本发明属于石材制造工艺领域,具体涉及一种高钛高炉渣微晶石材及其制备方法。
背景技术:
微晶石材,是一种独特的新型无机非金属材料。微晶石材有许多优异的性能,如力学强度高、化学稳定性及热稳定性好、抗磨损、耐腐蚀等,在电子、建筑、化工、机械工程等领域作为结构材料、功能材料、装饰材料而获得广泛应用。
高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣,属于硅酸盐质材料,主要成分包括二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝、氧化镁等,通常是制备微晶玻璃、石材的主要原料。
然而,对于钒钛磁铁矿经高炉冶炼后的废渣,即高钛高炉渣,因其含有大量的氧化钛,含钛量高达20%以上。众所周知,氧化钛是玻璃石材中常用的晶核剂,氧化钛含量过高会使玻璃析晶速度过快而难以控制,导致玻璃成型时翘曲变形;同时还会使玻璃熔体成型温度范围变窄,粘度随温度变化过快,造成成型困难。
现有技术中采用高钛高炉渣制备微晶玻璃石材时,其平整度差,表面粗糙,且外观呈现为土灰色、色泽差,很难得到市场的认可和推广。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题为:现有采用高钛高炉渣制备的微晶石材平整度差,表面粗糙,且外观呈现为土灰色、色泽差等问题。
本发明解决技术问题的技术方案为:提供一种高钛高炉渣微晶石材的制备方法,其制备的微晶石材色泽纯正、平整度及表面质量好。
本发明提供的高钛高炉渣微晶石材的制备方法,包括以下步骤:
a、制备玻璃熔体
将40~60份高钛高炉渣与24~37份稳定剂、5~8份助熔剂、5~8份晶核剂、2~4份结晶促进剂、1~3份颜色调整剂和1~2份还原剂混合,在1480~1530℃下熔化、均化、澄清后,得到混合熔体;所述的高钛高炉渣为高炉水淬渣或高炉热态熔融渣;
b、玻璃熔体形成板材
待步骤a中所述混合熔体的温度降至1250~1300℃时,引入压延机压延,形成板材;
c、板材核化、晶化处理
将步骤b所得板材经降温至720~780℃,保温60~90min,再升温至890~960℃,保温60~90min,得到晶化玻璃板材;
d、晶化玻璃板材的退火
将步骤c中得到的晶化玻璃板材经90~120min降温至40℃以下,得到微晶石材。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述高钛高炉渣组成为:以重量百分比计,氧化钙为20~27%,氧化钛为19~22%,二氧化硅为,20~27%,三氧化二铝为14~15.8%,氧化镁为3~9%,三氧化二铁为2.7~5.1%,余量为杂质。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的稳定剂为二氧化硅或石英砂,优选石英砂。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的助熔剂为碳酸钠或硫酸钠。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的晶核剂由闪锌矿和硫化物组成,其中闪锌矿和硫化物的重量比为:2~5.5﹕2.5~5。
进一步的,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,所述的闪锌矿为粒度100~300目且ZnS含量≥99%的闪锌矿;所述的硫化物为硫酸钠。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的颜色调整剂为氧化锌。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的结晶促进剂为磷酸二氢铵。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的还原剂为普通碳质还原剂,优选为煤粉或碳粉。
优选的,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的原料组成为:高钛高炉渣40~45份,石英砂36~37份,碳酸钠8份,闪锌矿1~1.5份,硫酸钠4.5~2.5份,氧化锌1~3份,磷酸二氢铵为2~4份,煤粉1.5~2份。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤a中所述的熔化时间为4~6小时,均化时间为2~3小时,澄清时间为1~2小时。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤b中所述的压延机入口温度为1240~1260℃,压延机出口温度温度为980~1000℃。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤b中所述的板材厚度为10~20mm。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,步骤c中所述降温和升温时间均为30~60min。
本发明还提供一种高钛高炉渣微晶石材,由上述方法制备而成;其化学成分为:按重量百分比计,二氧化硅为41.3~50.7%,三氧化二铝为6.4~9.5%,二氧化钛为9.2~13.7%,氧化钙为11.3~16.8%,氧化镁为3.7~5.4%,氧化钠为4.9~7.1%,硫化锌1.0~5.8%,氧化锌1.1~2.1%,三氧化二铁为1.7~2.5%,五氧化磷为1.3~2.7%,S2~为0.6~1.1,余量为不可避免的杂质。
本发明中,除特别说明的外,所述的份数均为重量份,所述的百分比均为重量百分比。
本发明的有益效果为:本发明方法通过在高钛高炉渣中配合使用稳定剂、助熔剂、晶核剂、结晶促进剂、颜色调整剂和还原剂,能够减少玻璃粘度,促进玻璃稳定成型、提高玻璃化学稳定性的作用,再通过加入晶核剂,干扰氧化钛析晶,制备的微晶石材表面光滑平整,色泽纯正,质量好。本发明的制备方法操作简单,设备要求不高,便于推广使用。
具体实施方式
本发明提供一种高钛高炉渣微晶石材的制备方法,包括以下步骤:
a、将40~60份高钛高炉渣与24~37份稳定剂、5~8份助熔剂、5~8份晶核剂、2~4份结晶促进剂、1~3份颜色调整剂、1~2份还原剂混合,在1480~1530℃下熔化、均化、澄清后,得到混合熔体;所述的高钛高炉渣组成为:以重量百分比计,氧化钙为20~27%,氧化钛为19~22%,二氧化硅为,20~27%,三氧化二铝为14~15.8%,氧化镁为3~9%,三氧化二铁为2.7~5.1%,余量为杂质;
b、玻璃熔体形成板材
待步骤a中所述混合熔体的温度降至1250~1300℃时,引入压延机压延,形成板材;
c、板材核化、晶化处理
将所述压延玻璃板材经30~60min升温至720~780℃后,保温60~90min,再经30~60min升温至890~960℃,保温60~90min;
d、晶化玻璃板材的退火
将步骤c中得到的晶化玻璃板材经90~120min降温至40℃以下,得到微晶石材。
其中,上述高钛高炉渣微晶石材的制备方法中,所述的稳定剂为二氧化硅、石英砂或其他含有二氧化硅的物质,优选石英砂;所述的助熔剂为含氧化钠的物质,优选为碳酸钠或硫酸钠;所述的晶核剂由闪锌矿和硫化物组成,其中闪锌矿和硫化物的重量比为:2~5.5﹕2.5~5;进一步的,所述的闪锌矿为粒度100~300目且ZnS含量≥99%的闪锌矿;所述的硫化物为硫酸钠;所述的颜色调整剂为氧化锌;所述的结晶促进剂为磷酸二氢铵;所述的还原剂为普通碳质还原剂,优选为煤粉或碳粉。
采用本发明方法制备得到的玻璃熔体的析晶温度上限小于1180℃,玻璃熔体成型温度范围ΔT大于400℃(ΔT=T1-T2,其中T1为玻璃熔体粘度102Pa·S时的温度,T2为玻璃熔体粘度106Pa·S时的温度),相比一般的玻璃熔体成型温度范围200~350℃大,玻璃熔体更容易压延成型。
下面通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明,但不表示将保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1~4中所用的高钛高炉渣选用攀钢的高炉废渣,其化学成分为:以重量百分比计,氧化钙为26.5%,氧化钛为21.5%,二氧化硅为25.5%,三氧化二铝为15%,氧化镁为8.5%,三氧化二铁为4%,余量为杂质。
实施例1~4中所用闪锌矿粒度100~300目,硫化锌含量大于99%。
其余各原料为普通市售产品。
实施例1用本发明技术方案制备高钛高炉渣微晶石材
制备高钛高炉渣微晶石材,其步骤如下:
a、将40重量份高钛高炉水淬渣、石英砂37重量份、碳酸钠8重量份、闪锌矿5.5重量,硫酸钠2.5重量份,氧化锌1重量份,磷酸二氢铵4份、碳粉2重量份混合均匀,于温度1530℃下,经4~6小时的熔化、2~3小时的均化和1~2小时的澄清后得到混合熔体;
在此步骤中检测玻璃熔体的析晶温度上限为1170℃,T1=1380℃,T2=975℃,ΔT=T1-T2=1380℃-975℃=405℃。
b、玻璃熔体形成板材
待步骤a中所述混合熔体的温度降至1280℃时,引入压延机压延,形成板材;所述玻璃熔体进入压延机时的温度为1260℃,出压延机的温度为1000℃,获得成形板材厚度为10mm,拉引速率为50米/小时;
c、板材核化、晶化处理
将所述压延玻璃板材经30min升温至720℃后,保温60min,再经30min升温至890℃,保温60min;
d、晶化玻璃板材的退火
将步骤c中得到的晶化玻璃板材经120min降温至40℃以下,得到微晶石材。
实施例1制备的米黄色高钛矿渣微晶石材化学成分为:按重量百分比计,SiO2为50.7%,Al2O3为6.4%,TiO2为9.2%,CaO为11.3%,MgO为3.7%,Na2O为6.2%,ZnS为5.8%,ZnO为1.1%,P2O5为2.7%,Fe2O3为1.7%,S2~为0.6%,杂质0.5%。其中,S/Zn=1.4(mol.%)。主晶相为链状、柱状钙铝黄长石晶相,晶粒尺寸约200nm,结晶度约91%;S/Zn=1.4(mol.%),颜色为米黄色矿渣微晶石材,其断口整齐,质感细腻,颜色纯正。
实施例2用本发明技术方案制备高钛高炉渣微晶石材
制备高钛高炉渣微晶石材,其步骤如下:
a、将60份高钛高炉熔融渣引入到玻璃熔窑中;然后将24份石英砂、5份碳酸钠、1份闪锌矿、4份硫酸钠、2份氧化锌、3份磷酸二氢铵、碳粉2份混合均匀,于温度1480℃下,经4~6小时的熔化、2~3小时的均化和1~2小时的澄清后得到混合熔体;
在此步骤中检测玻璃熔体的析晶温度上限为1175℃,T1=1375℃,T2=973℃,ΔT=T1-T2=1375℃-973℃=402℃。
b、玻璃熔体形成板材
待步骤a中所述混合熔体的温度降至1260℃时,引入压延机压延,形成板材;所述玻璃熔体进入压延机时的温度为1240℃,出压延机的温度为980℃,获得成形板材厚度为20mm,拉引速率为15米/小时;
c、板材核化、晶化处理
将所述压延玻璃板材经60min升温至780℃后,保温90min,再经60min升温至960℃,保温90min;
d、晶化玻璃板材的退火
将步骤c中得到的晶化玻璃板材经120min降温至40℃以下,得到微晶石材。
实施例2制备的米黄色高钛矿渣微晶石材化学成分为:按重量百分比计,SiO2为41.3%,Al2O3为9.5%,TiO2为13.7%,CaO为16.8%,MgO为5.4%,Na2O为4.9%,ZnS为1.0%,ZnO为2.1%,P2O5为1.3%,Fe2O3为2.5%,S2~为0.95%,其他:0.64%,其中,S/Zn=1.12(mol.%)。主晶相为团簇状钙铝黄长石晶相,晶粒尺寸约230nm,结晶度约90%;S/Zn=1.12(mol.%),颜色为浅米黄色,其断口整齐,质感细腻,颜色纯正。
实施例3用本发明技术方案制备高钛高炉渣微晶石材
制备高钛高炉渣微晶石材,其步骤如下:
a、将50份高钛高炉水淬渣渣、32.5份石英砂、6份碳酸钠、2份闪锌矿、5份硫酸钠、3份氧化锌、3份磷酸二氢铵、碳粉1份混合均匀,于温度1520℃下,经4~6小时的熔化、2~3小时的均化和1~2小时的澄清后得到混合熔体;
在此步骤中检测玻璃熔体的析晶温度上限为1165℃,T1=1385℃,T2=970℃,ΔT=T1-T2=1385℃-970℃=415℃;
b、玻璃熔体形成板材
待步骤a中所述混合熔体的温度降至1270℃时,引入压延机压延,形成板材;所述玻璃熔体进入压延机时的温度为1250℃,出压延机的温度为990℃,获得成形板材厚度为14mm,拉引速率为30米/小时;
c、板材核化、晶化处理
将所述压延玻璃板材经50min升温至750℃后,保温50min,再经50min升温至910℃,保温80min;
d、晶化玻璃板材的退火
将步骤c中得到的晶化玻璃板材经120min降温至40℃以下,得到微晶石材。
实施例3制备的米黄色高钛矿渣微晶石材的化学成分为:按重量百分比计,SiO2为48.0%,Al2O3为7.9%,TiO2为11.4%,CaO为14.1%,MgO为4.6%,Na2O为5.8%,ZnS为1.6%,ZnO为1.6%,P2O5为1.3%,Fe2O3为2.1%,S2~为1.1%,其他:0.54%,其中,S/Zn=1.7(mol.%)。主晶相为颗粒状硅灰石和透辉石相,晶粒尺寸约190nm,结晶度约92%;S/Zn=1.7(mol.%),颜色为深米黄色,其断口整齐,质感细腻,颜色纯正。
实施例4用本发明技术方案制备高钛高炉渣微晶石材
制备高钛高炉渣微晶石材,其步骤如下:
a、将45份高钛高炉熔融渣引入到玻璃熔窑中;然后将36份石英砂、8份碳酸钠、1.5份闪锌矿、4.5份硫酸钠、1.5份氧化锌、2份磷酸二氢铵、碳粉1.5份混合均匀,于温度1500℃下,经4~6小时的熔化、2~3小时的均化和1~2小时的澄清后得到混合熔体;
在此步骤中检测玻璃熔体的析晶温度上限为1160℃,T1=1385℃,T2=965℃,ΔT=T1-T2=1385℃-965℃=420℃;
b、玻璃熔体形成板材
待步骤a中所述混合熔体的温度降至1270℃时,引入压延机压延,形成板材;所述玻璃熔体进入压延机时的温度为1250℃,出压延机的温度为990℃,获得成形板材厚度为17mm,拉引速率为35米/小时;
c、板材核化、晶化处理
将所述压延玻璃板材经40min升温至740℃后,保温70min,再经40min升温至920℃,保温70min;
d、晶化玻璃板材的退火
将步骤c中得到的晶化玻璃板材经120min降温至40℃以下,得到微晶石材。
实施例4制备的米黄色高钛矿渣微晶石材化学成分为:按重量百分比计,SiO2为50.6%,Al2O3为7.2%,TiO2为10.3%,CaO为12.7%,MgO为4.0%,Na2O为7.1%,ZnS为1.6%,ZnO为1.6%,P2O5为1.3%,Fe2O3为1.9%,S2~为1.1%,其他:0.49%,其中,S/Zn=1.7(mol.%)。主晶相为颗粒状透辉石相,晶粒尺寸约240nm,结晶度约93%;S/Zn=1.7(mol.%),颜色为深米黄色,其矿渣微晶石材断口整齐,质感细腻,颜色纯正。
对实施例1~4制备的米黄色高钛矿渣微晶石材的色泽、断口、质感及其物理性质(主晶相、结晶度)和物理性能(弯曲强度)进行常规的测试,测试结果如表1所示。
注:(1)米黄色矿渣微晶石材的性能检测依照标准JC/T872-2000《建筑装饰用微晶玻璃》标准进行测试。
(2)米黄色矿渣微晶石材的主晶相、结晶度采用XRD检测方法。
表1微晶石材性能表
由表1可以看出,本发明实施例制备的米黄色矿渣微晶石材色泽纯正,断口平整度高、结晶度高,石材质感突出,强度优异。
综上,本发明实施例通过采用添加稳定剂、晶核剂、颜色调整剂,制备出米黄色高钛矿渣微晶石材,有效解决目前采用高钛高炉渣矿渣制备微晶石材时析晶速度过快,玻璃熔体成型温度范围窄造成的成型困难,并通过控制玻璃中S/Zn(摩尔比)的大小,解决其高钛高炉渣微晶石材色泽灰暗等问题,制备出一种色泽纯正、平整度及表面质量好的米黄色高钛高炉渣微晶石材,深受市场青睐。