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利用废渣生产微晶玻璃复合板 　　摘 要:本文介绍了微晶玻璃陶瓷复合板的工艺特点,并利用铝土矿选尾矿和粉煤灰制备微晶玻璃复合板,试验表明,利用废渣生产的微晶玻璃复合板能够充分保留微晶玻璃的优良性能,同时能够大量利用废渣。 　　关键词:微晶玻璃-陶瓷复合板;新工艺;废渣 　　 　　1 前言 　　 　　 微晶玻璃又称玻璃陶瓷, 是综合玻璃和陶瓷技术发展起来的一种新型材料, 其理化性能集中了玻璃和陶瓷的双重优点,具有高光泽度、优异的物理机械性能和化学稳定性,以及绿色环保等优良性能,有着广阔的市场需求[1]。然而,大多数微晶玻璃是采用化工原料及水淬烧结方法,这使得微晶玻璃板材的成本过高。 　　 随着我国经济的发展,大量的工业固体废渣对环境造成很大的压力;粉煤灰是火力发电厂排放的固体工业废渣,目前主要用作灌浆材料、建筑工程材料等,如何更有效地变废为宝,开发出使用价值更高的材料是粉煤灰利用的一个重要课题[2]。而国内一些矿山将尾矿作井下充填料、覆土造田, 这只是一种粗糙的处理方式, 尾矿没有被充分利用,取得的经济效益不大。利用工业废渣制作微晶玻璃,既可节约成本,又可达到综合利用资源和保护环境目的。 　　 通常,微晶玻璃陶瓷复合板采用两次烧成工艺,即先烧结素坯,再布微晶玻璃粒料进行二次烧结[3]。二次烧结过程中,由于使用微晶玻璃的大颗粒料,以及两层材料的结合需要较高的烧结温度,而这个温度常常偏离微晶玻璃层的最优烧结温度,因此会造成微晶玻璃层气孔较大、晶相含量降低,从而导致硬度的下降[4]。 本文提出利用铝土矿选尾矿和粉煤灰生产微晶玻璃陶瓷复合板的新工艺[5],这种新工艺的特点是,废渣使用量高,一次烧成,同时保证微晶玻璃层充分烧结。 　　 　　2 试验 　　 　　2.1原料 　　 实验所用铝土矿选尾矿由中国铝业公司郑州研究院提供;粉煤灰来自郑州热电厂;玻璃料由佛山市欧神诺有限公司提供,其它辅助原料如石英砂在市场上购得。粉煤灰和铝土矿选尾矿的化学组分如表1所示。 　　2.2样品的制备 　　 原料磨细过200目(75μm)筛,基板层用铝土矿选尾矿、粉煤灰、石英砂与微晶玻璃板层用玻璃粉以质量比40:30:17:13配比。基板料加水8wt%,混合造粒;玻璃料加8wt%PVA 溶液造粒。随后分别倒入模具中,在40MPa的压力下压制成双层坯体,坯体的基板层厚度约6.5mm, 微晶玻璃层厚度约1.5mm。样品烘干后以一定的热处理制度烧结,烧结温度为980oC,烧成周期为90min。 　　2.3组成、结构和性能测试 　　 采用法国SETARAM公司的Labsys型差热分析仪对玻璃料进行DSC测试,升温速度为20℃/min,空气气氛。利用Philips公司的PW 1700型X射线衍射仪测定样品的相组成,Cu靶;将烧结晶化后的试样切割成小块表面磨平并抛光,采用JEOL JSM-6700F型扫描电镜形貌观察样品的微观形貌,并利用EDS分析其元素组成。利用显微硬度记测量样品的硬度,测量时载荷为300g,加载时间15s;复合板的三点抗弯强度利用德国Zwick/Roell Z030实验机完成,跨距30mm,加载速率0.5mm/min。 　　 　　3 结果与讨论 　　 　　 微晶玻璃复合板类似于瓷质砖的生产工艺,但有一定的不同: 　　 (1) 基板料主要由工业废渣、玻璃化废渣和石英砂组成,有时需要加入一定的玻璃料以提高强度。工业废渣所起的作用与瓷质砖中粘土的作用类似;石英相作为填充相抑制烧结收缩和变形,同时对调整基板层和微晶玻璃层的热膨胀系数有着重要的作用;玻璃化废料主要用来提高强度,如果玻璃化废料成分设计合理,则不用添加其他的玻璃料,实际上很多玻璃化废料,如粉煤灰和钢渣,在较低的烧结温度下流动性差,会造成基板层乃至复合板的强度低,这时需要加入一定的低温流动好的玻璃料。 　　 (2) 烧结温度的选择主要以微晶玻粒层获得最优的烧结晶化为依据。由于微晶玻璃层采用细分压制烧结,充分发挥表面晶化机制,并在最优的烧结晶化温度烧结,微晶玻璃层晶化良好、硬度高,和纯微晶玻璃板材的性能完全一样。 　　(3)通常硅灰石系微晶玻璃最优烧结晶化温度在1000oC左右,在这个烧结温度下,基板层不能烧结致密,基板层强度主要由其中的玻璃料确定。试验测试的烧结收缩在1.4%左右,几乎是一个常数。这样的显微结构对于废渣的利用、两层材料的结合和变形的控制是有益的。较低的烧结收缩能够很好地控制复合板的变形,并且对废渣成分的变化不敏感。 　　 DSC试验确定微晶玻璃料的晶化峰温为980oC,因此确定复合板样品的烧结温度为980oC。但研究表明[6],粉煤灰在高于1050oC烧成后,强度明显提高。为了提高复合板的强度,将其中一组样品的烧结温度提高到1080 oC,