一种基于硝酸加压锂盐固废的化学强化玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及玻璃材料，具体涉及基于硝酸加压锂盐固废的化学强化玻璃及其制备方法。

背景技术：

1、碳酸锂是制备高端锂离子电池正极材料的关键原料，其制备工艺依赖于对锂辉石及锂云母中锂元素的提取。其中，锂辉石是伟晶岩中的特征矿物，属辉石类矿物，其精矿一般含li2o为6.3-7.5wt％。实际上通常在2.91-7.66wt％范围。由于锂辉石中的li2o较低，目前广泛采用的硫酸焙烧法对锂辉石矿物中的进行提取，该方法针对锂辉石精矿，因而导致大量的锂辉石尾矿被堆弃、填埋处理，资源利用率较低。

2、考虑到硫酸焙烧法资源利用率较低，一种硝酸加压的新技术被应用于锂辉石中li2o进行提取，该方法可以更高效的提取锂辉石中的li2o。但是，由此产生的锂盐固废(锂渣)也将大幅度增加，如何合理处理锂渣是当前面临的主要技术挑战。

3、化学强化玻璃是指将玻璃放置在熔融的混盐或纯盐中在一定的温度下保温，让熔融的盐中半径较大的碱金属离子交换玻璃中的中半径较小的碱金属离子，从而使玻璃的表面产生一层压应力层，以达到提高玻璃的抗弯抗摔等机械性能的目的。这种类型的玻璃通常用于电子设备、移动设备、平板电脑、相机镜头盖板，新能源汽车车窗以及穿戴等领域。

4、含铝化学强化玻璃是目前市面上最常见的化学强化玻璃，其特点是高粘度和高熔点。在化学强化过程中，玻璃成分、熔盐比、强化温度等因素对离子交换效率有显著影响。但是过量的al2o3会导致玻璃熔点上升，且可能出现铝氧六面体结构[alo6]，不利于化学强化。

5、现有技术中通过在硅酸铝玻璃中加入一定量的b2o3，可有效解决al2o3含量升高引起的高熔点、高粘度等问题。玻璃中的b2o3主要以硼氧四面体结构[bo4]和硼氧三角形结构[bo3]两种形式存在。b2o3的存在取决于玻璃中非桥氧和单价碱金属的数量。当玻璃中有足够数量的碱金属和非桥氧时，b2o3主要以四面体[bo4]结构存在。相反，当碱金属和非桥氧不足时，b2o3大多呈三角体[bo3]结构。此外，b2o3对化学强化的压应力深度(dol)和表面压应力(cs)均有较大影响，一般来说[bo4]在化学强化过程中可能会对离子交换有一定抑制作用，而[bo3]在化学强化中有促进作用。因此，调节b2o3的存在形式，对化学强化有着重要的影响。

6、中国专利(cn117164231a)公开一种化学强化玻璃的制备方法，该方法制备的化学强化玻璃有优异的力学和光学性能，但是该玻璃的cs仅为700mpa。

7、中国专利(cn117486489a)公开一种化学强化玻璃的制备方法，该方法制备的化学强化玻璃cs高达1000mpa，但是该款化学强化玻璃含有li元素，提高了生产成本。

8、中国专利(cn116903247a)公开一种不含锂化学强化玻璃的制备方法，该方法制备的化学强化玻璃cs大于1000mpa，但是该款化学强化玻璃的强化工艺为多步强化法，且使用原材料均为分析纯，提高了生产成本。

技术实现思路

1、基于以上问题，本发明提供基于硝酸加压锂盐固废的化学强化玻璃及其制备方法，通过对化学强化玻璃中b2o3、al2o3、na2o和k2o比例调节，使对应氧化物的摩尔百分比含量满足(na2o+k2o)/al2o3>1且(na2o+k2o-al2o3)/b2o3<1，可有效解决al2o3含量升高引起的高熔点、高粘度等问题，规避玻璃中出现铝氧六面体结构[alo6]而不利于化学强化的问题；此外还达到了玻璃中硼氧四面体[bo4]和硼氧三角体[bo3]两种结构平衡的目的，在提升玻璃表面压应力的基础上，有效规避过量的硼氧四面体[bo4]会导致玻璃的压应力深度大幅下降的问题。

2、为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于硝酸加压锂盐固废的化学强化玻璃制备方法，包括：

4、将锂盐固废和氧化物分析纯进行混合形成混合物料；所述锂盐固废粉末是基于硝酸加压技术处理锂盐矿物后得到的固废粉末，按质量百分比计，所述混合物料中锂盐固废含量为40～60％，所述氧化物分析纯包括10.5～20.5％的sio2分析纯、0.5～2.2％的al2o3分析纯、1.5～12.2％的na2o分析纯、0.1～3.0％的k2o分析纯、2.1～7.0％的mgo分析纯以及0.0～10.0％的b2o3分析纯；其中，所述化学强化玻璃中na2o、k2o、al2o3、b2o3的摩尔百分比含量满足(na2o+k2o)/al2o3>1且(na2o+k2o-al2o3)/b2o3<1。

5、在1480～1620℃下将所述混合物料熔制成无气泡的熔融玻璃液后，将玻璃液浇筑成玻璃块；

6、将所述玻璃块切割为片状结构的玻璃片，并将玻璃片浸渍在熔融盐液中进行化学强化，得到化学强化玻璃。

7、进一步地，按质量百分比计，所述锂盐固废中包括：

8、sio2：60.2～80.3％

9、al2o3：10.1～16.2％

10、na2o：0.5～3.1％

11、k2o：0.1～3.1％

12、fe2o3：0.0～0.5％

13、mgo：2.0～4.5％

14、cao：0.1～0.3％

15、rb2o：0.1～0.2％

16、tio2：0.01～0.02％

17、p2o5：0.1～0.2％。

18、进一步地，对玻璃片进行化学强化前，依次对玻璃片进行表面抛磨和抛光；其中抛磨采用1500目的金刚石沙盘研磨40～80min，抛光采用氧化铈和聚氨酯的混合抛光物料抛光120～150min后，再采用氧化铈+阻尼布抛光至少30min。

19、进一步地，对抛光完成后的玻璃片进行化学强化前，将玻璃片在350～390℃温度下保温预热10～30min。

20、进一步地，将强化后的玻璃片滴盐10～15min后，移送到350～380℃的退火炉中保温20～40min。

21、进一步地，退火后的玻璃片依次经过柠檬酸洗、碱液洗和纯水清洗，然后烘干。

22、为实现上述技术效果，本发明还提供了一种基于硝酸加压锂盐固废的化学强化玻璃，该化学强化玻璃是通过所述的基于硝酸加压锂盐固废的化学强化玻璃制备方法加工而得。

23、进一步地，所述化学强化玻璃的表面压应力高于1100mpa，压应力深度大于30μm，在可见光波长550nm处透光率>90％，维氏硬度均>7.0gpa，化学强化前后的膨胀率<0.019％。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、1、本发明通过对化学强化玻璃中b2o3、al2o3、na2o和k2o比例调节，使对应氧化物的摩尔百分比含量满足(na2o+k2o)/al2o3>1且(na2o+k2o-al2o3)/b2o3<1，可有效解决al2o3含量升高引起的高熔点、高粘度等问题，而且可以确保熔融玻璃液中非桥氧和碱金属离子优先形成铝氧四面体[alo4]，其余的非桥氧和碱金属则继续与b2o3形成硼氧四面体[bo4]，规避了玻璃中出现铝氧六面体结构[alo6]而不利于化学强化的问题。

26、2、硼氧四面体[bo4]在化学强化过程中会对离子交换有一定抑制作用，使离子交换过程中半径较大的离子会在玻璃表面堆积，从而提高玻璃的表面压应力，随着al2o3和b2o3对非桥氧和碱金属离子的消耗，在玻璃中形成硼氧三角体[bo3]，不仅有利于玻璃的化学强化，而且还达到了玻璃中硼氧四面体[bo4]和硼氧三角体[bo3]两种结构平衡的目的，在提升玻璃表面压应力的基础上，有效规避过量的硼氧四面体[bo4]会导致玻璃的压应力深度大幅下降的问题。