CN104556702A - 一种利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法，冶金渣包括钢铁冶金渣和有色冶金渣等，主要化学组成为CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、MnO等。本发明在制备基础玻璃过程中，通过在冶金渣中添加配料，将其二元碱度质量比控制在0.6-0.9的较高水平，同时Al2O3质量百分含量控制在8-18％，TFe百分含量控制在小于9％；后续采用一步法热处理制度将基础玻璃制备为高碱度微晶玻璃。本发明制备的高碱度微晶玻璃，不仅提高了冶金渣掺量，减少了高硅高铝原料的添加量，还更适合于一步法的热处理制度，这有利于基础玻璃热处理生产过程节能减排，以及制备出性能更优越的产品。该方法即适合冷态冶金渣利用，也适合热态冶金渣的直接利用。

Description

一种利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法
技术领域
本发明涉及一种利用冶金渣制备具有高碱度微晶玻璃的方法，属于冶金资源综合利用和环境保护的技术领域。
背景技术
钢铁冶金渣，包括高炉渣、电炉渣、转炉渣、脱硫渣、精炼渣等，其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3、Fe3O4等。由于高温冶炼需要，渣中二元碱度R(即CaO和SiO2质量比CaO/SiO2)很高，酸性氧化物如SiO2和Al2O3含量却较少。高炉渣R＝0.9～1.2，电炉渣和转炉渣碱度R＝2.5～5.0。
在已有冶金渣微晶玻璃研究中，原料来源为天然矿石或各种废弃固渣，其微晶玻璃R<0.4，以SiO2和Al2O3为主要化学组成。冶金渣微晶玻璃多属于CaO-SiO2-Al2O3三元体系，因此需要对其进行高温改性处理，向渣中加入SiO2和Al2O3含量高的酸性原料，如铁尾矿、煤矸石、粉煤灰、石英砂等，以达到控制冶金渣微晶玻璃化学组成目的。但是，由于酸性原料同冶金渣的熔合以及玻璃熔体的澄清、均化等过程，均需要进行补热。以粉煤灰高温改性100kg二元碱度为3.0的转炉钢渣为例，其粉煤灰需用量见表1。
表1不同碱度钢渣微晶玻璃粉煤灰需用量
由表1如果冶金渣微晶玻璃按照传统低碱度化学组成，其酸性改质剂粉煤灰的使用量将至少是钢渣量的2倍以上。这样不仅增加了冶金渣等废弃物处理量，而且还增加了热量消耗和微晶玻璃成本。而由于微晶玻璃在不同使用场合中对其性能指标要求不同，因此可根据不同指标要求和使用档次，对冶金渣微晶玻璃进行梯度改性，生产满足不同使用领域冶金渣微晶玻璃产品。因此在使冶金渣微晶玻璃性能指标满足相应国家标准情况下，提高微晶玻璃中碱度值，不仅可减少酸性改质剂使用量，还能减少热量工艺和能源消耗。如果对刚出炉后的冶金熔渣直接进行改性处理，生产少改质剂的高碱度冶金渣微晶玻璃，将极大减少能耗，提高产品附加产值。
发明内容
本发明目的是利用冶金渣采用一步法热处理制度制备高碱度微晶玻璃，在冶金熔渣中添加高硅高铝的酸性材料，控制二元碱度的方法，提高冶金渣掺量，减少了高硅高铝原料添加量；实现生产过程节能减排，同时够获得性能更优越的产品。
一种利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法，其特征在于：采用熔融法或者烧结法，利用冶金熔渣制备高碱度微晶玻璃，其主要化学组成是质量百分比为CaO(20-35％)、SiO2(30-48％)、Al2O3(8-18％)、MgO(3-17％)、TFe(<6％)；高碱度微晶玻璃二元碱度，即CaO/SiO2质量比控制在0.6-0.9。
在制备基础玻璃时，通过冶金渣中加入高硅高铝酸性配料来控制高碱度微晶玻璃的主要化学组成，这些酸性配料可以是粉煤灰、煤矸石、尾矿等高硅高铝废弃物以及石英砂、河沙、长石、沸石等高硅高铝的廉价矿物原料中的一种或多种。
在制备基础玻璃时，通过冶金渣中加入还原剂配料来控制高碱度微晶玻璃的全铁含量，即对于含铁量高的冶金渣，可通过向熔渣或者配料中配入一定比例的煤粉或者焦炭粉等碳素还原剂，还原渣中铁氧化物，达到控制基础玻璃中的铁含量目的。
制备高碱度微晶玻璃的基础玻璃时，对冷态冶金渣，可在原料配料后再熔制形成；对热态或熔融态冶金渣，可通过在渣中直接混入配料的方法熔制形成。
在基础玻璃热处理制备微晶玻璃的过程中，无论采用熔融法还是烧结法，均适合采用一步法热处理制度将基础玻璃制备为高碱度微晶玻璃，该热处理温度选取范围为850-1150℃。
本发明制备的高碱度微晶玻璃，不仅提高了冶金渣掺量，减少了高硅高铝原料的添加量，还更适合于一步法的热处理制度，这有利于基础玻璃热处理生产过程节能减排，以及制备出性能更优越的产品。该方法即适合冷态冶金渣利用，也适合热态冶金渣的直接利用。
具体实施方式
实施例1、把高炉渣(碱度1.1)、粉煤灰、铁尾矿分别按照72％、2％、26％质量比例共称量400g，混合均匀后倒入石墨坩埚内，放置于高温马弗炉中，在1570℃在保温30-60min。熔化均匀后，倒入水中淬冷固化，得到基础玻璃颗粒。玻璃颗粒经过破碎、干燥、球磨、筛分、造球、压制后，制成标准测试样条，在马弗炉中于920℃保温1小时。得到的微晶玻璃碱度为0.6，主要组成为CaO 28.3％、SiO2 47.1％、Al2O3 9.02％、MgO 8.3％、TFe<3％，抗折强度达到50MPa以上，符合国家标准。
实施例2、把钢渣(碱度2.5)在水泥磨中球磨后，过80目标准筛，同粉煤灰、石英砂、煤粉按照钢渣50份、粉煤灰40份、石英砂5份、煤粉5份混合均匀后，倒入石墨坩埚中，放入高温炉内于1550℃加热熔化并保温1小时。熔化均匀并得到澄清后，倒入水中进行水淬处理，破碎、烘干、磁选、筛分后，得到基础玻璃颗粒粉末。基础玻璃主要化学组成为CaO25.98％，SiO2 44％，Al2O3 15.24％，MgO 5.36％，Fe2O3 1.26％，碱度为0.6。基础玻璃粉末经过压制成型，并在920℃热处理保温的工艺后，得到的微晶玻璃具有抗折强度70MPa、抗压强度840MPa和显微硬度2.4GPa。
实施例3、把转炉钢渣(碱度2.5)在水泥磨中球磨后，过80目标准筛，同粉煤灰、煤粉和Na2CO3按照钢渣16份、粉煤灰10份、煤粉1份、Na2CO3比例，混合均匀后，倒入石墨坩埚中，放入高温炉内于1550℃加热熔化并保温1小时。熔化均匀并得到澄清后，倒入事先预热600℃的钢模中。然后将钢模放入马弗炉中，700℃退火热处理1小时，再在1000℃温度范围内进行一步法热处理，得到的微晶玻璃经过切割、抛光后，测得其抗折强度60MPa、抗压强度470MPa、显微硬度4.7GPa。微晶玻璃碱度为0.8，化学组成为CaO 23.7％，SiO2 31.2％，Al2O3 11.2％，MgO 4.8％，TFe<9％。
实施例4、把钢渣(碱度2.7)破碎后，按照钢渣50份、粉煤灰40份、石英砂5份、煤粉5份混合均匀后，倒入内部衬有石墨坩埚的中频炉内加热熔化，期间利用耐热钢棒搅拌1分钟左右。加热熔化30分钟后，倒入冷却中淬化。然后通过烘干、破碎、磁选、筛分、压制，并在950℃保温热处理后，得到的烧结法微晶玻璃抗折强度远大于国家标准要求的30MPa。微晶玻璃碱度0.7，其主要化学组成为CaO 25.87％，SiO2 38.88，Al2O3 15.42％，MgO 5.34％，TFe 3.84％。
实施例5、把钢渣(碱度2.7)破碎后，按照钢渣65份、粉煤灰35份混合均匀后，置于石墨坩埚中，放入硅钼棒加热炉内，升温至1550℃并保温1小时。高温下混合料熔化成为液渣，同时伴随着铁氧化物的还原和液渣成分的均化。保温结束后将石墨坩埚内上层液渣水淬，经烘干、破碎、磁选后得到玻璃颗粒和金属铁块。玻璃颗粒通过烘干、破碎、磁选、筛分、压制，并在1100℃保温热处理后，得到的烧结法微晶玻璃抗折强度远大于国家标准要求的56MPa。微晶玻璃碱度0.9，其主要化学组成为CaO 32.1％，SiO2 36.4，Al2O3 13.8％，MgO5.6％，Fe2O3 1.9％。

Claims (5)

1.一种利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法，其特征在于：采用熔融法或者烧结法，利用冶金熔渣制备高碱度微晶玻璃，其主要化学组成是质量百分比为CaO(20-35％)、SiO2(30-48％)、Al2O3(8-18％)、MgO(3-17％)、TFe(<9％)；高碱度微晶玻璃的二元碱度，即CaO/SiO2质量比为0.6-0.9。
2.根据权利要求1所述的利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法，其特征在于：在制备基础玻璃时，通过冶金渣中加入高硅高铝酸性配料来控制高碱度微晶玻璃的主要化学组成，这些酸性配料是粉煤灰、煤矸石、尾矿高硅高铝废弃物以及石英砂、河沙、长石、沸石高硅高铝的廉价矿物原料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法，其特征在于：在制备基础玻璃时，通过冶金渣中加入还原剂配料来控制高碱度微晶玻璃的全铁含量，即对于含铁量高的冶金渣，通过向熔渣或者配料中配入一定比例的煤粉或者焦炭粉碳素还原剂还原渣中铁氧化物，达到控制基础玻璃中的铁含量目的。
4.根据权利要求1、2和3所述的利用冶金渣制备高碱度微晶玻璃的方法，其特征在于：制备高碱度微晶玻璃的基础玻璃时，对冷态冶金渣，是通过原料配料后再熔制形成；对热态或熔融态冶金渣，是通过在渣中直接混入配料的方法熔制形成。
5.根据权利要求1所述的高碱度微晶玻璃，其特征在于：在基础玻璃热处理制备微晶玻璃的过程中，无论采用熔融法还是烧结法，均采用一步法热处理制度将基础玻璃制备为高碱度微晶玻璃，该热处理温度选取范围为850-1150℃。
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