CN101372405B - 一种建筑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新的节能型建筑材料，其原料包括液态炉渣和辅助原料，其特征在于，按原料的总重量计，液态炉渣的用量为70～90％，其余为辅助原料；所述辅助原料包括骨架形成剂、助熔剂和澄清剂，且不含任何有毒有害物质。本发明利用工业熔渣及其显热生产的新型节能建筑材料具有明显的节能效果，在生产过程中的生产能耗以及在使用过程中的使用能耗均较普通建筑材料有较大幅度的降低；同时不占用任何耕地；在生产过程中不增加新的污染源；具有较好的企业经济效益和社会效益。本发明还提供了一种制备本发明所述建筑材料的方法，该方法包括将熔融态的炉渣与辅助原料混合。

Description

一种建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域。具体地，本发明涉及一种利用液态炉渣直接生产节能型建筑材料的方法以及由该方法得到的节能型建筑材料。

背景技术

改革开放以来，我国对于工业废料的利用比较重视，特别在近十几年对于工业废渣的利用取得了可喜的成绩，工业废渣利用率不断上升。按照常规，工业炉废渣大致有下列用途：固态干(块)渣主要用于修筑公路、铁路、地基工程、熔炼矿棉的原料或作混凝土骨料，水淬渣大量用作水泥混合材(填料)，还有少量炉渣转化成膨珠用作建筑材料轻骨料。无论上述那种利用方式，他们的共同特点是：只是利用了经过冷却、呈常温冷凝状态的工业炉渣，而这些炉渣从原本高温熔融状态下冷却过程所释放出来的热能(也就是它们的熔融显热)却没有得到丝毫的利用，全部被白白浪费了。与此同时，在熔渣冲成水淬渣的过程中还耗费了大量的水资源，并形成不同程度的环境污染。如果对于工业炉渣的利用不仅仅停留在冷态废渣的利用上，将炉渣从高温状态冷却至常温状态时所释放出来的热量(即显热)同时利用起来生产相应的产品，将大幅度降低该产品的生产能耗。也就是不仅利用冷态废渣，同时也利用了工业熔渣的显热。

随着我国国民经济的飞速发展，近几年冶金、电力等工业有了突飞猛进的增长，随之而来的是各种工业熔渣的产生量也将达到了空前的数量，再加上其它熔渣，据统计2005年全国工业熔渣的产生总量达到3亿～3.5亿吨。其中包括炼铁高炉熔渣、炼钢熔渣、铁合金熔渣、有色冶炼熔渣、电厂旋风燃烧室液态排渣等，这些熔渣的出炉温度均在1300～1400℃左右，最高可达1500～1600℃。一般而言，1吨熔渣带有1600～1800MJ热量，大约相当于55～61kg标准煤完全燃烧后所产生的热量。如果以2005年全国工业熔渣产生量3.5亿为计算基础，这部分熔渣因完 全没有利用其显热，所浪费的热能大致相当于2800万吨原煤。如果再加上固体炉渣转化为水泥、矿渣棉等二级制品所消耗的能源，其数量就更多了。假设这一部分熔渣显热全部被利用起来，虽然从节能的绝对量来看并不是很多，大约占全国年总能源消耗量的1～2％，由于是显热利用，就有可能取得举一反三的效果。由于处理高温熔融物有一定难度，因此在过去生产上采取的各种处理工艺都无法回收熔渣的显热。但是从节能的观点出发，回收这一部分显热并有效地加以利用是十分必要的，即便只能够回收一部分，也将能够得到可观的回报。到目前为止，以高炉熔渣显热回收工艺为代表的熔渣显热回收工艺有以下两种：

(1)喷吹法高炉矿渣棉生产工艺

我国在上世纪50年代之前，就在高炉渣沟末端，在喷嘴中通以压缩空气或高压蒸汽作为喷吹介质，将未经任何调质、调温处理的熔融高炉渣直接喷吹成矿渣棉纤维。虽然此方法充分利用了熔渣的显热，生产成本很低，价格也便宜，但因我国的高炉渣均为碱性渣，料性短，并不适合直接成纤，所以这种矿渣棉纤维直径短且粗，加之生产和施工过程对环境污染严重，不为用户欢迎，早已经被淘汰。

(2)风淬造粒显热回收工艺

20多年前，日、德、英等国开始进行高炉熔渣显热回收技术的开发研究工作，其主要内容为熔渣的干式造粒和流动床热交换技术，回收的热量可转换成蒸汽或高温热风。见文献：胡峻鸽，国内外高炉渣综合利用技术的发展及对鞍钢的建议[J]，鞍钢技术，2003(3)，8～11。据介绍可回收熔渣显热的70％左右，同时产生的粒状渣球也可作为水泥填料或轻骨料使用，但是这些产品仅属于半成品，经济价值仍然不是很高，在国内也未见有类似使用的报道。

对于如何有效的利用这些大量的、有待于开发利用的工业熔渣显热，是一个全新的课题。建筑行业是我国最大的耗能大户，建筑业在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30％左右，使用钢材、水泥等建筑材料的生产能耗占16.7％，这两者相加为46.7％，单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍。所以建筑材料行业的节能已经刻不 容缓。本发明人认为应将这工业熔渣显热用于使用最广泛、产品产量最大和耗能较多的生产项目上，也即应用于建筑材料业的节能上。

各种冶炼高炉每天都要排放大量的高温液态渣，如炼钢水淬渣、炼铁水淬渣等都是冶炼高炉高温液态渣排入水中的产物。在冶炼厂这些水淬渣堆积如山，不仅侵占场地，而且污染环境。利用高炉水淬渣开发饰面材料是水淬渣综合利用的一个途径，国内外已有这方面的报道。如见以下文献：

1.SlotR J，John A.The fabrication of glass-ceramic materialsbased on blastfurnace slag-A review.[J]Journal of the CanadianCeramic Society，1976(45)：63～67；

2.韩克峰，高炉水渣细磨产品在全尾砂胶结充填中的应用[J]，金属矿山，2001(7)：45～47；

3.崔运成，孙雪玉，金亚东等，高炉渣的化学综合利用[J]，松辽学刊(自然科学版)，1997(3)：25～26；

4.ToshikazuSakuraga，日本炼钢工业高炉渣与钢渣利用现状[C]，冶金渣处理与利用国际研讨会，1999。

但水淬渣在利用过程中的干燥、粉磨处理不仅要耗去大量的能量，而且冶炼高温液态渣所携带的大量余热也会被白白浪费。因此，研究将冶炼高炉排放的高温液态渣不经水淬直接进行处理，制作建筑材料的节能新工艺具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明人进行了长期深入的研究，并最终通过提供一种新的节能型建筑材料及其制备方法而完成了本发明。

本发明的一个目的是提供一种新的节能型建筑材料。本发明的节能型建筑材料包括液态炉渣和辅助原料，其特征在于，按原料的总重量计，所述液态炉渣的用量为70～90％，其余为辅助原料；所述辅助原料包括 骨架形成剂、助熔剂和澄清剂。

优选地，本发明所述建筑材料中的所述骨架形成剂选自石英岩、硅砂和白页岩中的一种或更多种。所述助熔剂优选选自铁矿尾矿、萤石、钠长石、钾长石、硅酸钠和氟硅酸钠中的一种或更多种，更优选选自铁矿尾矿或硅酸钠或钾长石中的一种或更多种。所述澄清剂优选选自硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和砷氧化物中的一种或更多种，更优选选自优选选自纯碱、芒硝和硝酸钠中的一种或更多种。

用于本发明建筑材料中的所述液态炉渣优选选自冶炼渣和精炼渣，更优选选自炼铁高炉熔渣、炼钢熔渣、铁合金熔渣、有色冶炼熔渣和电厂旋风燃烧室液态排渣。所述液态炉渣的温度优选为1300～1600℃。

在本发明所述的建筑材料中，所述辅助原料不含有毒有害物质，优选还包括成核剂，如CaO、MgO、FeO、ZnO等各种金属氧化物。

优选地，用于本发明所述建筑材料的所述辅助原料按原料的总重量计包含10～30％的石英岩、3～8％的铁矿尾矿和3～8％的Na₂CO₃，所述建筑材料中各组分的重量百分比之和是100％。更优选地，所述辅助原料按原料的总重量计包含20～30％的石英岩。

本发明所述的建筑材料优选为炉渣饰面玻璃、炉渣玻璃砖、炉渣玻璃管、炉渣微晶玻璃、炉渣地砖或炉渣铸石。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明所述的建筑材料包含按重量计：35～45％的SiO₂、10～15％的Al₂O₃、20～30％的CaO、5～10％的MgO和1.5～3.5％的Fe₂O₃，所述建筑材料中各组分的重量百分比之和是100％。

本发明的另一个目的是提供一种制备本发明所述节能型建筑材料的方法，该方法包括将熔融态的炉渣与辅助原料混合。

优选地，在本发明方法中，所述辅助原料在混合前被预热至400-800℃。

优选地，在本发明方法中，将所述熔融态的炉渣浇注在所述辅助原料上。

在本发明方法的一个优选实施方案中，本发明方法还包括如下步骤：将所述液态炉渣与辅助原料混合后在熔融态下保温60-120分钟，然后降温，出料成型，脱模并退火。

优选地，在本发明方法的保温过程中，通过炉前观测、挑料或拉丝 来确定配合料的熔化情况。

在本发明方法中，所述退火优选是按如下步骤进行的：

将脱模后的建筑材料送入退火炉中，在500-700℃下保持15-60分钟后自然降温至室温；或者将脱模后的建筑材料直接放入膨胀珍珠岩中用自身的余热退火。

在本发明方法中，所述的退火炉优选是间歇式退火炉，更优选为马弗炉。

本发明利用工业熔渣及其显热生产的新型节能建筑材料具有明显的节能效果，在生产过程中的生产能耗以及在使用过程中的使用能耗均较普通建筑材料有较大幅度的降低；同时不占用任何耕地；在生产过程中不增加新的污染源；具有较好的企业经济效益和社会效益。本发明的具体节能型建筑材料品种包括炉渣饰面玻璃、炉渣玻璃砖、炉渣玻璃管、炉渣微晶玻璃、炉渣地砖、炉渣铸石等。

本发明以炼铁厂高炉排放的高温炼铁液态炉渣为主要原料，在实验室进行试验研究。结果表明，采用合适的工艺和外加料可以利用温度高达1400～1500℃的炼铁液态炉渣直接制成各项技术性能满足饰面材料性能要求的饰面玻璃。这种液态渣饰面玻璃的主要性能满足有关饰面材料的技术性能要求，力学性能、化学性能和外观装饰效果均优于天然大理石、花岗岩，可作为建筑装饰。炼铁液态炉渣掺量达70％～90％，并且液态渣所携带的大量余热得以充分利用，因此，具有工艺简单、成本低、节能效果明显的特点。

附图说明

图1为本发明制备新的节能型建筑材料的方法的一个具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

原料

所采用原材料液态渣的物理性能：炼铁液态炉渣温度为1400～ 1500℃时，粘度0.002～0.200Pa·S，密度3～4g/cm³，液态渣的化学成分见表1。

表1炼铁液态炉渣的主要化学成分(重量％)

名称	SiO2	CaO	Al2O3	Fe2O3	MgO	SO3
							含量	31.21	32.81	13.01	8.33	8.75	2.77

辅助原料：石英岩，铁矿尾矿(晒干后无需再加工)，纯碱细粉，粒径小于100目；硅酸钠水玻璃；各种金属氧化物成核剂等。石英岩、铁矿尾矿与其他辅助原料按各种不同的配比人工称量、筛混制备。铁矿尾矿是矿山在选取铁精矿粉后排放的废渣尾砂，排放量十分大。用铁矿尾矿作为辅助原料熔制高级饰面玻璃材料也是尾矿综合利用，企业可持续发展的一个有效途径。铁矿尾矿建筑材料不仅是矿石资源的再利用，而且也能净化环境，产生较好的经济效益，变废为宝。实验以河北唐山开平铁矿厂的铁矿尾矿为辅助原料，进行了液态渣直接熔制节能型建筑材料的试验研究。

铁矿尾矿的颜色为棕褐色，粉状，细度小于28目。其主要矿物是石英、长石、硫铁矿。该铁矿尾矿氧化物含量见表2。

表2铁矿尾矿的主要化学成分(重量％)

名称	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	TFe	S
							含量	27.66	14.23	30.54	12.91	2.52	1.43

用液态炉渣制备液态炉渣饰面玻璃

1.工艺流程

根据实验研究，液态炉渣饰面玻璃熔制的工艺流程如图1所示。

2.操作过程

把石英岩、铁矿尾矿等辅助原料加入到坩埚中，在600℃左右预烧5min左右。再将直接从高炉中排放出的温度为1400～1500℃炼铁高温液 态炉渣浇注在坩埚中的辅助原料上，并在1400～1500℃保温60～120min，之后降温出料成型，得到均质的炉渣玻璃。在保温过程中，通过炉前观测、挑料、拉丝等方式来确定坩埚中配合料的熔化情况。当挑料、拉丝发现坩埚中的配合料已完全熔融、玻化，且无浮渣、未融砂粒、气泡后，再将炉温下降100～250℃，并保持10～20min后取出坩埚浇注或压制成型。成型模具为铁板，成型尺寸为70mm×70mm×10mm，100mm×10mm×10mm。经过2～3min玻璃脱模并送入马弗炉中退火，退火温度520～620℃。玻璃在该温度保持15～60min左右后切断电源在炉中自然降温至室温取出。也可将脱模的玻璃直接放入膨胀珍珠岩中用自身的余热退火。

通过反复试验，确定了液态炉渣玻璃的化学成分，其化学成分包括(重量％)：SiO₂ 35～45，Al₂O₃ 10～15，CaO 20～30，MgO 5～10，Fe₂O₃ 1.5～3.5。液态炉渣玻化的主要工艺参数为：液态渣用量(占配合料的重量％)：70～80，辅助原料用量(占配合料的重量％)：石英岩10～30，铁矿尾矿3～8，Na₂CO₃ 3～8；配合料熔成率＞85％；熔化温度1400～1450℃；成型温度1200～1300℃；退火温度560～640℃。可见，液态炉渣玻璃中炉渣用量配比较大，辅助原料少且不用工业原料；玻化温度适中；成型及退火温度范围较大。另外，铁钙含量高时，压制成型的玻璃表面有冷纹，脱模后的玻璃宜用厢式炉退火，用燧道炉退火容易炸裂。

3.液态渣玻化的影响

在玻化试验过程中发现，辅助原料对液态渣的玻化能力影响较大：未加辅助原料的液态渣，熔体粘度较小，能大部分玻化，只有少部分成铸石体，玻璃中有气泡，对坩埚侵蚀较大；加入10％～30％石英岩时，熔体粘度增大，对坩埚侵蚀减小，能全部玻化；加入10％～30％石英岩、纯碱(5％～10％)时，气泡减少、甚至消失；加入20％～30％石英岩、铁矿尾矿(3％～8％)及纯碱(3％～8％)时，气泡减少或消失，玻璃的耐酸性能也明显提高，熔体纯化。另外，试验表明，不同冶炼厂排放的液态渣其化学组成的波动对其玻化影响不明显，玻化重复性好，工艺稳定。采用直接玻化工艺时，若只加入石英岩，容易形成料疙瘩，未熔砂粒也容易造渣上浮。试验发现加入适量的石英岩、铁矿尾矿及纯碱(3％～8％)等混合辅助原料以及合理控制混合辅助原料的预烧温度和时间就可避 免辅助原料在浇上液态熔渣后上浮成渣，使液态渣得到均匀玻化。

3.1辅助原料对玻化的影响

炉渣中CaO+MgO高达40％以上，虽然Al₂O₃含量也较多，但在MgO和SO₃的作用下，Al₂O₃多呈碱性分解，所以炉渣的碱度较大，容易使熔体产生不混熔现象而形成富钙玻璃相与富硅铝玻璃相，这不仅是炉渣局部铸石化的原因，而且也是普通炉渣玻璃耐酸性能较差的原因。试验表明，在1％H₂SO₄溶液中这种炉渣玻璃丝浸泡8天就被完全分解，变成白色固体。另外，在试验中发现玻璃的析晶温度范围也较宽，析晶速度较快，容易炸裂。加入石英岩后，玻璃的耐酸性能和析晶性能有明显改善。加入纯碱后，玻璃中气泡消失，但玻璃的耐酸性能明显降低。加入适量铁矿尾矿，能提高液态炉渣的玻化能力。这是因为在高钙的熔体中有利于Fe²⁺、Fe³⁺参与Si-O网络。但铁矿尾矿过多时，熔体的析晶温度偏高。

适当调整Al₂O₃/SiO₂比例，可使Al₂O₃与SiO₂形成复合阴离子Al₂SiO₇ ^4-，提高炼铁液态炉渣的玻化能力。如果熔体中Al₂O₃/SiO₂过小，则2Al₂SiO₇ ^4-+3SiO₂＝4Al³⁺+5SiO₄ ^4-，Al³⁺增多，粘度降低、玻化能力降低。当Al₂O₃/CaO小于1时，增加Al₂O₃，粘度增大；当Al₂O₃/CaO大于1时，增加Al₂O₃粘度变小。在炼铁液态炉渣中，增加MgO的含量，有利于玻化，但当MgO含量大于10％～12％时，由于超过了熔渣的最大溶解能力，熔体中就有难溶解的固相物(方镁石)出现，粘度显著增大。

3.2气氛对玻化的影响

在液态炉渣玻化的过程中，用还原气氛熔制时，熔体的亮度不均匀，熔体的析晶温度升高，成型时还会有富铁圆珠析出。改用氧化气氛熔制后，熔体的亮度均匀，成型时无富铁圆珠析出。这是因为还原气氛使熔体中Fe²⁺增多，而Fe²⁺使熔体分相。而在氧化气氛中，熔体中的MS(金属硫化物)吸附空气中的O₂后一步步硫酸化，放出SO₂气体，MO(金属氧化物)(CaO、MgO、FeO、ZnO等)因表面张力很大而迁离熔体表面进入到熔体之中，促成熔体玻化。

3.3浮渣的成因和消除

在液态炉渣玻化的过程中，熔体表面有泡沫浮渣及料疙瘩。通过试验分析，产生浮渣和料疙瘩的原因是由于熔体对外加辅助原料的润湿性不好以及辅助原料的过度预烧所致。炉渣熔体对辅助原料的润湿性好时，辅助原料容易在熔体中扩散，有利于熔体均化。否则就易于聚集而烧结成团，在液态渣排放到外加料中后很快分层，外加料上浮于液态渣的表面，渣液则下沉玻化炉中的坩埚后，到坩埚的底部。这样外加料就不能分散于液态渣中，液态渣与外加料接触界面小，影响两者之间的传质，使之不能进行有效的硅酸盐反应而影响液态渣的玻化。其机理是：外加的辅助原料的固体颗粒在炉渣熔体和气泡这两相之间的分布取决于固体颗粒与渣液、固体颗粒与气泡以及渣液与气泡之间的界面张力δL·S、δg·S、δL·g这三个值的大小。δL·g＞δg·S+δL·S时固体颗粒存在于渣液-气泡界面，这时固体颗粒不能完全被渣液所包裹，熔化、溶解较慢；δL·S＞δg·S+δL·g时，固体颗粒存在于气泡中，这时固体颗粒被气体包裹，不能与渣液直接接触，因此难以熔化、溶解，最终起到稳泡的作用，促成固体颗粒团聚、泡沫浮渣形成；δg·S＞δL·S+δL·g时，固体颗粒进入渣液中，这时固体颗粒完全被渣液包裹，有利于熔化、溶解，使浮渣减少或消失。在外加辅助原料中引入铁矿尾矿后熔渣能较快地进入到混合辅助原料之中，泡沫浮渣及料疙瘩明显减少或消失，熔体得到澄清和均化。为此，我们在满足玻化的前提下，尽可能选择容易被渣液润湿的外加料，使外加料与渣液的界面张力小，提高外加料在渣液中的扩散能力。此外，外加料料堆是否进行了适当的预烧，情形也不一样。料堆未进行预烧时，料粉散，不容易被渣液浸湿，容易漂浮在渣液面上。料堆经过预烧后，不仅使其密度增大，沉渍于渣液中，也易被润湿，促进硅酸盐反应进行。但预烧过度时，因料堆烧结，渣液不能完全渗透而形成料疙瘩或上浮于熔体表面或被熔体包裹成为玻璃夹杂。通过上述工艺的适当调整，通过外加料料堆的有效渗透和扩散，并利用外加料分解释放出的气体的搅拌作用，使液态渣与外加料能够充分混合，界面不断更新，使外加料迅速熔解、熔体得到均化，而不是通过人工或机械搅拌。

4.液态渣玻璃的成型、退火

液态渣玻璃由于四面体[Fe³⁺O₄]中的Fe³⁺和八面体[Fe²⁺O₆]中的Fe²⁺ 具有较强的着色能力，使其颜色较深，阻止了辐射热透过玻璃液，因而透热性较差；而且在析晶温度范围其析晶速度较快，晶体成长快，在成型厚度较大时，玻璃内部会析出铸石体，形成很大的应力使玻璃开裂。同时，也因散热慢，在热空气中玻璃表面被氧化成Fe₂O₃、Fe₃O₄而呈现浅铁红颜色。液态炉渣玻璃较为合适的成型厚度为5～15mm。

液态渣玻璃成型脱膜后应尽快地送入退火炉中退火，应采用间歇式退火炉，不宜采用底辊式隧道窑退火。当Fe₂O₃含量大于29％，玻璃碎裂成层片状。液态炉渣玻璃较为合适的退火温度范围为560～640℃。

5.液态炉渣饰面玻璃试验结果

热分析表明液态炉渣饰面玻璃的Tg为657℃，Tx-Tg为163℃。试验表明，炉渣成分的正常波动对其玻化性能无明显影响，玻化重复性好，工艺稳定，可操作性强。

5.1液态炉渣饰面玻璃性能检测

液态炉渣饰面玻璃目前国内尚无检测标准。本研究参照GB11947-89陶瓷釉面砖的试验标准，对玻化样品进行了检测。

5.1.1外观性能

经退火后的液态炉渣饰面玻璃漆黑光亮，均匀一致无色差，无气泡无疵点。表面可磨抛加工，磨抛后平整如镜，经GZ-II光电光泽计检测，其表面光泽度≥115(不抛光的自然面光泽度为110)。与天然大理石花岗岩相比(光泽度为78～90)，这种液态炉渣饰面玻璃更加庄重典雅，且颜色均匀一致，光泽恒久不褪，不会出现雨后颜色深浅不匀，析碱发霉等现象。

5.1.2理化性能

用拉力试验机(LJ-500型，广州试验仪器厂)检测了其抗弯强度，检测抗弯强度的试样尺寸为100×30×5mm，共检测5块，取强度平均值；用失重法和称量法分别检测了其耐酸耐碱性能和吸水率，检测耐酸耐碱性能的试样为15×15×10mm，分别测量试样在室温下在1％H₂SO₄溶液和1％NaOH溶液中浸泡10天后的重量损失百分率。液态炉渣饰面玻璃的主要性能列于表3，表中还列出了同类材料主要性能。从表3可见，液态炉渣饰面玻璃具有良好的力学性能和化学性能。

表3液态炉渣饰面玻璃与其它饰材的主要性能对比

项目	密度(g/cm3)	抗折强度 (MPa)	硬度  (莫氏)	吸水率 (％)	耐酸性  (1％H2SO4， 损失％)	耐碱性  (1％NaOH， 损失％)
							液态炉渣玻璃	3.0	47.8	5.0	0	0.05	0.02
天然大理石	2.7	17.0	3.5	0.02	10.3	0.28
							陶瓷釉面砖	2.4	25.5	3.8	0.01	5.6	0.05

用液态炉渣制备其他节能型建筑材料

用液态炉渣制备液态炉渣微晶玻璃

基础玻璃的组成同液态炉渣饰面玻璃。原料除高炉矿渣外，还采用了石英砂、长石、铁矿尾矿、纯碱及氟硅酸钠等化学试剂。在此过程中，对液态高炉渣进行必要的调质处理，降低其熔点和软化温度，在现有温度和加热炉的基础上，生产合格的微晶玻璃。扩大现有微晶玻璃生产的原料范围，降低现有微晶玻璃生产的原料成本。在这种液态炉渣的利用方式中，关键是要解决调质处理时添加剂的配方和调质处理时的熔化、均匀问题。

具体方法是：按配比称取1kg配合料，碾碎、过筛、混匀后放在烧结石英坩埚内，配加一定比例的液态炉渣，在特制的硅碳棒电炉内于1420～1480℃熔3h，然后在铸铁模具上浇注成形为长、宽约5～10cm，厚约1cm 的板块，经600℃左右退火后，分别进行各种温度的热处理。

热处理工艺对微晶玻璃晶化后材料的性能具有很重要的影响。热处理的工艺温度选择主要是指核化温度、晶化温度、它们各自的保温时间以及升温速率的确定。对应于一定的配方和选定的主晶相类型，在核化温度和时间、晶化温度和时间以及升温速率之间存在一个最佳组合，对应此组合热处理得到的微晶玻璃，才能最大限度地满足预定的微观结构，制品晶粒微细，结晶均匀，数量也多，材料具有很高的机械强度和化学性能。因此，需要确定合理的微晶玻璃热处理温度，以尽可能满足产品的各项性能要求。对于热处理温度中的核化和晶化温度的确定先是参照了差热分析法：取曲线上吸热谷温度为核化温度，放热峰温度为晶化温度。在晶化温度停留的时间也可由DTA曲线得出。经过大量实验，液态炉渣微晶玻璃在660～680℃左右核化，在820～830℃左右晶化，充分核化所需时间30～50min，晶化所需时间30min左右，所得的微晶玻璃中晶相含量约占70％～80％。所得的液态炉渣微晶玻璃耐酸性和耐碱性优良，密度达到2.86g/cm，吸水率小于0.1％，抗弯强度可达105.6Mpa，可以进行工业化连续生产。

液态炉渣玻璃砖、玻璃管及耐磨铸石等产品

采用上面液态炉渣饰面砖的制备工艺，设计不同形状的铸铁磨具，可生产出液态炉渣玻璃砖、玻璃管等系列产品，用于不同建筑应用领域。

将液态炉渣中加入可塑性粘土、硅酸钠等塑性材料及粘结材料等，采用热态直接注模的方法可制备广场地砖、耐磨铸石等产品。

以液态炉渣饰面玻璃为例，本发明节能型建筑材料的具体实例如下：

实施例1

液态渣用量(占配合料的重量％)70，辅助原料用量(占配合料的重量％)：石英岩15，铁矿尾矿8，Na₂CO₃ 7；配合料熔成率＞85％；熔化保温温度1450℃；保温时间2h；成型温度1300℃；退火温度600℃。

将上述配合料按照上述液态炉渣饰面玻璃的加工工艺进行加工，得到本发明的节能型液态炉渣饰面玻璃。

实施例2

液态渣用量(占配合料的重量％)75，辅助原料用量(占配合料的重量％)：石英岩15，铁矿尾矿5，Na₂CO₃ 5；配合料熔成率＞85％；熔化保温温度1420℃；保温时间3h；成型温度1250℃；退火温度620℃。

将上述配合料按照上述液态炉渣饰面玻璃的加工工艺进行加工，得到本发明的节能型液态炉渣饰面玻璃。

实施例3

液态渣用量(占配合料的重量％)80，辅助原料用量(占配合料的重量％)：石英岩10，铁矿尾矿7，Na₂CO₃ 3；配合料熔成率＞85％；熔化保温温度1400℃；保温时间1h；成型温度1200℃；退火温度560℃。

将上述配合料按照上述液态炉渣饰面玻璃的加工工艺进行加工，得到本发明的节能型液态炉渣饰面玻璃。

本发明的积极效果，包括产品的优点和加工工艺的优点，如下。

本发明的积极效果体现在液态渣玻璃的节能效果上，在实验中发现将1350℃左右的炼铁液态炉渣水淬后的固态渣，烘干后重新进行加热熔化时，在500～800℃，随着温度的上升，铁渣颗粒表面逐渐发灰，开始铸化；在800～1000℃，很快铸化成铸石，这种铸石体一直保持到温度高于1450℃时才开始熔化，熔化后因氧化而在熔体表面结成一层厚厚的渣壳。由此可见，如果用水淬渣熔制玻璃，则外加料与水淬渣之间进行的硅酸盐反应所需时间长，与液态渣直接玻化相比，不仅液态渣的全部余热被白白浪费，而且熔制玻璃的温度和时间也要比液态渣的玻化温度高、时间长。因此能耗要大得多。经计算：1350℃时，炼铁液态炉渣所含热量大约为1769～1854kJ/kg。因此，与传统的熔融法相比，液态渣直接玻化成饰面玻璃，使其余热得以全部利用，因而具有明显的节 能效果。

例，熔融态重矿渣直接玻化节能效果：根据文献资料，液态熔渣温度在1300～1450℃时，所含热量Q＝1455+2.1(T液渣-1300)kJ/kg；温度大于1450℃时，Q＝1769+1.7(T液渣-1450)kJ/kg。经计算熔融态炉渣所含余热量大约为1665kJ/kg，1t熔融态炉渣相当于含有大约79kg标准煤的热量。如果高温熔融态炉渣在排放时采用直接玻化工艺，这些余热可被全部利用，因此具有明显的节能效果。

Claims (19)

1.一种节能型建筑材料，其原料包括液态炉渣和辅助原料，其特征在于，按原料的总重量计，液态炉渣的用量为70～90％，其余为辅助原料；所述辅助原料包括骨架形成剂、助熔剂和澄清剂，所述骨架形成剂选自石英岩、硅砂和白页岩中的一种或多种；所述助熔剂选自铁矿尾矿、萤石、钠长石、钾长石、硅酸钠和氟硅酸钠中的一种或多种；所述澄清剂选自硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和砷氧化物中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述助熔剂选自铁矿尾矿或硅酸钠或钾长石中的一种或多种；所述澄清剂选自纯碱、芒硝和硝酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述辅助原料不含有毒有害物质。

4.根据权利要求1所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述辅助原料还包括成核剂。

5.根据权利要求1所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述的液态炉渣选自冶炼渣和精炼渣。

6.根据权利要求1或5所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述的液态炉渣选自炼铁高炉熔渣、炼钢熔渣、铁合金熔渣、有色冶炼熔渣和电厂旋风燃烧室液态排渣。

7.根据权利要求1或5所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述液态炉渣的温度为1300～1600℃。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述辅助原料按原料的总重量计包含10～30％的石英岩、3～8％的铁矿尾矿和3～8％的Na₂CO₃，所述建筑材料中各组分的重量百分比之和是100％。

9.根据权利要求8所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述辅助原料按原料的总重量计包含20～30％的石英岩。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述节能型建筑材料为炉渣饰面玻璃、炉渣玻璃砖、炉渣玻璃管、炉渣微晶玻璃、炉渣地砖或炉渣铸石。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的节能型建筑材料，其特征在于，所述建筑材料包含按重量计：35～45％的SiO₂、10～15％的Al₂O₃、20～30％的CaO、5～10％的MgO和1.5～3.5％的Fe₂O₃，所述建筑材料中各组分的重量百分比之和是100％。

12.一种制备权利要求1-11中任一项所述的节能型建筑材料的方法，该方法包括将熔融态的炉渣与辅助原料混合。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述辅助原料在混合前被预热至400～800℃。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述熔融态的炉渣浇注在所述辅助原料上。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：将所述炉渣与辅助原料混合后在熔融态下保温60～120分钟，然后降温，出料成型，脱模并退火。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在保温过程中，通过炉前观测、挑料或拉丝来确定配合料的熔化情况。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述退火是按如下步骤进行的：

将脱模后的建筑材料送入退火炉中，在500～700℃下保持15～60分钟后自然降温至室温；或者将脱模后的建筑材料直接放入膨胀珍珠岩中用自身的余热退火。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述退火炉是间歇式退火炉。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述退火炉为马弗炉。

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