专利名称：矿渣微晶玻璃管材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种微晶玻璃管材，特别是一种涉及以工业废渣为主要原料，采用玻璃熔化技术，经离心浇注制备的矿渣微晶玻璃管材及其制备方法。
背景技术：
随着工业的快速发展，工业废渣产生较多，如高炉渣、钢渣、尾矿、粉煤灰、赤泥等， 量大面广，没有获得很好利用。目前国内除少部分废渣用来作为路基、制水泥外，大部分露天堆放，既占用了土地，还容易造成粉尘污染、泥石流、河道淤塞等危害，废渣中的磷、氟、重金属等有害溶出物易污染水体，危害环境。工业废渣主要成份一般以Si02、CaO, A1203、MgO 等氧化物形式存在，而这些氧化物也是工业生产所需的重要原料。因此，如何合理开发工业废渣资源化技术是一项重要的课题。利用工业废渣制备的微晶玻璃称为矿渣微晶玻璃 (slag-based glass-ceramic,简称 slagceram 或 slagsitall)，因微晶玻璃具有许多优异性能而受到广泛重视，从而使利用工业废渣制备微晶玻璃成为一项“变废为宝”的可行技术。在我国2010年远景规划中，矿渣微晶玻璃被规划为国家资源综合利用行动的战略发展重点和环保治理重点。我国对矿渣微晶玻璃的研究，于1990年以来进入高峰期。虽然我国在矿渣微晶玻璃工业化生产方面作了大量探索，然而由于矿渣微晶玻璃生产的复杂性，实现矿渣微晶玻璃的工业化生产还有很多技术问题需要解决。因此，如何延伸产业链、发展循环经济，把粉煤灰、尾矿、钢渣、高炉渣等工业废渣变成新的资源，对加大环境保护力度，促进经济发展都有着重要的意义。同时，实施可持续发展战略，工业废弃物的资源回收利用和环境无害化技术为主要载体的循环经济，也是当前和未来工业废渣处理的自身需求与必然选择。目前市场上所用的矿浆输送管道材料主要以铸石和陶瓷为主。但是铸石管道强度较低，抗折强度约60MPa，抗冲击韧性差，热稳定性不高，莫氏硬度仅为7左右，产品厚度往往达到25-30mm，铸石管自重很大，造成搬运不方便，施工困难；陶瓷产品采用压制成型、烧结制备，难以制造大尺寸产品，只能将小块陶瓷粘接起来形成陶瓷内衬。这种方法耗时费力，同时由于铺贴施工不能保证内衬平滑，导致物料输送阻力大，必须通过增加管径来保证物料的输送量，一方面增加了投资，另一方面也加大了能源消耗。目前微晶玻璃的生产主要采用烧结法和压延法制造板材，采用重力浇注成型。重力浇注方法比较简单，但是重力浇注管材有很多缺点①生产效率低，生产过程繁琐；②废品率高；③容易出现气孔和缩孔等缺陷，产品的机械强度和抗磨性能降低；④模具耗损量大。因此，急需要探索新的微晶玻璃管材的制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服背景技术中的缺陷，提供一种工业废渣为主要原料，采用玻璃熔融技术，经离心浇注成型、核化和晶化，制备出性能较好的矿渣微晶玻璃管材。本发明的技术方案
一种矿渣微晶玻璃管材，是由以下方法制备的
以重量百分比计，原料为粉煤灰20-40%，白云鄂博尾矿再选矿后的矿渣20-50%，高炉渣或钢渣0-40%，石英砂15-30%，碳酸钠2-5%，硼砂3_7%，白云石或石灰石0_5%，钠长石或钾长石0-6%，分别计量后加入球磨混料机内，混合均勻，制备出混合物；将所述混合物加入玻璃熔窑中，在1350-1450°C时熔化；将熔化的熔融物浇注到离心铸管机中，进行离心铸造成型；
将成型后的管材进行退火、核化处理、晶化处理，最后将晶化后的管材以广5°C /min的速度降温，待炉温降至100°C以下时出炉，即得到所述的矿渣微晶玻璃管材。所述离心铸造时浇注温度为1150_1250°C，所述离心铸管机为卧式离心机，卧式离心机的转速为500-800转/分，脱模温度为720-780°C。所述退火时温度为590-640°C，保温时间为l_6h。所述核化时温度为650-800°C，保温时间为l_4h ；所述晶化时温度为800-900°C， 保温时间为2H一种矿渣微晶玻璃管材的制备方法，包括以下步骤
(1)以重量百分比计，原料为粉煤灰20-40%，白云鄂博尾矿再选矿后的矿渣20-50%， 高炉渣或钢渣0-40%，石英砂15-30%，碳酸钠2-5%，硼砂3_7%，白云石或石灰石0_5%，钠长石或钾长石0-6%，分别计量后加入球磨混料机内，混合均勻，制备出混合物；
(2)将所述混合物加入玻璃熔窑中，在1350-1450°C时熔化；
(3)将熔化的熔融物浇注到离心铸管机中，进行离心铸造成型；
(4)将成型后的管材进行退火；
(5)然后对管材进行核化处理；
(6)对核化后的管材进行晶化；
(7)最后将晶化后的管材以广5°C/min的速度降温，待炉温降至100°C以下时出炉，即得到所述的矿渣微晶玻璃管材。本发明的微晶玻璃管材采用离心浇注成型方法。离心铸造是一种特殊的铸造方法，该方法是将熔液注入旋转的模具中，借助离心力的作用将熔体成型。离心力与熔体的质量、模具的内径成正比，与模具转数的平方也成正比。离心旋转过程中，模具可以绕垂直轴、水平抽或倾斜轴旋转，在绕垂直轴旋转时， 需要较大的转速，不然容易造成上、下壁厚不均勻，而按照结构原理，模具转速的增大是有限度的。因此，绕垂直轴旋转对设备的要求较高，而且废品率高，管材生产一般不采用；绕倾斜轴旋转时，浇注和出模困难较大，所以一般也不采用。因此，本发明采用绕水平轴旋转的离心铸造方法，所用设备为卧式离心铸造机。在绕水平轴旋转的情况下，玻璃液刚浇到模具上时，玻璃液与模具处于相对静止状态，形成玻璃液在模具内壁分布不均勻，模具下部玻璃液层的厚度比上部薄，其自由表面的中心与模具旋转轴轴心有一定偏心距，并在旋转轴之下。随着模具转速的提高及玻璃液的温度降低，粘度增大，液体自由表面的偏心距逐渐减小，当管材成型后，偏心现象完全消失，即得到自由表面为圆柱形的玻璃管材。
本发明中的主要原料成分要求 表1粉煤灰的主要化学成分，(Wt%)
权利要求
1.一种矿渣微晶玻璃管材，其特征是该玻璃管材是由以下方法制备的以重量百分比计，原料为粉煤灰20-40%，白云鄂博尾矿再选矿后的矿渣20-50%，高炉渣或钢渣0-40%，石英砂15-30%，碳酸钠2-5%，硼砂3_7%，白云石或石灰石0_5%，钠长石或钾长石0-6%，分别计量后加入球磨混料机内，混合均勻，制备出混合物；将所述混合物加入玻璃熔窑中，在1350-1450°C时熔化；将熔融物浇注到离心铸管机中离心铸造成型；将成型后的管材退火、核化处理、晶化处理，最后将晶化后的管材以广5°C /min的速度降温，待炉温降至100°C以下时出炉，即得到所述的矿渣微晶玻璃管材。
2.根据权利要求1所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述离心铸造时浇注温度为 1150-1250°C，所述离心铸管机为卧式离心机，卧式离心机的转速为500-800转/分，脱模温度为 720-780°C。
3.根据权利要求1所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述退火时温度为 590-640°C，保温时间为l_6h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述核化处理时温度为650-800°C，保温时间为l_4h ；所述晶化处理时温度为800-900°C，保温时间为2_讣。
5.一种矿渣微晶玻璃管材的制备方法，其特征是该玻璃管材是由以下方法制备的(1)以重量百分比计，原料为粉煤灰20-40%，白云鄂博尾矿再选矿后的矿渣20-50%， 高炉渣或钢渣0-40%，石英砂15-30%，碳酸钠2-5%，硼砂3_7%，白云石或石灰石0_5%，钠长石或钾长石0-6%，分别计量后加入球磨混料机内，混合均勻，得到混合物；(2)将所述混合物加入玻璃熔窑中，在1350-1450°C时熔化；(3)将熔化的熔融物浇注到离心铸管机中，进行离心铸造成型；(4)将成型后的管材进行退火；(5)对管材进行核化处理；(6)对核化后的管材进行晶化处理；(7)将晶化后的管材以广5°C/min的速度降温，待炉温降至100°C以下时出炉，即得到所述的矿渣微晶玻璃管材。
6.根据权利要求5所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述离心铸造时浇注温度为 1150-1250°C，所述离心铸管机为卧式离心机，卧式离心机的转速为500-800转/分，脱模温度为 720-780°C。
7.根据权利要求5所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述退火时温度为 590-640°C，保温时间为l_6h。
8.根据权利要求5所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述核化处理时温度为 650-800°C，保温时间为l_4h。
9.根据权利要求5-8任一项所述的矿渣微晶玻璃管材，其特征是所述晶化处理时温度为800-900°C，保温时间为2H
全文摘要
本发明涉及一种微晶玻璃管材及其制备方法。原料以重量百分比计，粉煤灰20-40%，白云鄂博尾矿再选矿后的矿渣20-50%，高炉渣或钢渣0-40%，石英砂15-30%，碳酸钠2-5%，硼砂2-7%，白云石或石灰石0-5%，钠长石或钾长石0-6%，计量后加入球磨混料机混匀，将混合物在1350-1450℃时熔化；离心铸造成型；将成型后管材退火、核化、晶化，再以1~5℃/min的速度降温降至100℃以下时出炉。本发明产品性能良好，其耐磨性比铸石管高3倍，重量仅为铸石复合管重量的1/3，其使用寿命是铸石复合管的3-5倍，其性价比较高。原料中工业废渣利用率≥70%，节能环保，生产成本较低，适合大规模工业化生产，管材用途较广。
文档编号C03B32/02GK102173588SQ20111005746
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者张雪峰, 李保卫, 李小卫, 李超, 贾晓林 申请人:内蒙古科技大学