一种羟基磷灰石结晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种羟基磷灰石结晶玻璃及其制备方法，组分包括：SiO240.69~42.59%，Al2O312.65~13.20%，CaO23.09~23.94%,MgO1.34~5.36%，P2O59.22~9.57%，剩余组分8.99-9.36%。本发明专利技术结晶玻璃以废水沉降物为主要原料，无需固液分离和洗涤、干燥等过程，能够较为快捷的制备出含有羟基磷灰石晶相的结晶玻璃，既为该废水沉降物的回收利用提供了一种新的思路，变废为宝，又降低了羟基磷灰石结晶玻璃的制备成本，所得到的羟基磷灰石结晶玻璃应用前景广阔，附加值高，便于工业化推广应用，为企业废水沉降物回收利用提供了动力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更具体的涉及以废水沉降物为主要原料的羟基磷灰石结晶玻璃及其制备方法。
技术介绍
羟基磷灰石材料广泛用于生物、医学、吸附与分离领域，具有良好的应用前景。制备羟基磷灰石材料的方法主要有共沉淀、溶胶-凝胶、水热合成等方法。这些方法各有优缺点，不论采用哪种方法，目前主要以含钙、磷的工业或化学试剂为原料，并在液态条件下进行反应形成羟基磷灰石。所得产物需要经仔细洗涤后获得羟基磷灰石或其前驱体，前驱体需煅烧才能转化为羟基磷灰石。上述制备羟基磷灰石的过程较复杂，且固液分离后排放的废水仍需要进一步处理，否则将产生污染问题。废水处理是工业生产与发展过程中的面临的紧迫任务。FCC催化剂即流化床催化裂化催化剂，其生产过程中会产生大量废水，通过絮凝沉降处理后已能实现达标排放，但所得沉降物目前仍无有效回收方法，大量堆积仍会污染环境。此前，本课题组已经对该废水沉降物进行过研究，得到了其重新回收的方法，并申请了专利(201210336046.1)，这为催化剂废水沉降物的无害化、资源化提供了思路。迄今为止，尚未发现利用该废水沉降物制备高附加值羟基磷灰石结晶玻璃的报道。如果既能将沉降物回收利用，又不会产生新的废弃物，将会具有很好的经济和环保效益。
技术实现思路
本专利技术提供了一种羟基磷灰石结晶玻璃，该玻璃在生物、医学、吸附与分离等领域有很好的应用前景。本专利技术还提供了该羟基磷灰石结晶玻璃的制备方法，该方法以流化床催化裂化催化剂厂家废水沉降物为主要原料，在完全固态条件下制备出含高附加值羟基磷灰石的结晶玻璃，制备过程中废水沉降物被完全固化，无废物出现，该方法操作简单，易于实施，所得结晶玻璃可进一步破碎或磨制成结晶玻璃粉使用，应用价值高。本专利技术中，所述的“羟基磷灰石结晶玻璃”指的是玻璃原料经高温熔化、成型冷却后不用经过进一步的热处理即可析出羟基磷灰石晶相的玻璃，结晶玻璃中仅含有羟基磷灰石晶相。本专利技术主要是提供一种含有羟基磷灰石晶相的结晶玻璃。本专利技术通过对玻璃中Si02、Al203、Ca0、Mg0、P205这5种组分的含量设计，使玻璃不用经热处理可以直接析出羟基磷灰石晶相。在玻璃配料中，本专利技术优选以废水沉降物为原料，使废水沉降物与其他原料组合能够制成含有羟基磷灰石的结晶玻璃。羟基磷灰石结晶玻璃与普通玻璃相比为高附加值产品，不仅能使废水沉降物得到合理有价值的利用，变废为宝，还使企业从废弃物回收利用中得到实惠，降低了企业处理固体废弃物的成本，为企业解决废弃物污染提供了动力。本专利技术具体技术方案如下:本专利技术羟基磷灰石结晶玻璃，包括以下质量百分比的组分:S12 40.69~42.59%，Al2O3 12.65^13.20%, CaO 23.09?23.94 %, MgO 1.34^5.36%, P2O5 9.22~9.57%，剩余组分8.99-9.36%ο本专利技术结晶玻璃组成中，Si02、Al2O3、CaO、MgO、P2O5这五种组分的含量之和为90.64~91.01%。剩余组分是由原料带入的、除这5种组分之外的其他组分。本专利技术结晶玻璃的配方中，Si02、Al2O3、CaO、MgO、P2O5这五种组分是形成羟基磷灰石晶相的关键组分，在设计玻璃组成时，主要是确定Si02、Al2O3 , CaO、MgO、P2O5这五种关键组分在结晶玻璃中的含量。其中，S12与Al2O3的质量比为3.20~3.23:1，A1203与CaO的质量比为0.53-0.57:1时，更易于析出羟基磷灰石晶相。P2O5不仅为羟基磷灰石晶相提供磷，同时还能起到促进玻璃析晶的作用，其对玻璃晶相的形成有重要作用，不引入匕05，不能产生羟基磷灰石晶相。此外，MgO含量也确定羟基磷灰石晶相能否形成，若MgO含量高于前述范围，玻璃不经热处理不能制得含有羟基磷灰石晶相的结晶玻璃。本专利技术结晶玻璃的配方中，剩余组分依据所选用的原料的不同而略有不同。剩余组分是原料中引入的、除上述5种关键组分之外的其他成分，这些剩余组分对结晶玻璃中羟基磷灰石晶相的形成影响不大。本专利技术结晶玻璃，优选以废水沉降物为原料，以降低成本，也为废水沉降物的回收提供一种途径。优选的，以FCC催化剂废水沉降物为原料。所述FCC催化剂废水沉降物为流化床催化裂化(FCC)催化剂的生产废水经絮凝工艺处理所得的沉降物(简称FCC催化剂废水沉降物或者废水沉降物，下同)。所述FCC催化剂废水沉降物煅烧处理后包括以下成分:Na2O 6-10wt%, S12 46-65wt%, Al2O3 18-25wt%, CaO 6~10wt%, MgO 0.31~0.92%，其余成分<15wt%。其余成分包括:S03、其他金属氧化物、催化剂残留物等成分，其中SO3成分含量在2-3%，其他金属氧化物包括K20、Fe203及催化剂残留物主要为过渡金属及稀土元素如La、Cu、N1、Cr 等。本专利技术结晶玻璃在制备时，所述S12可以由FCC催化剂废水沉降物和硅砂引入；所述Al2O3可以由FCC催化剂废水沉降物引入；所述CaO可以由FCC催化剂废水沉降物和石灰石引入或由废水沉降物、石灰石和白云石共同引入；所述MgO可以由FCC催化剂废水沉降物单独引入或由废水沉降物和白云石共同引入；所述P2O5可以由磷酸二氢铵引入。本专利技术结晶玻璃在原料选取时，优选以FCC催化剂废水沉降物为主要原料，该废水沉降物中含有Si02、A1203、CaO、MgO等成分，以Si02、A1203、CaO为主，这些都是结晶玻璃的关键组分。当选择FCC催化剂废水沉降物为原料时，虽然沉降物中含有部分结晶玻璃的组成成分，但是仅废水沉降物无法达到本专利技术结晶玻璃配方的要求，因此在废水沉降物的基础上，还需要引入其他的原料。本着FCC催化剂废水沉降物用量最大化的原则，本专利技术原料的选取和用量的选择原则是:结晶玻璃中氧化铝组分的全部含量仅由废水沉降物提供，同时废水沉降物还会引入Si02、CaO、MgO成分，但是这些成分的含量还达不到要求，因此在确定了 FCC催化剂废水沉降物用量的基础上，通过其他原料的引入来补充除氧化铝以外的含量不足的其他成分。上述指出的是FCC催化剂废水沉降物利用率最大的原料选取方式，在此种情况下，经换算，废水沉降物在原料中的含量在50%以上，利用率高。但是，本专利技术原料的选取并非局限与上述优选方式，在本专利技术原料的选择原则的指导下，只要能满足本专利技术结晶玻璃的配方，也可以采用其他的原料组合方式。进一步的，除了满足结晶玻璃的配方所选择的原料外，还可以加入一些使制备更为简便易行的原料，例如加入废水沉降物的lwt%的萤石作为助熔剂。当以废水沉降物、硅砂、白云石、石灰石、磷酸二氢铵为原料时，结晶玻璃的剩余组分即为这些原料中引入的除了 Si02、Al2O3 , CaO、MgO、P2O5之外的成分，主要是废水沉降物中的其他成分，例如Na20、SO3, K2O, Fe2O3、过渡金属及稀土元素氧化物等。这些成分以及含量不会影响羟基磷灰石的形成，因为剩余成分的不同会使结晶玻璃的其他性能有一定差异，例如化学稳定性、密度、颜色、热膨胀等。当以废水沉降物、磷酸二氢铵、硅砂、石灰石、白云石为原料时，原料经高温熔化、成型冷却后可直接获得羟基磷灰石结晶玻璃。但是废水沉降物作为结晶玻璃的原料时，需要经过预先的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羟基磷灰石结晶玻璃，其特征是包括以下质量百分比的组分：SiO2 40.69~42.59%，Al2O3 12.65~13.20%，CaO 23.09~23.94 %, MgO 1.34~5.36%，P2O5 9.22~9.57%，剩余组分8.99‑9.36%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世权，王衍升，李娜，曲慧，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37