白泥在制備鋁硅酸鹽玻璃中的用途、鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及白泥在制備鋁硅酸鹽玻璃中的用途、鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法，利用粉煤灰“一步酸溶法”工藝制取氧化鋁后產(chǎn)生的尾渣經(jīng)水洗至中性，然后在850℃～950℃下高溫煅燒1.0～1.5小時獲得的白泥為主要原料，加入適量MgO、CaO及B2O3，制備鋁硅酸鹽玻璃，充分利用了白泥中硅含量較高的這一特性，降低了原料成本，且制備的鋁硅酸鹽玻璃機械性能較強，化學(xué)穩(wěn)定性較好，為白泥的利用提供了新思路。
【專利說明】白泥在制備鋁硅酸鹽玻璃中的用途、鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白泥在制備鋁硅酸鹽玻璃中的用途、鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著“循環(huán)經(jīng)濟模式”理念的深入人心，粉煤灰治理和利用技術(shù)也在日趨成熟，尤其是從粉煤灰中提取氧化鋁的技術(shù)在日益完善，如CN102145905A公開的“一步酸溶法”粉煤灰制取氧化鋁工藝、堿熔法粉煤灰制取氧化鋁工藝等；然而不論何種粉煤灰治理和利用技術(shù)都會產(chǎn)生大量尾渣，尾渣的利用與處理方式也各有不同，大體可以分為兩種方式，一種方式是從尾渣中繼續(xù)提取經(jīng)濟價值較高的化合物，如專利號201010257636.6的“一種粉煤灰中提取二氧化硅的方法”等，這種方式的缺點是提取后的殘渣仍面臨著二次污染的問題，且未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；另一種方式是利用尾渣制取水泥、蒸養(yǎng)磚等建材，如專利號200410090949.1的“利用粉煤灰和石灰石聯(lián)合生產(chǎn)氧化鋁和水泥的方法”，這種方式的缺點是產(chǎn)品附加值低，而且后續(xù)處理工藝復(fù)雜，需要投入大量的外加劑，沒有真正發(fā)揮出尾渣中硅含量高這一資源性特點。
[0003]白泥是采用“一步酸溶法”通過粉煤灰制取氧化鋁后的尾渣，經(jīng)水洗至中性，然后在850°C~950°C下高溫煅燒1.0~1.5小時獲得。粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁的工藝可以參見專利文獻CN102145905A。在工程中，常用白泥作為填墊地基,然而白泥的消耗量相比巨大的排放量依然較低，大量的白泥只能堆放閑置，不僅占用寶貴的土地資源，還可能對環(huán)境造成污染。
[0004]鋁硅酸鹽玻璃是以氧化硅和氧化鋁為主要成分的玻璃，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、機械強度，較低的熱膨脹系`數(shù)，廣泛應(yīng)用于制造無堿玻璃纖維、化工玻璃管道、高壓液位計玻璃、齒燈玻璃殼、無堿基片等，是一種用量較大的特種工業(yè)玻璃。在鋁硅酸鹽玻璃原料的配置過程中，需要按比例將大量的原料混合均勻，混料時間長、能耗大，且原料成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種白泥在制備鋁硅酸鹽玻璃中的原料的用途、鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法，針對目前白泥綜合利用能力不足的問題，提供了一種新的白泥利用思路和技術(shù)。
[0006]本發(fā)明中的白泥是粉煤灰通過“一步酸溶法”制取氧化鋁后的尾渣，具體地，是粉煤灰通過“一步酸溶法”溶解氧化鋁后，經(jīng)水洗至中性，然后在850°C~950°C下高溫煅燒1.0~1.5小時獲得。粉煤灰”一步酸溶法”提取氧化鋁的工藝可以參見中國專利CN102145905A。
[0007]本發(fā)明提供的白泥用作制備鋁硅酸鹽玻璃的用途，以白泥作為制備鋁硅酸鹽玻璃的主要原料，其中基于原料的總重量，白泥的量為73.53wt%-95wt% ;優(yōu)選地，白泥的量為75wt%-92wt%,;進一步優(yōu)選地，白泥的量為80wt%-90wt%。
[0008]優(yōu)選地，所述白泥包括60-70wt% 的 Si02、10-25wt% 的 A1203、l_4wt% 的 Ti02、l-4wt%的Mg0、2-6wt%的CaO，所述Si02、A1203、TiO2, MgO、CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
[0009]進一步優(yōu)選地，所述白泥包括62_68wt% 的 Si02、14_21wt% 的 A1203、1.5-3.5wt% 的TiO2U.5-3.5wt% 的 Mg0、3-5.5wt% 的 CaO，所述 Si02、A1203、Ti02、Mg0、CaO 的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
[0010]本發(fā)明提供的鋁硅酸鹽玻璃的制備方法包括:
[0011]a、將 73.53-96wt% 的白泥，0.09-9.5wt% 的 MgO, 0.07-9.07wt% 的 CaO,以及2-12wt%的B2O3配置為混合料，上述質(zhì)量百分比以所述混合料為基準；
[0012]b、將所述混合料置于玻璃窯中熔融，然后放入成型模具中，退火處理；
[0013]所述白泥為粉煤灰通過一步酸溶法制取氧化鋁后形成的尾渣，經(jīng)水洗至中性，然后在850°C~950°C下高溫煅燒1.0~1.5小時獲得。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，步驟a中，將75_92wt%的白泥，2-8wt%的MgO，l-6wt%的CaO，以及4-8wt%的B2O3配置為混合料，上述質(zhì)量百分比以所述混合料為基準。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，所述白泥包括60_70wt%的Si02、10_25wt%的Al203、l-4wt% 的 Ti02、l-4wt% 的 Mg0、2_6wt% 的 CaO，所述 Si02、Al203、Ti02、Mg0、Ca0 的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上；`進一步優(yōu)選地，所述白泥包括62-68wt%的Si02、14-21wt%的Al2O3U.5-3.5wt% 的 TiO2U.5-3.5wt% 的 MgO,3-5.5wt% 的 CaO，所述 Si02、Al203、Ti02、Mg0、CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，所述混合物料在玻璃窯中的熔融溫度為15000C -1650°C ;熔融時間為 2h-5h ;退火時間 20min_120min。
[0017]本發(fā)明還提供根據(jù)上述方法制備的鋁硅酸鹽玻璃。
[0018]本發(fā)明完全利用了粉煤灰制取氧化鋁之后的尾渣，實現(xiàn)了對尾渣的充分利用。使用白泥作為制備鋁硅酸鹽玻璃的主要原料，充分利用了白泥中硅含量較高的這一特性，降低了原料成本，且制備的鋁硅酸鹽玻璃機械性能較強，化學(xué)穩(wěn)定性較好，為白泥的利用提供了新思路，具有非常重要的現(xiàn)實意義。白泥制備鋁硅酸鹽玻璃技術(shù)研發(fā)成功后，將縱深延長煤炭循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，不僅對處理粉煤灰的末端工藝開拓了新應(yīng)用范圍，也為目前鋁硅酸鹽玻璃的生產(chǎn)工藝提供了廉價的原料來源，同時還為我國處理粉煤灰污染提供技術(shù)支持，積極響應(yīng)了國家十二五規(guī)劃綱要的精神。白泥制備鋁硅酸鹽玻璃的工藝既可以減少占地面積、延長灰場使用壽命，又可以減少白泥堆放帶來的二次污染，改善環(huán)境。白泥存放處理費用20元/噸，按照年排放量為150萬噸計算，將至少節(jié)約費用3000萬元，同時鋁硅酸鹽玻璃的原料價格為500元/噸，白泥利用后成本降低到300元/噸，按照處理白泥150萬噸計，將至少節(jié)約鋁硅酸鹽玻璃的生產(chǎn)成本為3億元。因此，白泥制備鋁硅酸鹽玻璃不僅有極大的社會效益，同時為企業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟收入。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明提供了一種鋁硅酸鹽玻璃的制備方法，在本發(fā)明的方法中，直接以白泥作為原料，僅添加一定量的MgO、B2O3和CaO，對玻璃的拉伸、穩(wěn)定性、粘度等性質(zhì)進行調(diào)節(jié)，從而生產(chǎn)物合格的鋁硅酸鹽玻璃。
[0020]在本發(fā)明中，作為原料之一的白泥為利用“一步酸溶法”從粉煤灰制取氧化鋁后的干燥尾渣，即在粉煤灰經(jīng)過“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁的工藝中，粉煤灰在進行酸(鹽酸)溶解時，粉煤灰中原有的對鋁硅酸鹽玻璃有害的鐵、以及部分鎂和鈣被溶出，剩余的不溶物經(jīng)過水洗、過濾、干燥處理后即為本發(fā)明的白泥。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，其中包括60-70wt%的Si02、10-25wt% 的 Al2O3'l-4wt% 的 Ti02、l_4wt% 的 Mg0、2_6wt% 的 CaO,所述 Si02、Al2O3' TiO2'MgO、CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上，余量為雜質(zhì)，比如K20、Na2O等其它物質(zhì)(這里其它物質(zhì)為白泥中不可避免的雜質(zhì)，比如氧化鐵、氧化鋯、氧化鍶和氧化磷等)，經(jīng)發(fā)明人研究，這些余量的雜質(zhì)并不會影響鋁硅酸鹽玻璃的制備。優(yōu)選地，所述白泥包括62-68wt%的 SiO2,14-21wt% 的 Al2O3U.5-3.5wt% 的 TiO2U.5-3.5wt% 的 MgO,3-5.5wt% 的 CaO,所述Si02、Al203、Ti02、Mg0、Ca0的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上，余量為雜質(zhì)。
[0021]所述白泥無需進行進一步的處理，充分利用尾渣中二氧化硅含量高的特性，十分適于用作生產(chǎn)鋁硅酸鹽玻璃的原料，其用量可以占整個原料的73.53-96%;優(yōu)選地，所述白泥的用量可以占整個原料的75-92%;進一步優(yōu)選地，所述白泥的用量可以占整個原料的80-90%ο
[0022]在本發(fā)明的鋁硅酸鹽玻璃的制備方法中，步驟a為以重量計，將73.53_96wt%的白泥，0.09-9.5wt% 的 MgO,0.07-9.07wt% 的 CaO,以及 2_12wt% 的 B2O3 配置為混合料。優(yōu)選地，將75-92wt%的白泥，2-8wt%的MgO，l_6wt%的CaO，以及4_8wt%的B2O3配置為混合料，上述質(zhì)量百分比以所述原料為基準。
[0023]混合料中，SiO2是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面體[SiO4]的結(jié)構(gòu)組元形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，成為玻璃的骨架。Al2O3是中間體氧化物，降低玻璃的析晶傾向，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機械強度、硬度、折射率和玻璃液的粘度，同硅氧鍵相連形成玻璃骨架。B2O3是玻璃的形成氧化物，降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光澤，提升楊氏模量，提高玻璃的機械性能。CaO是二價的網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，主要起到穩(wěn)`定劑作用，增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。MgO是網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，使玻璃的硬化速度變慢，改善玻璃的成形性能，降低玻璃的析晶傾向和析晶速度，增加玻璃的高溫粘度，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。TiO2是中間體氧化物，提高玻璃的折射率和化學(xué)穩(wěn)定性，玻璃熔煉時的澄清劑。
[0024]優(yōu)選地，以重量計，所述混合料中SiO2的含量為50_65wt%, Al2O3的含量為
14.71-19.12wt%，Mg0 的含量為 2_llwt%，B2O3 的含量為 2_12wt%，CaO 的含量為 4_12wt%，TiO2的含量為2.57-3.36wt% ;進一步優(yōu)選地，以重量計，所述混合料中SiO2的含量為55_60wt%，Al2O3的含量為15.5-17.5wt%, MgO的含量為4_9wt%，B2O3的含量為5_9wt%，CaO的含量為6-10wt%, TiO2 的含量為 2.8-3.0wt%。
[0025]在本發(fā)明的制備方法中，步驟b為將所述混合料置于玻璃窯中熔融，然后放入成型模具中，退火處理。優(yōu)選地，所述混合物料在玻璃窯中的熔融溫度為1500°C -1650°C ;熔融時間為2h-5h ;退火時間20min-120min。
[0026]制備出的玻璃如果不合格還可以粉碎后與所述混合料一起返回玻璃窯。應(yīng)該理解的是，術(shù)語“熔融”不僅包括對混合料和碎玻璃的熔融，還包括相關(guān)的澄清和均化步驟，這些均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，這里不再贅述。
[0027]使用玻璃窯對物料進行熔融，其熔融方式可采用純氧爐、全電熔爐、火焰+電助熔爐。可以采用公知的平板玻璃成型方法，包括垂直引上法、壓延法、浮法、窄縫下拉法、溢流法、平拉法，或者澆鑄成板塊。所述退火處理為玻璃生產(chǎn)中的常規(guī)過程，本發(fā)明可以在退火爐中退火，退火溫度可以是550_650°C。
[0028]以下通過實施例對本發(fā)明做出更詳細的說明，但本發(fā)明并不僅限于這些實施例。
[0029]白泥的制備原料
[0030]白泥的制備原料采用某熱電廠產(chǎn)出循環(huán)流化床煤粉，其化學(xué)成分如表1所示。
[0031]表1循環(huán)流化床粉煤灰化學(xué)成分(wt%)
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種白泥的用途，以白泥作為制備鋁硅酸鹽玻璃的原料之一，所述白泥為粉煤灰通過一步酸溶法制取氧化鋁后形成的尾渣，經(jīng)水洗至中性，然后在850°C~950°C下高溫煅燒1.0~1.5小時獲得。
2.如權(quán)利要求1所述的白泥的用途，其特征在于，所述原料中白泥占73.53-96wt%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的白泥的用途，其特征在于，所述白泥包括60-70wt%的Si02、10-25wt% 的 A1203、l-4wt% 的 Ti02、l-4wt% 的 MgO、2_6wt% 的 CaO，所述 Si02、Al203、Ti02、Mg0、CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的白泥的用途，其特征在于，所述白泥包括62-68wt%的Si02、14-21wt% 的 Al2O3U.5-3.5wt% 的 TiO2U.5-3.5wt% 的 MgO,3-5.5wt% 的 CaO,所述 SiO2'A1203> TiO2, MgO, CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
5.一種鋁硅酸鹽玻璃的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
a、將73.53-96wt% 的白泥，0.09-9.5wt% 的 MgO, 0.07-9.07wt% 的 CaO,以及 2-12wt% 的B2O3配置為混合料，上述質(zhì)量百分比以所述混合料為基準； b、將所述混合料置于玻璃窯中熔融，然后放入成型模具中，退火處理； 所述白泥為粉煤灰通過一步酸溶法制取氧化鋁后形成的尾渣，經(jīng)水洗至中性，然后在850°C~950°C下高溫煅燒1.0~1.5小時獲得。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟a中，將75-92wt%的白泥，2-8wt%的MgO，l-6wt%的CaO，以及4_8wt%的B2O3配置為混合料，上述質(zhì)量百分比以所述混合料為基準。
7.如權(quán)利要求5所述 的制備方法，其特征在于，所述白泥包括60-70wt%的SiO2、10-25wt% 的 A1203、l-4wt% 的 Ti02、l-4wt% 的 Mg0、2_6wt% 的 CaO，所述 Si02、Al203、Ti02、Mg0、CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
8.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述白泥包括62-68wt%的Si02、14-21wt% 的 Al2O3U.5-3.5wt% 的 TiO2U.5-3.5wt% 的 MgO,3-5.5wt% 的 CaO,所述 SiO2'A1203> TiO2, MgO, CaO的質(zhì)量之和占白泥總量的97wt%以上。
9.如權(quán)利要求5-8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述混合料在玻璃窯中的熔融溫度為1500°C -1650°C ;熔融時間為2h-5h ;退火時間20min_120min。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求5- 9中任一項所述的制備方法制備的招娃酸鹽玻璃。
【文檔編號】C03C6/08GK103803799SQ201310687866
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】韓建國, 郭昭華, 董宏, 姬學(xué)良, 張萬德, 王強, 杜艷霞, 李超, 李長江, 黃巖 申請人:中國神華能源股份有限公司