[发明专利]液态高炉渣直接制作微晶玻璃的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种液态高炉渣制作微晶玻璃的方法，本方法利用高炉炼铁过程中产生的液态高炉渣，直接制作低成本的微晶玻璃，可作为装饰材料应用于建筑行业和其它行业中。

 

背景技术

高炉渣是高炉炼铁过程中排出的固体废弃物，排放量巨大，而且含有丰富的显热能源。目前我国90%的高炉渣都采用水淬法处理液态高炉渣，此方法不仅使液态高炉渣的热量全部损失，而且对冲渣水资源也是极大的浪费，同时冲渣废水中含有大量有害物质，处理难度相当大，需要投入很大的资金，否则将对环境造成严重的污染。而我国对高炉渣的利用主要是以高炉水淬渣为原料制作水泥原料、筑路或地基回填材料、混凝土骨料等，这些工艺普遍存在环境污染严重，产品附加值低等缺点。

微晶玻璃是近几十年内人工开发出的一种强度(抗弯、抗压)、硬度、耐腐蚀性、耐磨等均很高的新型材料，又称为人造花岗岩(或大理石)，它的性能比天然花岗岩和大理石要好得多。由于微晶玻璃的化学组成主要包含 SiO₂、Al₂O₃、CaO、K₂O、Na₂O 等等，而高炉渣的成分与之相近，因此可作为制备微晶玻璃的主要原料。

利用矿渣（包括高炉渣）制得的微晶玻璃称为矿渣微晶玻璃，矿渣微晶玻璃的物化性能非常出色，具有很高的耐磨性、轻质高强、很好的热性能和化学腐蚀性能以及良好的绝缘性能。因此其用途很广泛，可以在很多情况下代替铸铁、钢、有色金属、玻璃、窑业制品、陶瓷、混凝土、大理石、铸石、花岗岩石以及其它天然石材和木材。故对矿渣微晶玻璃的制备进行研究具有非常重要的现实意义和经济价值。

迄今为止，国内外业已提出了很多基于高炉渣来制备微晶玻璃的生产工艺流程及材料设计方法，如 Khater利用埃及钢渣成功制得微晶玻璃，钢渣利用率达 57%；Vecoglu利用土耳其的高炉渣加入3%和5%的 TiO₂直接获得微晶玻璃材料；Agarwal等人也利用富CaO高炉渣研制了耐磨微晶玻璃陶瓷产品，获得了一种致密、缠绕纤维状的镁硅灰石显微结构；C.redricci等以巴西某钢厂高炉渣为主要原料，制备了主晶相为黄长石和斜硅钙石的微晶玻璃；A.A.Francis以埃及某钢厂高炉渣为原料，制备了主晶相为钙黄长石和透辉石的微晶玻璃。20世纪六十年代，材料科学家主要对尾矿废渣微晶玻璃的半工业性生产和工业性生产进行试验研究。1971年世界上第一条矿渣微晶玻璃生产线在前苏联建成投产并迅速发展，欧美日本等也都相应地开展了尾矿废渣微晶玻璃的研究与开发工作。

国内对尾矿废渣微晶玻璃的研究起步较晚，直到20世纪八十年代末九十年代初才在全国掀起了研制、开发、试生产微晶玻璃的热潮，主要以清华大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、武汉理工大学、陕西理工大学、湖南大学以及蚌埠玻璃工业设计研究院等几家为龙头，致力于用高炉渣制备高强、高档、低成本的可广泛应用于建筑、装饰或工业用耐磨、耐蚀的微晶玻璃材料。目前，国内已经有安徽朗琊山铜矿微晶玻璃厂、宜春微晶玻璃厂、大唐装饰材料有限公司等单位研制开发出多种微晶玻璃并正式投入批量生产。这些微晶玻璃生产厂主要以铜矿尾渣、磷矿渣、粉煤灰、钨矿尾砂和高炉渣等固体废弃物为原料。

虽然现有技术对矿渣微晶玻璃制备研究很多，方法也很多，但实际生产主要以熔融法和烧结法为主。

熔融法工艺是研究最早、采用最多的微晶玻璃制备方法，其工艺过程为：在原料中加入一定量的晶核剂并混合均匀，于1400-1600℃高温熔制，均化后将玻璃熔体急冷后成型，经退火后在一定温度下进行晶化和核化，以获得晶粒细小且结构均匀的微晶玻璃制品。熔融法制备微晶玻璃具备以下优点：可采用任何一种玻璃的成形方法，如：压制、浇注、吹制、拉制，便于生产形状复杂的制品和机械化生产；制品无气孔，致密度高；玻璃组成范围宽。其缺点为：熔制温度过高，通常都在1400-1600℃，能耗大；热处理制度在现实生产中难于操纵控制不适合制作附加值相对较低的建筑装饰微晶玻璃，因此未被国内生产厂家采用。