專利名稱：一種熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及微晶玻璃(建筑材料)制造領域，具體是一種熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術。
背景技術：
微晶玻璃，又稱玻璃陶瓷或結晶化玻璃，是將特定組成的基礎玻璃，在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。在國家科委制定的2010年社會發展綱要中，把礦渣綜合治理列為國家資源綜合利用行動的發展重點和環境治理的重點。礦渣微晶玻璃強度高，化學穩定性好，可根據需要生產多種混合色和多種規格的異型微晶玻璃，廣泛用作建筑裝飾材料；天然石材由于含有微量有害人體健康的放射性輻射元素，而受到限制，因而，微晶玻璃是天然石材的理想替代品。黃磷爐渣是電爐法制備黃磷時的工業固體廢物。每生產It黃磷產出爐渣約8 10t。2009年我國黃磷產量約為82.5萬t，排放黃磷爐渣約742.5萬t。目前，我國黃磷爐渣資源化主要用于水泥工業、硅鈣肥、路基材料、陶瓷材料、白炭黑、玻璃材料、磚、稀土元素等領域。這些方法沒有充分利用黃磷爐渣的蓄含的熱量，產品附加值低。而利用熔融態黃磷爐渣制備礦渣微晶玻璃，不僅可降低微晶玻璃的成本，具有顯著的經濟效益，還能減少黃磷爐渣的堆存量，有利于保護生態環境。殘余應力是微晶玻璃生產中一種普遍存在的現象。基礎玻璃成型時，溫差過大，很容易產生內應力，容易斷裂分層，本發明在成型過程中盡量消除殘余應力，避免基礎玻璃的破裂。
黃磷爐渣出爐溫度高達1500°C。目前用于制備微晶玻璃的黃磷爐渣，一般是水淬渣，沒有充分利用爐渣中的顯熱，能耗高，增加黃磷爐渣制備微晶玻璃的成本；同時水淬法處理熔融態黃磷爐渣的過程中，帶來大氣、水、生態污染等一系列問題。微晶玻璃制備過程中，一般采用燒結法，制得的微晶玻璃存在氣孔、致密性不高，對抗壓能力、抗彎曲能力等理化性能有一定的影響。
發明內容
本發明的目的在于提供一種熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術，該技術充分利用黃磷爐渣生產高檔次材料微晶玻璃，替代天然大理石，用于建筑裝飾，解決我國天然大理石的資源短缺和放射性污染問題。本發明方法通過如下技術方案實現本發明目的:
(I)備料
根據CaO-Al2O3-SiO2三元系相圖確定制備微晶玻璃的原料配方，其中黃磷爐渣占原料總量的51 78wt%，富含輔料SiO2輔料(SiO2的含量大于70%)占原料總量的19 38wt%，輔料Al2O3占原料總量的2.4 llwt% ;粉碎輔料至150 200目；(2)把輔料(富含輔料SiO2輔料和輔料Al2O3)添加到熔融態黃磷爐渣中，攪拌混合均勻后，在1280°C 1400°C溫度下熔化，保溫Ih 2h進行澄清，制得基礎玻璃熔液；
(3)澆注成型
將基礎玻璃熔液澆注到合金鋼板成型模具中，置于爐體中，在600°C 6500C下保溫Ih 2h后退火，可較好消除殘余內應力；
(4)微晶化處理
對退火后的基礎玻璃進行核化、晶化處理，再次退火后得到微晶玻璃，其中控制核化溫度為740°C 800°C，核化升溫速率為3°C 8°C /min，核化時間1.5 h 3h ;晶化溫度為1000°C 1080°C，晶化升溫速率2°C 5°C /min,晶化時間1.5h 2.5h ;
(5)后加工
對制備的微晶玻璃進行切割、打磨和拋光后，得到符合要求的微晶玻璃產品。本發明中成型模具為耐溫1300°C 1500°C的合金材料。 本發明中所述富含二氧化硅輔料要求SiO2的含量大于70%，可為石英砂、廢玻璃和石英尾砂的任一種。本發明利用熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃，解決了水淬法處理熔融態黃磷爐渣帶來環境二次污染、浪費爐渣中蓄含的能量、制備微晶玻璃成本高等問題，采用熔融法、澆注成型制備微晶玻璃；基礎玻璃澆注成型時，通過有效控制成型方式(金屬模具預熱溫度、退火溫度、退火時間等)和成型速度，可以消除成型破裂和分層問題，減少微晶玻璃中氣孔，提高顯微結構的致密性，提高 成品率和產品的質量。
圖1為本發明微晶玻璃的工藝流程示意 圖2為本發明實施例1核化、晶化速率條件下與過快的核化晶化升溫速率條件下制得的微晶玻璃XRD圖譜對比示意 圖3為本發明實施例1制得的微晶玻璃整體及斷面示意 圖4為本發明實施例1制得的微晶玻璃的掃描電子顯微鏡圖(SEM)；
圖5為本發明實施例2制得的基礎玻璃示意 圖6為本發明實施例4制得的微晶玻璃的XRD圖譜；
圖7為本發明實施例4制得的微晶玻璃的SEM圖。
具體實施例方式通過附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明保護范圍不局限于所述內容，在實施例中富含二氧化硅輔料，使用市售的化學純石英砂或石英尾砂(SiO2含量90%),輔料氧化鋁為市售的化學純氧化鋁。實施例1:取云南省某磷化工廠I排出的熔融態黃磷爐渣為原料，制備微晶玻璃，該原料化學成分見表I所示，具體操作如下:
表1:云南省某磷化工廠I的熔融態黃磷爐渣的成分
權利要求
1.一種熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術，其特征在于按如下步驟進行 (1)根據CaO-Al2O3-SiO2三元系相圖確定制備微晶玻璃的原料配方，其中黃磷爐渣占原料總量的51 78wt%,富含SiO2輔料占19 38wt%,輔料Al2O3占2. 4 llwt% ； (2)粉碎輔料至150 200目； (3)將輔料添加到熔融態黃磷爐渣中，攪拌混合均勻后在1280°C 1400°C溫度下熔化，保溫I 2h進行澄清，制得基礎玻璃熔液； (4)澄清后的基礎玻璃原料經澆注成型，然后在600°C 650°C下保溫Ih 2h后退火； (5)退火后進行核化、晶化處理，再次退火后，即得到微晶玻璃。
2.根據權利要求I所述的熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術，其特征在于核化溫度為740°C 800°C，核化升溫速率為3°C 8°C /min，核化時間I. 5h 3h，晶化溫度為1000°C 1080°C，晶化升溫速率2°C 5°C /min,晶化時間I. 5h 2. 5h。
3.根據權利要求I所述的熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術，其特征在于富含SiO2輔料為石英砂、石英尾砂和廢玻璃中的任一種，輔料中SiO2的含量大于70%。
全文摘要
本發明公開了一種熔融態黃磷爐渣制備微晶玻璃的工藝技術，屬于微晶玻璃(建筑材料)制造領域，本方法通過備料、配料、熔化、澄清、澆注成型、退火、微晶化處理等過程制得微晶玻璃，并在成型時解決了基礎玻璃內應力殘余的問題，控制適宜的核化、晶化升溫速率，可獲得到性能優良的微晶玻璃；降低了原料成本，具有顯著的經濟效益；同時減少黃磷爐渣的堆放量，有利于保護生態環境。
文檔編號C03C6/10GK103253867SQ20131018682
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月20日 優先權日2013年5月20日
發明者黃小鳳, 覃揚頌, 王重華, 馬麗萍, 蔣明, 范瑩瑩, 王磊, 馬艷華, 劉紅盼, 付建秋 申請人:昆明理工大學