CN115108726A - 以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115108726A
CN115108726A CN202210965454.7A CN202210965454A CN115108726A CN 115108726 A CN115108726 A CN 115108726A CN 202210965454 A CN202210965454 A CN 202210965454A CN 115108726 A CN115108726 A CN 115108726A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coal gangue
powder
porous
blank
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210965454.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115108726B (zh
Inventor
罗冰
孙红娟
彭同江
丁文金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University of Science and Technology
Original Assignee
Southwest University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University of Science and Technology filed Critical Southwest University of Science and Technology
Priority to CN202210965454.7A priority Critical patent/CN115108726B/zh
Publication of CN115108726A publication Critical patent/CN115108726A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115108726B publication Critical patent/CN115108726B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0063—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing waste materials, e.g. slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/08—Other methods of shaping glass by foaming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
    • C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明提供了一种以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法，所述方法包括以下步骤：使煤矸石粉体与石棉尾矿粉体混合均匀，或使煤矸石粉体与造孔剂混合均匀，得到制坯粉料；使得到的制坯粉料与粘结剂混合均匀，造粒并干燥，获得制坯粒料；将制坯粒料模压成型，得到多孔微晶玻璃生坯体；对多孔微晶玻璃生坯体进行热处理，冷却，得到多孔微晶玻璃。所述多孔微晶玻璃包括如上所述的方法所制备出的多孔微晶玻璃。本发明的有益效果包括：合理有效地综合利用了煤矸石和石棉尾矿，实现了固体废弃物的资源最大化利用。

Description

以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理与资源化利用以及无机非金属功能材料领域，特别地，涉及以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
煤矸石是在掘进、开采和洗煤过程中排出的一种固体废物。随着煤炭的大肆开采和利用，堆存的煤矸石也急剧增多。目前，基于“变废为宝”的理念，以煤矸石为原料制备微晶玻璃多采用高温熔融法，使粉料或者粒料发生较强的颗粒粘结，逐渐致密和结晶，从而获得高能态的玻璃体，被广泛用于瓷砖、墙体复合板面等建筑装饰材料或耐火原料。以煤矸石为原料制备微晶玻璃，实现了固废资源化利用，对环境和材料行业都具有一定的借鉴意义。
公开号为CN108503224A的发明专利公开了一种以煤矸石和稻壳灰为主要原料的微晶玻璃及其制备方法。该发明以煤矸石和稻壳灰为主要原料，额外添加了助溶剂Na2CO3、成核剂Ti2O3和CaCO3、MgO等辅料。然后在1450℃左右将粉料熔融后，并依次水淬-研磨-模压成型-烧结，得到的微晶玻璃致密，且主要物相为钙长石和透辉石。公开号为CN105924012A的发明专利公开了一种以煤矸石为原料，采用全电熔压延法，依次进行高温熔融粉料-压延成型-退火-切割-核化-晶化-退火处理，得到了蓝色的微晶玻璃板。公开号为CN109553304A的发明专利公开了一种矿渣多孔微晶玻璃。该发明以基础玻璃粉为原料，和粘结剂与造孔剂按照一定配比混合均匀后，模压成型，后经两次烧结分别形成一级和二级孔，得到轻质和隔热效果好的多孔微晶玻璃。
以上发明存在熔融温度高，产生的能耗多，且制备流程繁冗，周期长或者需要额外添加造孔剂等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足的至少一项，本发明的目的之一是提供一种可以合理有效地综合利用煤矸石和石棉尾矿，实现固体废弃物的资源最大化利用的方法。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法。
所述方法包括以下步骤：使煤矸石粉体与石棉尾矿粉体混合均匀，或使煤矸石粉体与造孔剂混合均匀，得到制坯粉料；使得到的制坯粉料与粘结剂混合均匀，造粒并干燥，获得制坯粒料；将制坯粒料模压成型，得到多孔微晶玻璃生坯体；对多孔微晶玻璃生坯体进行热处理，冷却，得到多孔微晶玻璃；其中，煤矸石粉体和石棉尾矿粉体是通过将煤矸石和石棉尾矿分别进行预处理得到。
根据本发明的一个示例性实施例，所述煤矸石粉体与石棉尾矿粉体的质量百分数的比值可为70～90％：10～30％。换而言之，以煤矸石粉体与石棉尾矿粉体的质量分数之和为100份计，煤矸石粉体的质量份数可为70～90份，例如71份、75份、80份、85份、89份等，余量为石棉尾矿粉体。
根据本发明的一个示例性实施例，所述煤矸石的矿物物相可包括石英和高岭土；所述煤矸石的烧失量可为11.34～23.48％；所述煤矸石可包括按质量百分比计的以下组分：20.21％～68.16％SiO2，7.3％～50.41％Al2O3，7.24％～20.58％Fe2O3，3.41％～7.18％CaO，0.66％～4.42％TiO2。
根据本发明的一个示例性实施例，所述石棉尾矿的矿物物相可包括蛇纹石和水镁石；所述石棉尾矿的烧失量可为6.38～16.31％；所述石棉尾矿可包括按质量百分比计的以下组分：20.14％～60.42％MgO，15.68％～55.32％SiO2，5.19％～30.58％Fe2O3，2.16％～10.24％CaO。
根据本发明的一个示例性实施例，所述预处理可包括焙烧、研磨和均匀化处理；其中，煤矸石焙烧温度可为750～800℃，石棉尾矿焙烧温度可为850～900℃，保温时间都可为30～60min，升温速率可控制在5～8℃/min；升温时间控制在100～180min；所述制坯粉料粒径可为0.025～0.070mm。
根据本发明的一个示例性实施例，所述粘结剂可包括5～8wt％的聚乙烯醇溶液；所述粘结剂与所述制坯粉料的重量比可为5～10：90～95；所述制坯粒料粒径可为0.22mm～0.86mm；所述制坯粒料含水率可为4％～6％；所述将制坯粒料模压成型的压力可为20～50MPa，保压10～40s。
根据本发明的一个示例性实施例，所述造孔剂可包括聚氨酯泡沫造孔剂、碳化硅、硼砂和碳酸钙中的一种或几种。
根据本发明的一个示例性实施例，所述热处理可包括两阶段连续烧结；其中，第一阶段控制升温速率为5～8℃/min，从室温逐渐加热至900～1000℃；第二阶段控制升温速率为2～5℃/min，从900～1000℃继续升温至1100℃～1200℃；保温10～60min，然后自然冷却至室温。
另一方面本发明提供了一种以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃。所述多孔微晶玻璃可包括如上所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法所制备出的多孔微晶玻璃。
根据本发明的一个示例性实施例，所述多孔微晶玻璃物相可包括堇青石、莫来石和铁尖晶石；所述多孔微晶玻璃的线膨胀率为9.41～10.22％，孔隙率为42.13～73.25％，体积密度为1.29～1.37g/cm3，吸水率为0.35～0.44％。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
(1)合理有效地综合利用了煤矸石和石棉尾矿，实现了固体废弃物的资源最大化利用，巧妙地发挥了煤矸石和石棉尾矿综合利用的造孔作用，也实现了固体废弃物的最大资源化利用。
(2)有效成分协同反应，获得高附加值的多孔微晶玻璃。
(3)可以零添加烧结助剂和发泡剂，节约了原料成本。
(4)制备工艺简单；多孔微晶玻璃性能优异：孔隙率高、重量轻、强度高、比表面积大和透气性好，适用于催化剂载体、外墙保温、吸声降噪、废气过滤和废水处理等诸多领域。
(5)省去了传统微晶玻璃制备工艺中高温熔融获得高能态玻璃体的高能耗过程，烧结温度低，流程简单，能耗低。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的一种煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法流程图；
图2示出了本发明一个示例性实施例的以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃样品的表面图；
图3示出了本发明一个示例性实施例的以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃样品的断面图；
图4示出了本发明一个示例性实施例的以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃样品的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，使本技术领域的人员更好地理解本发明。
示例性实施例1
目前，利用固体废弃物制备微晶玻璃的技术已趋于成熟。但是，不添加额外的造孔剂或发泡剂，而能直接利用固体废弃物之间的协同作用或高温物相重构过程形成多孔的技术较少，尚未有以煤矸石为原料且不添加任何化学试剂制备多孔微晶玻璃的技术。
煤矸石是伴随着煤炭开采和洗选加工过程产生的一种煤系工业固体废弃物，约占全国工业废渣排放量的1/4。目前，煤矸石的资源化利用大多以粗加工利用为主，附加值低，亟需一种煤矸石高附加值的资源化利用方式。因此，本发明提出了一种以煤矸石为原料来制备多孔微晶玻璃的方法。该方法以煤矸石为主要原料，添加适量焙烧后的石棉尾矿，采用直接烧结来制备多孔微晶玻璃，工艺能耗低，周期短，原料易得，煤矸石和石棉尾矿综合利用率提高，多孔微晶玻璃附加值高。
本发明的多孔微晶玻璃的制备是以煤矸石或以焙烧后的煤矸石和石棉尾矿为主要原料，采用直接烧结法制备，制备过程能耗低，流程简单。
本示例性实施例提供了一种煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法。该方法具体包括以下步骤：
S1、将煤矸石与石棉尾矿分别进行预处理，混合均匀，得到制坯粉料。
在本实施例中，煤矸石与石棉尾矿的质量百分数的比值可为70～90％：10～30％；例如70％：30％、89％：11％、90％：10％。即，煤矸石与石棉尾矿的质量比为70～90：10～30。
需要说明的是：预处理前后物料的质量变化很小，可以认为制坯粉料中煤矸石粉体与石棉尾矿粉体的质量比为70～90：10～30。
在本实施例中，煤矸石的矿物物相可包括石英和高岭土。煤矸石中含有炭或结晶水，为使素坯在烧结过程中不易变形，烧结后的样品收缩率较小，需要预先焙烧煤矸石，煤矸石的烧失量为11.34～23.48％，例如11.5％、12％、15％、17％、19％、21％、22％、23.3％。
在本实施例中，煤矸石可包括按质量百分比计的以下组分：
20.21％～68.16％SiO2，例如24.24％、28.14％、30.53％、35.33％、40.51％、50.77％；
7.3％～50.41％Al2O3，例如8.18％、10.58％、20.93％、35.16％、40.18％、43.86％；
7.24％～20.58％Fe2O3，例如8.78％、8.95％、9.1％、9.24％、10.56％、11.48％、15.14％、19.58％；
3.41％～7.18％CaO，例如3.47％、5.23％、6.14％、6.32％、7.15％；
0.66％～4.42％TiO2，例如2.87％、2.91％、3.42％、4.16％、4.35％。
在本实施例中，石棉尾矿的矿物物相可包括蛇纹石和水镁石。石棉尾矿含有少量石棉或结晶水，为使素坯在烧结过程中不易变形，烧结后的样品收缩率较小，需要预先焙烧石棉尾矿，石棉尾矿的烧失量为6.38～16.31％，例如6.5％、8.5％、9％、9.5％、10％、11％、12％、13％、15％、16％。
所述石棉尾矿可包括按质量百分比计的以下组分：
20.14％～60.42％MgO，例如22.16％、27.87％、31.42％、36.89％、45.72％、50.43％；
15.68％～55.32％SiO2，例如17.43％、23.42％、35.89％、39.65％、46.16％、50.21％；
5.19％～30.58％Fe2O3，例如7.46％、13.66％、19.29％、22.62％、15.62％、28.14％；
2.16％～10.24％CaO，例如3.57％、4.82％、6.05％、7.42％、8.14％、9.01％。
在本实施例中，预处理可包括焙烧、研磨和均匀化处理。
其中，焙烧包括在箱式炉中完成原料的焙烧。为了防止高温炉受热过快，升温速率控制在5～8℃/min，例如5.5℃/min、6℃/min、7℃/min、7.5℃/min。升温时间控制在100～180min，例如110min、120min、130min、140min、150min、170min；然后保温30～60min，例如35min、40min、45min、50min、55min。煤矸石焙烧温度从室温逐步升至750～800℃，例如760℃、770℃、780℃、790℃，以脱出煤矸石中多余的炭，焙烧后的煤矸石显色呈浅粉色。石棉尾矿焙烧温度从室温逐步升至850～900℃，例如860℃、870℃、880℃、890℃，以去除石棉尾矿中多余的石棉。焙烧结束后，随炉降温自然冷却，将焙烧后的粉料分别研磨成0.025～0.070mm的制坯粉料，例如0.026mm、0.030mm、0.033mm、0.048mm、0.055mm、0.064mm、0.069mm。制坯粉料粒径控制在0.025～0.070mm，不但有利于造粒均匀和素坯成型，而且烧结出的样品孔隙均匀且性能好。如果制坯粉料粒径大于0.070mm会出现烧结样品内部孔隙分布不均匀的现象，其微晶玻璃性能，包括吸水率和体积密度都较差。均匀化处理包括筛分，均匀化处理是为了让焙烧、研磨后的样品，通过筛分、研磨和混合等过程后尽量均匀分布。
S2、使得到的制坯粉料与粘结剂混合均匀，造粒并干燥，获得制坯粒料。
在本实施例中，粘结剂为5～8wt％的聚乙烯醇溶液，例如5.5％、6％、7％、7.5％。粘结剂与制坯粉料的重量比为5～10：90～95，例如5：95、6：94、7：93、8：92、9：91、10：90。聚乙烯醇溶液具有粘接性，如果其浓度低于5wt％，起不到粘接作用，粉料不易形成粒料，以致不易使素坯稳定成型；如果浓度大于8wt％，聚乙烯醇溶液和制坯粉料粘接成大颗粒，不易形成粒径在0.22mm～0.86mm的粒料，从而素坯不易成型或使得烧结样品内部孔隙分布不均匀，烧结样品性能变差。
在本实施例中，造粒包括筛分造粒。
在本实施例中，得到的制坯粒料粒径为0.22mm～0.86mm，例如0.32mm、0.38mm、0.45mm、0.58mm、0.67mm。制坯料粒粒径控制在0.22mm～0.86mm，不仅有利于素坯成型均匀，而且有利于样品烧结均匀和烧结后的样品性能较好。通过自然风干后，制坯粒料含水率为4％～6％，例如4.4％、5.2％、5.8％。如果制坯粒料含水量较高，不仅会使模压成型过程中会挤压出大量的水，导致模具生锈，而且素坯脱模困难，甚至烧结过程中样品也易变形。
S3、将制坯粒料模压成型，得到多孔微晶玻璃生坯体。
在本实施例中，将满足含水率4％～6％的制坯粒料装入圆柱形模具中，利用红外粉末压片机对制坯粒料进行模压成型。素坯成型压力可以为20～50MPa，例如21MPa、23MPa、31MPa、37MPa、40MPa、41MPa、49MPa。如果成型压力小于20MPa，得到的素坯内部粒料未充分粘接在一起，素坯易产生裂痕；如果成型压力大于50MPa，素坯不易脱模，且模具容易损坏。为使坯体各部位受力均匀，可以保压10～40s，例如11s、15s、24s、35s、38s，得到圆柱形的微晶玻璃生坯体，平放静置24h。
S4、对多孔微晶玻璃生坯体进行热处理，冷却，得到多孔微晶玻璃。
在本实施例中，热处理包括将多孔微晶玻璃生坯体置于隧道窑中，分两阶段连续升温。第一阶段：设置升温速率为5～8℃/min，例如5.5℃/min、6℃/min、7℃/min，窑内温度从室温逐渐加热至900～1000℃，例如910℃、950℃、980℃、990℃。第二阶段：设置升温速率为2～5℃/min，例如2.5℃/min、3℃/min、4℃/min，窑内温度从900～1000℃逐渐升温至1100～1200℃，例1110℃、1143℃、1154℃、1168℃等。保温时间为10～60min，例如23min、36min、41min、56min等。随炉自然冷却至室温，得到多孔微晶玻璃。考虑到烧结炉的稳定性，1000℃以下，升温速率控制在5～8℃/min；1000℃以上，为了使样品高温烧结过程中高温物相重构过程均匀以及晶体形成和生成缓慢，控制升温速率为2～5℃/min，烧结温度在1100℃～1200℃间，烧结样品形成多孔。
在本实施例中，图1示出了一种利用煤矸石和石棉尾矿制备多孔微晶玻璃的方法流程图。
示例性实施例2
本示例性实施例提供了一种煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，以煤矸石为原料直接烧结制备多孔微晶玻璃。本示例性实施例提供的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法大体与示例性实施例1的相同，不同之处在于：本示例性实施例以煤矸石粉体和造孔剂为原料制备多孔微晶玻璃，其他工艺控制参数可以相同。具体地，所述方法可包括以下步骤：
S1、将煤矸石粉体与造孔剂混合均匀，得到坯体粉料。
在本实施例中，将煤矸石预处理，包括焙烧、研磨和均匀化处理，得到煤矸石粉体。
在本实施例中，造孔剂包括聚氨酯泡沫造孔剂、碳化硅、硼砂和碳酸钙中的至少一种。
在本实施例中，煤矸石粉体与造孔剂的质量比为75～85：15～25。换而言之，以煤矸石粉体与造孔剂的质量分数之和为100份计，煤矸石粉体的质量份数可为75～85份，例如76份、78份、80份、82份、84份等，余量为造孔剂。
S2、使得到的制坯粉料与粘结剂混合均匀，造粒并干燥，获得制坯粒料。
S3、将制坯粒料模压成型，得到多孔微晶玻璃生坯体。
S4、对多孔微晶玻璃生坯体进行热处理，冷却，得到多孔微晶玻璃。
示例性实施例3
本示例性实施例提供了一种以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃。所述多孔微晶玻璃包括如示例性实施例1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法所制备出的多孔微晶玻璃。
在本实施例中，多孔微晶玻璃的线膨胀率为9.41～10.22％，孔隙率为42.13～73.25％，体积密度为1.29～1.37g/cm3，吸水率为0.35～0.44％。图2和图3分别示出了本发明的多孔微晶玻璃样品表面图和断面图，由图2和图3可以看出，本发明制备的多孔微晶玻璃样品表面致密，且光泽度好，样品内部断面有气孔存在，且气孔率随着烧结温度的增加而不断变大。
在本实施例中，多孔微晶玻璃的主要物相包括堇青石、莫来石和铁尖晶石。图4示出了本发明制备的多孔微晶玻璃样品的X射线衍射图，反应了不同石棉尾矿添加量下烧结样品中的物相变化过程。图4中的1表示莫来石，2表示石英，3表示堇青石，4表示铁尖晶石。
为了更好地理解本发明的示例性实施例，下面结合具体示例对其做进一步说明。
示例1
在箱式炉中完成原料的焙烧。升温速率控制在6℃/min，焙烧时间控制在120min，保温35min。煤矸石焙烧温度从室温逐步升至760℃，以脱出煤矸石中多余的炭，焙烧后的煤矸石显色呈浅粉色。石棉尾矿焙烧温度从室温逐步升至850℃，以去除石棉尾矿中多余的石棉。焙烧结束后，自然冷却，将焙烧后的粉料分别研磨成0.048mm的制坯粉料。
煤矸石主要物相为高岭土和石英。主要化学组分的质量百分比为SiO250.77％，Al2O329.61％，Fe2O38.95％，CaO6.32％，TiO24.35％。
石棉尾矿主要物相为蛇纹石和水镁石。主要化学组分的质量百分比为MgO50.43％，SiO239.65％，Fe2O37.66％，CaO2.26％。
将焙烧并研磨后的煤矸石粉体和石棉尾矿粉体按配方混合均匀，煤矸石和石棉尾矿粉料的质量百分比为89％：11％。
在制坯粉料中加入质量分数8wt％的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，聚乙烯醇溶液与制坯粉料的质量比为8：92，筛分造粒，得到的制坯粒料粒径为0.38mm，自然风干后，制坯粒料含水率为5.2％。
将满足含水率要求的粒料装入圆柱形模具中，素坯成型压力为28MPa，为使坯体各部位受力均匀，保压25s，得到多孔微晶玻璃生坯。
将多孔微晶玻璃生坯置于隧道窑中，分两阶段连续升温。第一阶段：设置升温速率5℃/min，窑内温度从室温逐渐加热至900℃。第二阶段：设置升温速率为2℃/min，窑内温度从900℃逐渐升温至1110℃，保温时间为46min，随炉自然冷却至室温，得到多孔微晶玻璃。
经测试，示例1的方法制备的多孔微晶玻璃的主要物相为堇青石、莫来石和铁尖晶石，线膨胀率为9.45％，孔隙率为56.75％，体积密度为1.32g/cm3，吸水率为0.36％。
示例2
在箱式炉中完成原料的焙烧。升温速率控制在7℃/min，焙烧时间控制在140min，保温50min。煤矸石焙烧温度从室温逐步升至750℃，以脱出煤矸石中多余的炭，焙烧后的煤矸石显色呈浅粉色。石棉尾矿焙烧温度从室温逐步升至870℃，以去除石棉尾矿中多余的石棉。焙烧结束后，自然冷却，将焙烧后的粉料分别研磨成0.033mm的制坯粉料。
煤矸石主要物相为高岭土和石英。主要化学组分的质量百分比为SiO265.77％，Al2O319.61％，Fe2O39.95％，CaO3.42％，TiO21.25％。
石棉尾矿主要物相为蛇纹石和水镁石。主要化学组分的质量百分比为MgO56.43％，SiO230.65％，Fe2O310.66％，CaO3.26％。
将焙烧后的煤矸石粉体和石棉尾矿粉体按配方混合均匀，煤矸石和石棉尾矿粉料的质量百分比为95％：5％。
在制坯粉料中加入质量分数5wt％的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，聚乙烯醇溶液与制坯粉料的质量比为5：95，筛分造粒，得到的制坯粒料粒径为0.45mm，自然风干后，制坯粒料含水率为4.5％。
将满足含水率要求的粒料装入圆柱形模具中，素坯成型压力为45MPa，为使坯体各部位受力均匀，保压20s，得到多孔微晶玻璃生坯。
将多孔微晶玻璃生坯置于隧道窑中，分两阶段连续升温。第一阶段：设置升温速率6℃/min，窑内温度从室温逐渐加热至950℃。第二阶段：设置升温速率为3℃/min，窑内温度从950℃逐渐升温至1150℃，保温时间为30min，随炉自然冷却至室温，得到多孔微晶玻璃。
经测试，示例2的方法制备的多孔微晶玻璃的主要物相为堇青石、莫来石和铁尖晶石，线膨胀率为9.56％，孔隙率为66.75％，体积密度为1.34g/cm3，吸水率为0.37％。
示例3
在箱式炉中完成原料的焙烧。升温速率控制在8℃/min，焙烧时间控制在160min，保温40min。煤矸石焙烧温度从室温逐步升至780℃，以脱出煤矸石中多余的炭，焙烧后的煤矸石显色呈浅粉色。石棉尾矿焙烧温度从室温逐步升至880℃，以去除石棉尾矿中多余的石棉。焙烧结束后，自然冷却，将焙烧后的粉料分别研磨成0.055mm的制坯粉料。
煤矸石主要物相为高岭土和石英。主要化学组分的质量百分比为SiO255.77％，Al2O325.61％，Fe2O310.95％，CaO4.42％，TiO23.25％。
石棉尾矿主要物相为蛇纹石和水镁石。主要化学组分的质量百分比为MgO46.43％，SiO240.65％，Fe2O38.66％，CaO4.26％。
将焙烧后的煤矸石和石棉尾矿粉料按配方混合均匀，煤矸石和石棉尾矿粉料的质量百分比为85％：15％。
在制坯粉料中加入质量分数7wt％的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，聚乙烯醇溶液与制坯粉料的质量比为7：93，筛分造粒，得到的制坯粒料粒径为0.58mm，自然风干后，制坯粒料含水率为4.7％。
将满足含水率要求的粒料装入圆柱形模具中，素坯成型压力为47MPa，为使坯体各部位受力均匀，保压35s，得到多孔微晶玻璃生坯。
将多孔微晶玻璃生坯置于隧道窑中，分两阶段连续升温。第一阶段：设置升温速率8℃/min，窑内温度从室温逐渐加热至1000℃。第二阶段：设置升温速率为4℃/min，窑内温度从1000℃逐渐升温至1180℃，保温时间为60min，随炉自然冷却至室温，得到多孔微晶玻璃。
经测试，示例3的方法制备的多孔微晶玻璃的主要物相为堇青石、莫来石和铁尖晶石，线膨胀率为10.16％，孔隙率为55.78％，体积密度为1.33g/cm3，吸水率为0.39％。
综上所述，本发明以煤矸石为原料制备多孔微晶玻璃，为煤矸石等其他固体废弃物提供了新的资源化利用途径。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
使煤矸石粉体与石棉尾矿粉体混合均匀，或使煤矸石粉体与造孔剂混合均匀，得到制坯粉料；
使得到的制坯粉料与粘结剂混合均匀，造粒并干燥，获得制坯粒料；
将制坯粒料模压成型，得到多孔微晶玻璃生坯体；
对多孔微晶玻璃生坯体进行热处理，冷却，得到多孔微晶玻璃；
其中，煤矸石粉体是通过将煤矸石预处理得到的；石棉尾矿粉体是通过将石棉尾矿预处理得到的。
2.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述煤矸石粉体与所述石棉尾矿粉体的质量比为70～90：10～30。
3.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述煤矸石的矿物物相包括石英和高岭土；
所述煤矸石的烧失量为11.34～23.48％；
所述煤矸石包括按质量百分比计的以下组分：20.21％～68.16％SiO2，7.3％～50.41％Al2O3，7.24％～20.58％Fe2O3，3.41％～7.18％CaO，0.66％～4.42％TiO2。
4.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述石棉尾矿的矿物物相包括蛇纹石和水镁石；
所述石棉尾矿的烧失量为6.38～16.31％；
所述石棉尾矿包括按质量百分比计的以下组分：20.14％～60.42％MgO，15.68％～55.32％SiO2，5.19％～30.58％Fe2O3，2.16％～10.24％CaO。
5.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述造孔剂包括聚氨酯泡沫造孔剂、碳化硅、硼砂和碳酸钙中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述预处理包括焙烧、研磨和均匀化处理；其中，
煤矸石焙烧温度为750～800℃，石棉尾矿焙烧温度为850～900℃，保温时间都为30～60min，升温速率控制在5～8℃/min；升温时间控制在100～180min；
所述制坯粉料粒径为0.025～0.070mm。
7.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述粘结剂包括5～8wt％的聚乙烯醇溶液；
所述粘结剂与所述制坯粉料的重量比为5～10：90～95；
所述制坯粒料粒径为0.22mm～0.86mm；所述制坯粒料含水率为4％～6％；
所述将制坯粒料模压成型的压力为20～50MPa，保压10～40s。
8.根据权利要求1所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法，其特征在于，所述热处理包括两阶段连续烧结；其中，
第一阶段控制升温速率为5～8℃/min，从室温逐渐加热至900～1000℃；
第二阶段控制升温速率为2～5℃/min，从900～1000℃继续升温至1100℃～1200℃；
保温10～60min，然后自然冷却至室温。
9.一种以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃，其特征在于，所述多孔微晶玻璃包括权利要求1至8中任一项所述的煤矸石制备多孔微晶玻璃的方法所制备出的多孔微晶玻璃。
10.根据权利要求9所述的以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃，其特征在于，所述多孔微晶玻璃物相包括堇青石、莫来石和铁尖晶石；
所述多孔微晶玻璃的线膨胀率为9.41～10.22％，孔隙率为42.13～73.25％，体积密度为1.29～1.37g/cm3，吸水率为0.35～0.44％。
CN202210965454.7A 2022-08-12 2022-08-12 以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法 Active CN115108726B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210965454.7A CN115108726B (zh) 2022-08-12 2022-08-12 以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210965454.7A CN115108726B (zh) 2022-08-12 2022-08-12 以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115108726A true CN115108726A (zh) 2022-09-27
CN115108726B CN115108726B (zh) 2023-05-12

Family

ID=83336081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210965454.7A Active CN115108726B (zh) 2022-08-12 2022-08-12 以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115108726B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115677225A (zh) * 2022-11-18 2023-02-03 山西云飞联合科技有限公司 一种利用煤矸石制备微晶玻璃的方法
CN115677375A (zh) * 2022-11-04 2023-02-03 西南科技大学 一种堇青石多孔陶瓷及其制备方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2138470A1 (en) * 2008-06-25 2009-12-30 Scater S.R.L. A mixture of dangerous refuse and a relative treatment
CA2664990A1 (en) * 2009-04-29 2010-10-29 Terry G. F. Lay Composition and methods of producing glass and glass-ceramic materials from manganese tailings
CN103342468A (zh) * 2013-06-28 2013-10-09 北京晶雅石科技有限公司 泡沫微晶玻璃和纯微晶玻璃的复合板材及其制作方法
CN104230170A (zh) * 2013-06-07 2014-12-24 北京中伦基业科技发展有限公司 一种烧结法发泡微晶材料制品的制作方法
CN105130186A (zh) * 2015-08-19 2015-12-09 安徽建筑大学 一种煤矸石微晶玻璃及其制备方法
CN105924011A (zh) * 2016-04-25 2016-09-07 四川名微晶科技股份有限公司 以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃及其生产方法
CN106167356A (zh) * 2016-07-05 2016-11-30 济南大学 一种泡沫微晶玻璃的制备方法及所得产品
CN106892565A (zh) * 2017-02-27 2017-06-27 江苏省冶金设计院有限公司 一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法
CN107043274A (zh) * 2017-01-17 2017-08-15 安徽理工大学 一种以大掺量、低成本、高性能多孔陶瓷的制备方法
CN107089801A (zh) * 2017-06-08 2017-08-25 湖州知维技术服务有限公司 一种微晶泡沫玻璃及其制备方法
CN107344864A (zh) * 2016-09-29 2017-11-14 沈阳建筑大学 一种泡沫保温板材及其制备方法
CN109160741A (zh) * 2018-11-14 2019-01-08 西南科技大学 一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法
CN109320089A (zh) * 2018-11-07 2019-02-12 西南科技大学 一种以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃
CN110526584A (zh) * 2019-10-09 2019-12-03 中国科学院过程工程研究所 一种晶硅切割废料协同煤矸石制备多孔微晶材料的方法及用途
CN110590164A (zh) * 2019-08-29 2019-12-20 新华盛节能科技股份有限公司 人造微晶浮石材料及火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法
CN113563867A (zh) * 2021-08-31 2021-10-29 西南科技大学 一种高强度硅酸镁铝支撑剂及其制备方法
CN114620938A (zh) * 2022-03-17 2022-06-14 河南省高新技术实业有限公司 一种多级孔玻璃陶瓷及其制备方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2138470A1 (en) * 2008-06-25 2009-12-30 Scater S.R.L. A mixture of dangerous refuse and a relative treatment
CA2664990A1 (en) * 2009-04-29 2010-10-29 Terry G. F. Lay Composition and methods of producing glass and glass-ceramic materials from manganese tailings
CN104230170A (zh) * 2013-06-07 2014-12-24 北京中伦基业科技发展有限公司 一种烧结法发泡微晶材料制品的制作方法
CN103342468A (zh) * 2013-06-28 2013-10-09 北京晶雅石科技有限公司 泡沫微晶玻璃和纯微晶玻璃的复合板材及其制作方法
CN105130186A (zh) * 2015-08-19 2015-12-09 安徽建筑大学 一种煤矸石微晶玻璃及其制备方法
CN105924011A (zh) * 2016-04-25 2016-09-07 四川名微晶科技股份有限公司 以煤矸石为原料采用全电熔压延法工艺生产的微晶玻璃及其生产方法
CN106167356A (zh) * 2016-07-05 2016-11-30 济南大学 一种泡沫微晶玻璃的制备方法及所得产品
CN107344864A (zh) * 2016-09-29 2017-11-14 沈阳建筑大学 一种泡沫保温板材及其制备方法
CN107043274A (zh) * 2017-01-17 2017-08-15 安徽理工大学 一种以大掺量、低成本、高性能多孔陶瓷的制备方法
CN106892565A (zh) * 2017-02-27 2017-06-27 江苏省冶金设计院有限公司 一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法
CN107089801A (zh) * 2017-06-08 2017-08-25 湖州知维技术服务有限公司 一种微晶泡沫玻璃及其制备方法
CN109320089A (zh) * 2018-11-07 2019-02-12 西南科技大学 一种以石棉尾矿为原料的功能性微晶玻璃
CN109160741A (zh) * 2018-11-14 2019-01-08 西南科技大学 一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法
CN110590164A (zh) * 2019-08-29 2019-12-20 新华盛节能科技股份有限公司 人造微晶浮石材料及火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法
CN110526584A (zh) * 2019-10-09 2019-12-03 中国科学院过程工程研究所 一种晶硅切割废料协同煤矸石制备多孔微晶材料的方法及用途
CN113563867A (zh) * 2021-08-31 2021-10-29 西南科技大学 一种高强度硅酸镁铝支撑剂及其制备方法
CN114620938A (zh) * 2022-03-17 2022-06-14 河南省高新技术实业有限公司 一种多级孔玻璃陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI, Z: "Preparation and characterization of glass-ceramic foams with waste quartz sand and coal gangue in different proportions" *
LIU, TY: "Preparation, characterization and discussion of glass ceramic foam material: Analysis of glass phase, fractal dimension and self-foaming mechanism" *
孙春宝: "煤矸石资源化利用途径及进展" *
曹雨桐: "利用煤矸石制备陶瓷材料的研究进展", 《耐火与石灰》 *
罗冰: "煤矸石和石棉尾矿制备多孔微晶玻璃的研究" *
罗冰等: "煤矸石直接烧结法制备微晶玻璃" *
闫国进: "煤矸石制备堇青石质多孔玻璃陶瓷的研究", 《矿业安全与环保》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115677375A (zh) * 2022-11-04 2023-02-03 西南科技大学 一种堇青石多孔陶瓷及其制备方法
CN115677375B (zh) * 2022-11-04 2023-10-03 西南科技大学 一种堇青石多孔陶瓷及其制备方法
CN115677225A (zh) * 2022-11-18 2023-02-03 山西云飞联合科技有限公司 一种利用煤矸石制备微晶玻璃的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115108726B (zh) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115108726B (zh) 以煤矸石为原料的多孔微晶玻璃及其制备方法
CN103332958B (zh) 一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷及其制备方法
CN102770393A (zh) 飞灰加工和结合有飞灰组合物的制品
CN110818442B (zh) 一种以石棉尾矿为原料的CaO-MgO-SiO2系泡沫陶瓷
Bernardo Micro-and macro-cellular sintered glass-ceramics from wastes
WO2023159858A1 (zh) 一种轻质多孔吸音陶瓷材料、制备工艺及其应用
CN110713377A (zh) 一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO2系泡沫陶瓷的方法
Sousa et al. LZSA glass ceramic foams prepared by replication process
CN109608180B (zh) 一种装饰墙板及其一次烧成方法和应用
CN112592156B (zh) 发泡陶瓷及其制备方法和应用
CN107739193A (zh) 采用三种粒度原料三层布料生产发泡陶瓷的工艺方法
CN112552072A (zh) 一种建筑废弃物再生发泡陶瓷及其制备方法
CN111423245A (zh) 一种煤矸石-造纸污泥陶粒及其制备方法和应用、免烧透水砖及其制备方法
CN104844254B (zh) 一种利用辊道窑生产发泡赤泥装饰瓷砖的方法
CN111499402B (zh) 一种耐高温、强度高、轻质保温材料及其制备方法
CN112209624B (zh) 一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷及其制备方法
CN112759363A (zh) 一种发泡陶瓷复合添加剂、发泡陶瓷及其制备方法
CN115417682B (zh) 一种工业窑炉用耐火砖及其制备方法
CN110668791A (zh) 一种利用花岗岩锯泥制备的建筑材料及其方法
CN114044630B (zh) 一种再生多孔玻璃陶瓷及其制备方法和应用
CN111533534A (zh) 一种轻质耐火砖的制备方法
CN112279637A (zh) 氧化铝纤维-镁铝尖晶石多孔陶瓷及其制备方法
KR101586172B1 (ko) 경량 다공성 세라믹 소성체 및 그 제조방법
CN115677324B (zh) 人造石英石废渣制轻质砖及其制备方法
RU2197423C1 (ru) Способ получения алюмосиликатного пористого материала

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant