[发明专利]一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法。按重量百分比计，基础玻璃成分包括：煤矸石：50～70％、硅砂：8～25％、纯碱：8～15％、方解石：3～8％、氟化钙：5～10％；换算成氧化物为：SiO₂：50～60％、CaO：10～20％、Na₂O：5～10％、Al₂O₃：20～25％、F：2～5％、MgO：0～5％、K₂O：1～5％、Fe₂O₃：1～5％、TiO₂：0～5％。本发明设计的煤矸石高铝微晶玻璃体系，对煤矸石固废的包容性好，消纳性强，力学性能优异；通过优化设计玻璃基础组分与微晶玻璃热处理制度，可以实现煤矸石固废的大掺量高值化利用；本发明的制备方法配料简便、生产工艺简单。

技术领域

本发明涉及微晶玻璃材料技术领域，尤其是涉及一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

微晶玻璃是指加有晶核剂(或不加晶核剂)的特定组成的基础玻璃，在一定温度制度下进行晶化热处理，在玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。通过控制微晶的种类数量、尺寸大小等，可以获得不同物化性能的微晶玻璃材料。微晶玻璃集合了陶瓷与玻璃的特点，是一类独特的新型材料。微晶玻璃不仅拥有玻璃的软化温度高、电绝缘性能好、化学稳定性等基本优点，又拥有陶瓷的耐磨性好、硬度大、机械强度大、热稳定性好、膨胀系数可调等优点。因而作为结构材料、技术材料、光学和电学材料、建筑材料、装饰材料等广泛应用于电子、化工、生物医学、机械工程、军事、建筑及生活各个领域，具有广泛应用前景。

高铝硅酸盐玻璃是一种铝含量和碱含量都很高的玻璃，一般由SiO₂和Al₂O₃作为主要原料，Al₂O₃含量通常达到18wt％以上。高铝玻璃具有强度大、硬度高、耐磨损、韧性强、化学稳定性好等特点，因其优异的力学性能，在汽车、高铁、航空航天、风电、电子显示等领域具有良好的应有前景。

煤矸石作为煤炭生产过程中被分离出来的低品位固体废弃物在逐年累积，是我国排放量最大的工业固废之一。目前，煤矸石以粗加工利用为主、附加值较低、综合利用率低，急需开发高附加值煤矸石资源化利用新产品。煤矸石因其自身含有大量的SiO₂和Al₂O₃，是非常理想的制备高性能微晶玻璃的原材料之一。但由于煤矸石固废自身成分波动大、资源化工艺环节多等问题，导致制成的微晶玻璃结构与性能不稳定，从而对微晶玻璃的大规模应用造成一定影响，使得煤矸石大规模应用仍存在一定的困难。例如，由于煤矸石化学成分复杂，除常规的SiO₂和Al2O₃外，还含有Fe₂O₃、TiO₂、P₂O₅等易促进玻璃析晶的成分，限制了大掺量煤矸石固废应用于制备微晶玻璃材料。俞建长等人利用约50wt％的煤矸石固废，制备出CaO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃。宋建军等人利用煤矸石固废制备出β-硅灰石相微晶玻璃，煤矸石用量占含料的33-47wt％。管艳梅等人将80wt％磷渣与20wt％煤矸石均匀混合经高温熔融后制备基础玻璃，运用烧结法制备出CaO-Al₂O₃-SiO₂系建筑微晶玻璃。可见，现有的微晶玻璃体系对煤矸石的包容率均不高。

因此，寻求一种对煤矸石固废的包容性好、消纳性强、力学性能优异的基础玻璃组成体系，对不断提升煤矸石固废的综合利用率和开发高值化利用产品，最终实现煤矸石固废变废为宝具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种大掺量煤矸石高铝微晶玻璃及其制备方法，解决现有技术中无法获得煤矸石包容率高且力学性能优异的微晶玻璃的技术问题。