多孔微晶玻璃及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔微晶玻璃及其制造方法，属于微晶玻璃过滤材料领域。特点是：以粉煤灰、稀选尾矿为原料，用水淬法，制备出ＣａＯ－ＭｇＯ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］－ＳｉＯ↓［２］系统的玻璃粉末；添加造孔剂的方法，制备出以开口气孔为主的多孔微晶玻璃。本发明专利技术中的稀选尾矿不仅含有制备微晶玻璃所需的主要化学成分，且富含的稀土、铌、萤石可作为复合晶核剂，通过“双碱效应”，使成核活化能降低，促进玻璃的核化和晶化，使微晶更为细小，从而提高微晶玻璃的机械性能，同时也使生产该多孔微晶玻璃的成本大幅降低；调整造孔剂的种类、粒度、用量及成型压力，可以制得满足不同过滤对象的、气孔率和孔径分布可调的高强度的连通气孔的多孔微晶玻璃。

Porous glass ceramics and process for producing the same

The invention relates to a porous microcrystalline glass and a manufacturing method thereof, belonging to the field of glass ceramic filtering material. The characteristic is: the fly ash and tailings as raw material, water quenching method, the preparation of CaO - MgO - Al: 2 O: 3 SiO: 2 system glass powder; adding pore forming agent, preparation of porous glass ceramics with open pores. Tailings not only contains the main chemical composition of glass preparation required in the invention is rare, and rich in rare earth, niobium, fluorite can be used as composite nucleating agent, through the \double base\ effect, the nucleation activation energy decreased, promote the nucleation and crystallization of glass ceramics, so that more small, so to improve the mechanical properties of glass ceramics, but also make the production of porous glass ceramics cost is greatly reduced; adjust the type, particle size and amount of pore forming agent and molding pressure, can be prepared to meet the high strength adjustable porous continuous pore porosity and pore size distribution of different objects, filtering of the glass ceramics.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于微晶玻璃过滤材料领域。二
技术介绍
我国是一个环境污染比较严重的国家。其中水污染是一个重要方面。目前我国的水污染 治理技术还欠发达，影响了治理的效果。因此急需加大水污染治理力度，今后我国环保行业 尤其是水处理行业的发展将十分迅速。过滤材料是一类质轻、多孔、对溶液或气体具有过滤、净化作用的材料，属环保型材料。 这类材料除用于气体、液体的过滤净化外，也用于气体、液体的吸附、催化、离子交换等。 因此，这类材料在石油、化工、饮料、酿酒、啤酒、食用油、制糖，制药、饮用水、污水处 理、气休吸附等领域的用途十分广泛，特别是近年来，随着人们环保意识的不断增强、健康 意识的大大提高，将会使这类材料的应用要求显著增加。我国环保行业尤其是水处理行业的 发展十分迅速，对过滤材料的需求也将越来越大。目前应用最广泛的过滤材料主要有陶瓷过滤材料(人造过滤材料)和天然的矿物过滤材料两大类。陶瓷过滤材料包括泡沫陶瓷、空心球材料、蜂窝陶瓷等；矿物过滤材料包括硅藻土、 沸石、浮石、膨胀珍珠岩以及膨润土、高岭石、海泡石等多孔材料。多孔微晶玻璃是一种新 型的绿色环保材料。它是一种在玻璃相中均匀分布着大量的气孔和晶体的高强度材料。充分 利用多孔微晶玻璃的多孔性，高强度的性能特点，将其用作过滤材料,可大大提高水处理效 率。同时，多孔微晶玻璃还可作为牛物酶或各种催化剂载体，在有机污水的生物降解工艺中发 挥重要作用。现行制备出来的多孔泡沫微晶玻璃具有独立气泡结构，体积密度很小，导热系数小，保 温绝热性好，其气泡结构大多为封闭气孔，不满足作为过滤材料的要求，因此主要用作复合 墙体材料的保温绝热组成部分。矿渣微晶玻璃是微晶玻璃的一个重要类别，利用工业固体废 弃物制备多孔微晶玻璃，不仅生产成本低，还有利于固体废弃物的资源化。目前，以工业固 体废弃物制备多孔微晶玻璃的研究尚未见文献报道。过滤材料要求以开口气孔和贯通气孔为主，孔径一般为微米级，根据原料的特性，许多 用于制备多孔陶瓷的方法都可以用来制备多孔微晶玻璃，主要有粉末烧结法，发泡法，添加 造孔剂法，有机泡沫浸渍法，溶胶一凝胶法等。目前制造泡沫微晶玻璃的方法大多以废玻璃 为主要原料，添加发泡剂、形核剂、改性剂、促进剂等，经细粉碎和均匀混合成配合料，放置在特定模具中在750-90(TC下加热，使玻璃软化、发泡、退火形成一种内部充满无数均匀 封闭气泡的泡沫微晶玻璃材料。这种方法在制造过程中需要补加添加剂、形核剂，且晶化率 低，抗压和抗折强度小，主要用作复合墙体材料的保温绝热组成部分，不能用作滤材。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用粉煤灰、稀选尾矿等工业固体废弃物制造的 多孔微晶玻璃。该多孔微晶玻璃具有三维开孔结构、孔径分布适当、孔隙率高、耐腐蚀且具 有高强度，能满足不同过滤对象对过滤材料的要求，达到对工业固体废弃物进行综合利用， 降低生产成本，减少环境污染的目的。技术方案是以粉煤灰，稀选尾矿为主要原料，采用水淬法，制备出CaO-MgO-Al203-Si02系统的玻璃 粉末；采用添加造孔剂的方法，烧结制备以开口气孔为主的多孔微晶玻璃。 制备时包括以下步骤1、 按重量百分比组成粉煤灰15-30%、稀选尾矿20-35%、石英砂20-30%、白云石15-20%、 锂辉石3-7%称取原料；2、 将原料放入盘式混料机混料3-5min;3、 将混合均匀的原料放入坩埚炉中熔化，熔化温度为1450-148(TC，熔制时间为2-3h， 将熔制好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到水淬的玻璃颗粒，将其干燥，保存备用；4、 将干燥的玻璃颗粒在球磨机上研磨成粒度为200目的粉料，称取100重量份玻璃粉料 与60 120重量份的造孔剂混合，然后再加入混合料质量分数3%的聚乙烯醇水溶液，混合造 粒，在70-120MPa压力下成型，室温干燥24小时，得到生坯；5、 采用以下两种方式烧成(1) 将干燥后的生坯放入高温箱式电阻炉中，先以2-3'C/min升温速度至30(TC，再以 8。C/min升温至1050-1 IO(TC，在此温度下保温1-2h,然后以1(TC/min降温至770。C，再以2°C /min的升温速率缓慢升温至870-92(TC，并保温l_3h，使烧结材料充分析出所需的主晶相， 晶化完成后，烧结坯体随炉冷却至室温。(2) 将干燥后的生坯放入高温箱式电阻炉中，先以2-3'C/min升温至3(XTC，再以7-8°C /min升温至750-790°C，在此温度下保温1-2h;然后以5°C/min升温至850-90(TC，并保温 2-3h，同时完成晶化和烧结两个过程后，烧结坯体随炉冷却至室温。所述的多孔微晶玻璃的基础玻璃化学组成范围为Si02 40~50%，A1A 7~12%，CaO 14~18%， MgO 3 7%， FeO十FeA 7~13%。所述的稀土尾矿粉和粉煤灰的粒度均为200目。 所述的聚乙烯醇水溶液的浓度为5%。 所述的造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵或氯化铵。 所述的造孔剂粒度为325-400目。本专利技术利用粉煤灰、稀选尾矿制造多孔微晶玻璃的方法，具体地说，主要是利用丁业同 体废弃物制备出具有三维开孔结构、孔径分布适当、耐腐蚀且具有高强度的多孔微晶玻璃过 滤材料。本专利技术的有益积极效果(1) 提供一种以粉煤灰和稀选尾矿为主要原料制造多孔微晶玻璃的方法。达到对工业废 弃物进行综合利用，降低生产成本，减少环境污染的目的。同时，利用工业废渣属于环保项 目，还可以享受减免税收的待遇，降低微晶玻璃的生产成本。(2) 包钢稀选尾矿中不仅含有制备微晶玻璃所需的主要化学成分，且富含的稀土、铌、 萤石可作为复合晶核剂，通过"双碱效应"，使成核活化能降低，促进玻璃的核化和品化， 使微晶更为细小，从而提高微晶玻璃的机械性能，同时也使生产的该矿渣微晶玻璃的成本大 幅降低。(3) 调整造孔剂的种类、粒度、用量及成型压力，可以制得满足不同过滤对象的、气孔 率和孔径分布可调的具有卨强度的连通气孔的多孔微晶玻璃。(4) 以多孔微晶玻璃代替多孔陶瓷作滤材，相当于以工业废弃物替代黏土等矿产资源， 避免了矿山开采与取土所造成的环境破坏，节约土地。四附图说明图1是本专利技术的工艺流稃图。五具体实施例方式实施例1:配方所用粉煤灰取自包头市郊第一热电厂，稀选尾矿粉取自包钢稀土厂，化学成分见 表1和表2，粒度为200目。基础玻璃的化学组成(Wt%)为Si02Al":,Ca0 Mg0 Fe0+ Fe20:i 其它48.32 9.415.65 3.87 8.22 14.322. 配料与混料按质量百分比为20%粉煤灰、27°/。稀选尾矿粉、30%石英砂、16%白云石、 7%锂辉石进行配料。用盘式混料机混合，混料时间为3-5min。3. 熔融与水淬将混合均匀的原料放入坩埚炉中熔化，熔化温度为1450'C，熔制时间为 2.5h，将熔制好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到水淬的玻璃颗粒，将其干燥，保存备用。4. 玻璃粉的制备与成型将干燥的玻璃颗粒在球磨机上研磨，使其能过200目筛，将IOO 重量份玻璃粉料、100重暈份粒度《325目的碳酸氢铵分别称取，混合，然后加入混合料质量 分数3%的聚乙烯醇水溶液(浓度5%)，混合造粒，在lOOMPa压力下成型本文档来自技高网...

【技术保护点】
多孔微晶玻璃的制造方法，其特征在于：由下列原料的重量百分比组成：粉煤灰１５－３０％、稀选尾矿２０－３５％、石英砂２０－３０％、白云石１５－２０％、锂辉石３－７％。　工艺步骤如下：　１）混料：将原料放入盘式混料机混合，混料时间：３－５ｍｉｎ；２）熔融与水淬：将步骤１）混合均匀的原料放入坩埚炉中熔化，熔化温度为１４５０－１４８０℃，熔制时间为２－３ｈ，将熔制好的玻璃液迅速倾入冷水中，得到水淬的玻璃颗粒，将其干燥，保存备用；　３）玻璃粉的制备与成型：将干燥的玻璃颗粒在球磨机上研磨，粒度：２００目，称取１００重量份玻璃粉料与６０～１２０重量份的造孔剂混合，造孔剂粒度：３２５－４００目，然后再加入混合料质量分数３％的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液的浓度５％，混合造粒，在７０－１２０ＭＰａ压力下成型，室温干燥２４小时，得到生坯；　４）烧成：采用以下两种烧成制度中的一种：（１）将干燥后的生坯放入高温箱式电阻炉中，先以２－３℃／ｍｉｎ升温速度至３００℃，再以８℃／ｍｉｎ升温至１０５０－１１００℃，在此温度下保温１ｈ，然后以１０℃／ｍｉｎ降温至７７０℃，再以２℃／ｍｉｎ的升温速率缓慢升温至８７０－９２０℃，并保温１－３ｈ，使烧结材料充分析出所需的主晶相，晶化完成后，烧结坯体随炉冷却至室温；　（２）将干燥后的生坯放入高温箱式电阻炉中，先以２－３℃／ｍｉｎ升温至３００℃，再以７－８℃／ｍｉｎ升温至７５０－７９０℃，在此温度下保温１－２ｈ；然后以５℃／ｍｉｎ升温至８５０－９００℃，并保温２－３ｈ，同时完成晶化和烧结两个过程后，烧结坯体随炉冷却至室温。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李保卫，贾晓林，闫红宾，张雪峰，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]