微晶玻璃。
發明內容本發明所要解決的問題針對上述現有技術而提出一種，提供一種工藝流程簡單、能耗低、理化性能好、可生產異型板材的熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法。本發明為解決上述提出的問題所採用解決方案為一種熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法，其不同之處在於包括以下步猓①準備原料，原料組分及其質量百分含量為黃磷渣30~50%，Si0240~60%,A12032~10%，B2031-3%,Zn03~7%，CaF21-5%,②均勻混合上述原料；③高溫熔制、均化混合原料，得到玻璃熔體；④將所得玻璃熔體澆注成型得到澆注件；⑤將澆注件通過高溫退火後直接進行熱處理，核化溫度650TC，核化時間lh;晶化溫度1040TC,晶化時間2~3h;⑥冷卻，脫模，即得黃磷礦渣微晶玻璃；按上述方案，所述黃褲渣各主要化學成分含量(w/%)為CaO40-60Si0220~45A12033~6MgO0.5~1.5Na200~0.5K200~0.9Fe2030~1.5P2051~3;按上述方案，所述的步驟③高溫熔制時，室溫-100℃升溫速率為3~5℃r/min，從100-9001C升溫速率為3—5X:/min，保溫45—60min,從900~15001C升溫速率為l~2lC/min，再保溫1~2h。按上述方案，所述的澆注成型模具為金屬模具。按上述方案，所述的澆注件高溫退火時所達到的溫度為5501C，從5506501C升溫速率為3~5"/min，從650~1040TC升溫速率為2~41C/min,按上述方案，所述的冷卻為爐冷。由上述原料配製而成的組分,各化學組分及其含量為(w/X):成分Si02CaOA1203B203ZnOCaF2含量55~6515-256-130.7~1.24-63—5下面詳細介紹本發明的製備it^及其原理:第①步所說的按設計配方準備原料(質量)，所設計配方直接影響黃磷礦渣微晶玻璃的熔融及析晶過程以及最終所析出的主晶相種類，從而影響玻璃製品的自結構及理化性能。黃轔礦渣微晶玻璃屬於CaO-Al20廠Si02三元系統，可能形成的主晶相為i^A石、鉤長石、透輝石等。各種礦物具有不同的理化性能，根據最終所確定的主晶相，而把配方組成限定在該相區。因鈣長石具有熱膨脹係數小、介電常數小、介電損耗低等優點，因而上述所設計配方組成定在鈣長石相區，靠近三元低共熔點附近。Si02是網絡形成體，適當增加有利於緩解高溫析晶傾向，但含量過高^t玻璃難度太大，製品難以析晶，一般引入55-6D't(質量)。CaO對熔體結晶能力影響較大，太少製品不易析晶，太多會使製品嚴重失透，成型發生困難，因此一般引入15~25X(質量)。A1A含量一般引入6-13X(質量)A1A含量不能過高，否則M成玻璃熔融困難，抑制玻璃的分相與析晶，但人1203含量太少^:成製品結晶不均勻，晶粒較粗，不能獲得良好的結晶製品。另外，為了調節熔體的工藝性質，滿足晶化的要求，還需加入一定量的助熔劑和晶核劑。BA是網絡中間體，有利於改善玻璃的熔制過程。F—離子可取代氧離子1玻璃網絡，削弱了玻璃網絡結構，使玻璃發生分相，進而促itt璃析晶。因此，基於各種因素對熔制和晶化過程以及最終製品的性能的影響最終而確定配方.第②步所說的原料必須混合均勻，否則會^t^料產生分層，從而影響^Rb玻璃熔融液的均化效果，最終影響黃轔礦渣微晶玻璃的理化性能。第③步所說的熔融時室溫-100lC升溫速率為3~5lC/min，100~900X3升溫速率為3-5TC/min,9001500TC升溫速率為l~2TC/min。其中，900TC左右原料中的碳酸鹽等會發生分解，為了使玻璃熔融前氣體全部放出必須進行保溫。900-1500TC階段為玻璃的均化澄清階段，因此其升溫速率不能太快，否則^t玻璃液產生不均，從而影響微晶玻璃的析晶il^及產品的質量.第⑤步所說的升溫速率為2~4TC/min。升溫過程中是晶核長大過程，因此應嚴格控制其升溫速率。同時，晶化溫度一般高於玻璃轉化點20-301C,由^fife玻璃差熱分析圖(圖l)可知，玻璃在625TC左右發生玻璃化轉變，因而其晶化溫度設制為650TC。由析晶放熱峰以及所確定的主晶相形成溫度因而設定其晶化溫度為1040TC。冷卻時採用爐冷，否則會使製品內部殘留較大內應力，降低黃褲礦渣微晶玻璃的*1^性能。本發明的有益效果在於1)採用熱態澆注法製備的黃褲礦渣微晶玻璃其工藝流程顯著簡化；2)本發明可以直M用經高爐熔融後的黃褲渣熔融液為原料，達到熱量有效利用，節約能源，降低成本；3)且該工藝製得的產品組分均勻，幾乎無氣孔，因而理化性能顯著提高；4)可以生產形狀複雜的異型板材，擴大應用範圍。圖1為M玻璃差熱分析圖；圖2為本發明的黃褲礦渣微晶玻璃晶化處理溫度曲線；圖3為熱處理後樣品的XRD圖譜；圖4為熱處理後樣品的SBM照片。具體實施方式實施例一採用貴州開陽黃躊渣為主原料(化學成分見表1)，按所設計配方優選了配方化學組分的配比(見表2)、據具體所採用原料計算、稱量原料;s^^料配比(質量比見表3)。除黃砩礦渣外，其他試劑均為分析純。用陶瓷研:^9F磨，混合均勻，時間為45min。然後置於氧化鋁坩堝內，放入SSX-12-16型矽鉬棒高溫爐中於1480"C熔融。室溫100"C升溫速率為3TC/min，IOOTC保溫40min，100~900TC升溫速率為4TC/min，900~1480TC升溫速率為2TC/min。將熔融液倒入金屬模具成型，並立刻將其;^馬弗爐中退火至550C後，以51C/min的升溫速率升至650TC進行核化，核化時間lh，在1040"C晶化，晶化時間2.5h，升溫速率3TC/min(晶化溫度處理曲線見圖2)。最後關閉爐門隨爐冷卻，M取出樣品。表1貴州開陽黃磷渣化學成分含量(w/％)tableseeoriginaldocumentpage5表2優選配方化學組分配比(w/X)tableseeoriginaldocumentpage6檢測樣品物相採用D8-Advance型X射線衍射儀測定其X射線衍射譜(樣品X射線衍射諉見圖3)。觀察樣品顯微結構採用荷蘭FBI有限公司Quant-200型環境掃描電鏡測定其表面形貌(樣品SEM照片見圖4).經物相分析知主晶相為鈣長石[AnorthiteCaSi2AlA](圖3a)，並含有少量石英相(a-Si02)(圖3b)。鈣長石(CaSi2Al208)晶體呈板狀，同時在板狀鈣長石晶體間析出有少量蠕蟲狀石英晶體。晶體分布較為均勻，石英晶體呈集合體。同時，用HS-19A型肖氏M計檢測其現i為57.2,製品^較高。實施例二與實施例一不同的是釆用湖北興山興發集團黃轔渣為主原料(其主要化學成分見表4)，按所i殳計配方計算、稱量原料，原料及原料配比(質量比見表5)。其它同實施例一。表4湖北興山興發集團黃磷渣樣品主要成分U/%)tableseeoriginaldocumentpage6實施例三與實施例一不同的是採用貴州貴陽黃褲渣為主原料(其主要化學成分見表6)，並按所設計配方計算、稱量原料，原料及原料配比(質量比見表7)。其它同實施例一。表6貴州貴陽黃砩渣化學成分含量(w/X)tableseeoriginaldocumentpage6表7以優選配方計算所得原料配比(w/X)tableseeoriginaldocumentpage7表8以優選配方計算所得原料配比(w/X)tableseeoriginaldocumentpage7表9以優選配方計算所得原料配比(w/4)tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1、一種熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法，其特徵在於包括以下步驟①準備原料，原料組分及其質量百分含量為黃磷渣30～50％，SiO240～60％，Al2O32～10％，B2O31～3％，ZnO3～7％，CaF21～5％，②均勻混合上述原料；③高溫熔制、均化混合原料，得到玻璃熔體；④將所得玻璃熔體澆注成型得到澆注件；⑤將澆注件通過高溫退火後直接進行熱處理，核化溫度650℃，核化時間1h；晶化溫度1040℃，晶化時間2～3h；⑥冷卻，脫模，即得黃磷礦渣微晶玻璃。2、按權利要求1所述的熱態澆注法製備黃轔礦渣微晶玻璃的方法，其特徵在於所述黃磷渣各主要化學成分含量(w/X)為CaO40-60Si0220~45Al2033~6MgO0.5~1.5Na200~0.5K200~0.9Fe2030~1.5P2051~3。3、按權利要求1或2所述的熱態澆注法製備黃轔礦渣微晶玻璃的方法，其特徵在於所述的步猱③高溫熔制時，室溫~IOOIC升溫速率為3~5t:/min,從100~900T:升溫速率為3~5"/min，保溫45~60min，從900~1500X:升溫速率為1~2r/min，再保溫1~2h。4、按權利要求3所述的熱態澆注法製備黃轔礦渣微晶玻璃的方法，其特徵在於所述的澆注件高溫退火時所達到的溫度為550TC，從5506501C升溫速率為3~5TC/min，從650~1040TC升溫速率為2~4TC/min。5、按權利要求1或2所述的熱態澆注法製備黃轔礦渣微晶玻璃的方法，其特徵在於所述的澆注成型模具為金屬模具，6、按權利要求1或2所述的熱態澆注法製備黃褲礦渣微晶玻璃的方法，其特徵在於所述的冷卻為爐冷。全文摘要本發明涉及一種熱態澆注法製備黃磷礦渣微晶玻璃的方法，包括以下步驟①準備原料，原料組分及其質量百分含量為黃磷渣30～50％，SiO240～60％，Al2O32～10％，B2O31～3％，ZnO3～7％，CaF21～5％，②均勻混合；③高溫熔制、均化混合原料，得到玻璃熔體；④將所得玻璃熔體澆注成型得到澆注件；⑤將澆注件通過高溫退火後直接進行熱處理，核化溫度650℃，核化時間1h；晶化溫度1040℃，晶化時間2～3h；⑥冷卻，脫模即可。本發明的有益效果在於1)工藝流程顯著簡化；2)熱量有效利用，節約能源，降低成本；3)製得的產品組分均勻，幾乎無氣孔；4)可以生產形狀複雜的異型板材。文檔編號C03C6/10GK101125735SQ20071005276公開日2008年2月20日申請日期2007年7月17日優先權日2007年7月17日發明者甫李,毅沈,雷新榮申請人:中國地質大學(武漢)