專利名稱：一種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法
技術領域：
本發明涉及一種微晶玻璃的制備方法，具體涉及ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法。
背景技術：
目前，微晶玻璃的制備方法主要有熔融法、燒結法和溶膠-凝膠法。熔融法是將加入一定量晶核劑的玻璃原料充分混合均勻，然后在1400-1600°C高溫下熔制，待玻璃液澄清均化后進行成形、退火，最后將退火后的制品在一定溫度下進行核化和晶化處理，而獲得晶粒細小且結構均勻的微晶玻璃的方法。熔融法的熔制溫度、晶化溫度高，時間長，増大了能耗，而且熱處理制度在實際生產中也難以實現。燒結法是先將原料熔制為玻璃，水淬后制成所需粒度的玻璃粉末，然后將玻璃粉末成型并在玻璃的軟化溫度至熔融溫度之間進行核化和晶化，而制備得到微晶玻璃的方法。熔融法主要適用于CAS和MAS系統微晶玻璃的制備。燒結法主要的缺點是制品中有不同數量的氣孔存在，致密度較差，同時二次成型使エ藝過程變得復雜，不利于連續化生產。溶膠-凝膠法是將金屬有機或無機化合物作為先驅體，經過水解形成凝膠，再在較低溫度下燒結，得到微晶玻璃的方法。溶膠-凝膠法的溫度最低，但長時間的熱處理也増加了能耗，而且收縮較大，產品易變形。而2010年，新疆喀什師范大學的張偉等在新疆大學學報(自然科學版)公開了ー種以高爐渣為原料，直接燒結法制備微晶玻璃的方法，這種方法與傳統微晶玻璃生產エ藝相比，具有エ藝簡單，節約能耗的優勢，同時所制備的微晶玻璃的抗折強度達到72MPa，滿足實際的應用要求。而采用鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法鮮見報道。我國鉀長石資源雖然儲量較豐富，但逐年增長的鉀長石需求，使其面臨嚴重短缺的局面。而且，我國優質鉀長石礦少，鉀長石與石英均勻緊密鑲嵌形成文象結構，按傳統的鉀長石利用的方法必須進行原礦的提純，這樣就會產生大量的尾礦，降低鉀長石礦的利用率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，制備高抗折強度的微晶玻璃，鉀長石礦的利用率高，能夠克服現有微晶玻璃制備エ藝過程復雜及制備溫度高的缺點，有效簡化微晶玻璃生產エ藝。為解決本發明所提出的技術問題，本發明采用的技術方案為
ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于，它包括以下步驟
(I)以鉀長石礦為原料，制備鉀長石粉；(2)壓制成型；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1150 1300°C，升溫速率為2 5°C /分鐘；保溫2_6小時；再降溫到500 700°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。按上述方案，所述步驟(I)制備鉀長石粉是將鉀長石礦先經過破碎，再采用振動磨樣機粉碎至200目以下，得到鉀長石粉。按上述方案，所述步驟(2)壓制成型是按照每克鉀長石粉選取質量分數為5%的聚こ烯醇溶液O. 03 O. Iml的比例，將鉀長石粉和聚こ烯醇溶液研磨混合均勻，在20 30MPa壓カ下保壓I 4分鐘，得到坯體。按上述方案，所述步驟(3 )熱處理是將坯體放入高溫爐中升溫至1150 1250 ° C，升溫速率為3°C /分鐘；保溫2 6小時；在降溫到600°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到產品微晶玻璃。按上述方案，所述的鉀長石礦，按照重量百分比計，主要化學成分為SiO2 60% 70%, Al2O3 15% 20%，K2O 8. 5% 15%，Na2O 1% 4. 9%, Fe2O3 O. 1% O. 5%。鉀長石的熔點為1150±20° C，在1150 1250° C溫度條件下，鉀長石顆粒迅速熔融，在顆粒表面產生液相，這部分液相具有牛頓性液體流動的性質。在高出鉀長石熔點的條件下，鉀長石熔體的粘滯流動可分為兩個階段第一階段，鉀長石顆粒在高溫下形成粘滯流體，相鄰顆粒中心互相逼近，増加接觸面積、接著發生顆粒間的粘合作用而形成一些封閉氣孔；第二階段，氣孔在液相的包圍壓力作用下，由于粘滯流動而致密化。因此，這樣的燒結過程有利于提高所制備微晶玻璃的致密程度，相應的提升強度。與現有技術相比，本發明的有益效果是(1)本發明將鉀長石原礦粉碎后直接燒結法制備微晶玻璃，無需提純，無尾礦，提高了鉀長石礦的利用率；(2)本發明以不同品位的鉀長石礦制備得到不同性能的微晶玻璃；(3)本發明在滿足微晶玻璃對強度要求的同時，微晶玻璃制備的溫度低，能耗小，同時簡化工藝，促進連續化生產。
圖I為實施例I所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖2為實施例2所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖3為實施例3所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖4為實施例4所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進ー步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。原料鉀長石礦選自河南鉀長石礦和內蒙古鉀長石礦，按照重量百分比計，河南的鉀長石礦主要化學成分為SiO2 65 70%，Al2O3 15 20%，K2O 8. 5 13%，Na2O 2. 5
4.9%, Fe2O3 O. I O. 5% ;內蒙古的鉀長石礦主要化學成分為SiO2 60 65%，Al2O3 17 20%，K2O 12 15%，Na20 I 2. 5%，Fe203 O. 3 O. 5%。只要原料的主要化學成分按照重量百分比計滿足 SiO2 60% 70%, Al2O3 15% 20%, K2O 8. 5% 15%, Na2O 1% 4. 9%, Fe2O3 O. 1% O.5%均可以用于本技術方案。下述實施例中所述的耐酸性是指將微晶玻璃在1% (體積分數)H2SO4溶液中浸泡650h的質量損失百分數；耐堿性是指將微晶玻璃在1% (質量分數)NaOH溶液中浸泡650h的質量損失百分數，因此耐酸性和耐堿性的數值越低，表示微晶玻璃的耐酸和耐堿的效果越好。實施例I :
本實施例以河南鉀長石礦為原料。ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，包括以下步驟(1)制備鉀長石粉將滿足以上組分要求的鉀長石礦先經過破碎，再采用振動磨樣機粉碎至200目以下，得到鉀長石粉；(2)壓制成型將IOg鉀長石粉與O. 5ml質量分數為5wt%的聚こ烯醇溶液研磨混合均勻，在30MPa壓カ下保壓4分鐘，得到坯體；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1150°C，升溫速率為2°C /分鐘；保溫6小時；再降溫到500°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。圖I為實施例I所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖中的峰值對應于鉀長石 的特征峰，證明微晶玻璃主晶相為鉀長石相，而X射線衍射圖譜中的散射對應于樣品中的非晶相，說明按照本技術方案制備得到了微晶玻璃。該微晶玻璃密度為2. 304g/cm2,耐酸性為O. 043%,耐堿性O. 062%,抗折強度為23. 48MPa,耐酸堿性及抗折強度均優于大理石(耐酸性10. 3%,耐堿性O. 03%,抗折強度約16. 5MPa)和花崗巖(耐酸性1%，耐堿性O. 1%，抗折強度約14. 7MPa)等建筑材料。實施例2
本實施例以河南鉀長石礦為原料。ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，包括以下步驟(1)制備鉀長石粉將滿足以上組分要求的鉀長石礦先經過破碎，再采用振動磨樣機粉碎至200目以下，得到鉀長石粉；(2)壓制成型將12g鉀長石粉與O. 6ml質量分數為5wt%的聚こ烯醇溶液研磨混合均勻，在20MPa壓カ下保壓2分鐘，得到坯體；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1200°C，升溫速率為5°C /分鐘；保溫2小時；再降溫到700°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。圖2為實施例2所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖中的峰值對應于鉀長石的特征峰，證明微晶玻璃主晶相為鉀長石相，而X射線衍射圖譜中的散射對應于樣品中的非晶相，說明按照本技術方案制備得到了微晶玻璃。該微晶玻璃密度為2. 292g/cm2,耐酸性為O. 17%，耐堿性0%，抗折強度為26. IlMPa,耐酸堿性及抗折強度均優于大理石(耐酸性10. 3%，耐堿性O. 03%,抗折強度約16. 5MPa)和花崗巖(耐酸性1%，耐堿性O. 1%，抗折強度約14. 7MPa)等建筑材料。實施例3
本實施例以內蒙古鉀長石礦為原料。ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，包括以下步驟(1)制備鉀長石粉將滿足以上組分要求的鉀長石礦先經過破碎，再采用振動磨樣機粉碎至200目以下，得到鉀長石粉；(2)壓制成型將15g鉀長石粉與Iml質量分數為5wt%的聚こ烯醇溶液研磨混合均勻，在20MPa壓カ下保壓2分鐘，得到坯體；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1250°C，升溫速率為4°C /分鐘；保溫5小時；再降溫到650°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。圖3為實施例3所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖中的峰值對應于鉀長石的特征峰，證明微晶玻璃主晶相為鉀長石相，而X射線衍射圖譜中的散射對應于樣品中的非晶相，說明按照本技術方案制備得到了微晶玻璃。 該微晶玻璃密度為2. 239g/cm2，耐酸性為O. 087%,耐堿性O. 06%,抗折強度為29. IlMPa,耐酸堿性及抗折強度均優于大理石(耐酸性10. 3%，耐堿性O. 03%,抗折強度約16. 5MPa)和花崗巖(耐酸性1%，耐堿性O. 1%，抗折強度約14. 7MPa)建筑材料。實施例4
本實施例以內蒙古鉀長石礦為原料。ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，包括以下步驟(I)制備鉀長石粉將滿足以上組分要求的鉀長石礦先經過破碎，再采用振動磨樣機粉碎至200目以下，得到鉀長石粉；(2)壓制成型將15g鉀長石粉與Iml質量分數為5wt%的聚こ烯醇溶液研磨混合均勻，在30MPa壓カ下保壓I分鐘，得到坯體；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1300°C，升溫速率為4°C /分鐘；保溫4小時；再降溫到600°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。圖4為實施例4所制備的微晶玻璃的X射線衍射圖譜。圖中的峰值對應于鉀長石的特征峰，證明微晶玻璃主晶相為鉀長石相，而X射線衍射圖譜中的散射對應于樣品中的非晶相，說明按照本技術方案制備得到了微晶玻璃。該微晶玻璃密度為2. 237g/cm2，耐酸性為O. 13%，耐堿性O. 045%,抗折強度為29. 58MPa,耐酸堿性及抗折強度均優于大理石(耐酸性10. 3%,耐堿性O. 03%,抗折強度約16. 5MPa)和花崗巖(耐酸性1%，耐堿性O. 1%，抗折強度約14. 7MPa)建筑材料。本發明制備的微晶玻璃屬于K2O-Al2O3-SiO2和KAlSi3O8-SiO2系統微晶玻璃。按照本發明所制備得到的微晶玻璃密度為2. 237 2. 304g/cm2，耐酸性為O. 043 O. 137%，耐堿性O O. 062%,抗折強度為23. 48 29. 58MPa。耐酸堿性及抗折強度均優于大理石(耐酸性10. 3%，耐堿性O. 03%，抗折強度約16. 5MPa)和花崗巖(耐酸性1%，耐堿性O. 1%，抗折強度約14. 7MPa)等建筑材料。本發明所列舉的各原料，以及本發明各原料的上下限、區間取值，以及エ藝參數(如溫度、時間等)的上下限、區間取值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例。
權利要求
1.ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于，它包括以下步驟(I)以鉀長石礦為原料，制備鉀長石粉；(2)壓制成型；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1150 1300° C，升溫速率為2 5°C /分鐘；保溫2 6小時；再降溫到500 700°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。
2.根據權利要求I所述的ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步驟(I)制備鉀長石粉是將鉀長石礦先經過破碎，再采用振動磨樣機粉碎至200目以下，得到鉀長石粉。
3.根據權利要求I所述的ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步驟(2)壓制成型是按照每克鉀長石粉選取質量分數為5wt%的聚こ烯醇溶液O.03 O. Iml的比例，將鉀長石粉和聚こ烯醇溶液研磨混合均勻，在20 30MPa壓カ下保壓I 4分鐘，得到坯體。
4.根據權利要求I所述的ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步驟(3)熱處理是將坯體放入高溫爐中升溫至1150 1250° C，升溫速率為3°C /分鐘；保溫2 6小時；在降溫到600°C，降溫速率為3°C /分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。
5.根據權利要求I所述的ー種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于，所述的鉀長石礦，按照重量百分比計，主要化學成分為Si0260% 70%，A1203 15% 20%, K2O 8. 5% 15%，Na2O 1% 4. 9%, Fe2O3 O. 1% O. 5%。
全文摘要
本發明提供了一種以鉀長石礦為原料直接燒結制備微晶玻璃的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)制備鉀長石粉；(2)壓制成型；(3)熱處理將坯體放入高溫爐中升溫至1150～1300°C，升溫速率為2～5℃/分鐘；保溫2～6小時；再降溫到500～700℃，降溫速率為3℃/分鐘；最后隨爐冷卻，得到微晶玻璃。本發明將鉀長石原礦粉碎后直接燒結法制備微晶玻璃，無需提純，無尾礦，提高了鉀長石礦的利用率，以不同品位的鉀長石礦制備得到不同性能的微晶玻璃，滿足不同的使用要求；熱處理溫度低，能耗小，同時簡化工藝，有利于連續化生產。
文檔編號C03C10/10GK102617038SQ201210083529
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者吳劍芳, 李珍, 李飛, 胡宏杰, 郝小非, 黃焱球 申請人:中國地質大學(武漢)