CN101698568B - 一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法，以熔融态炉渣为主要原料，加入助熔澄清剂、添加剂等辅料，在高温炉中进一步熔化、澄清，形成玻璃液，玻璃液经浇注或压延形成基础玻璃，对基础玻璃进行晶化热处理，得到玉石型微晶玻璃的毛坯，最后进行精加工得到玉石型微晶玻璃的成品。该方法既有效的利用了熔融态的高温炉渣，又充分利用了高温炉渣中储存的热能，也避免了高温炉渣在排放过程中产生的大量腐蚀性热蒸汽。用该方法制备出的微晶玻璃呈半透明的蜡脂状，外观酷似天然玉石，其可切削加工性能优良，强度高，韧性好，可代替天然石材用于建筑行业，也可代替天然名贵玉石加工成工艺品。
Description
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃的制备方法，特别涉及一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法。
背景技术
高炉炼铁和生产黄磷过程中要产生大量废渣。通常，这些高温熔渣的排放都是采用水淬工艺进行，即将熔融的高温炉渣水淬为炉渣粒料，这样的处理方法存在两个缺点：(1)熔融态的高温炉渣中所蕴含的大量热能被浪费掉；(2)水淬过程中产生大量的腐蚀性热蒸汽，造成空气和水的污染。
目前炉渣绝大多数作为制造水泥、砖瓦等的原材料，制成低附加值的产品。也有少量的炉渣作为制备CaO-Al2O3-SiO2体系微晶玻璃的原料，但是CaO-Al2O3-SiO2体系微晶玻璃中CaO的含量为15％左右，而炉渣中CaO含量高达40％，若制备CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃，不仅炉渣在微晶玻璃中的使用率较低，一般仅为30-40％，而且该体系微晶玻璃的主晶相为硅灰石，微晶玻璃的通透性较差，无美观优雅的玉质感，产品的附加值较低。综上所述，目前炉渣的利用情况不符合大宗量、高附加值综合利用工业废弃物的产业政策和要求。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法，本方法制备工艺简单，成本低廉，具有极高的社会效益和经济效益，利用本方法制造的玉石型微晶玻璃耐磨损、抗腐蚀、耐高温，无辐射。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
(1)称量占总重量20.0-27.0wt％的添加剂，占总重量5.0-8.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO、MgO、NaNO3、CaF2和SiO2组成的混合物，其重量比是1-8∶0-7∶0-4∶0-3∶0-5∶0-6，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、CaO、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1-4∶0-7∶0-4∶1-6∶0-5∶0-15，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；
(2)将辅料与占总重量65.0-75.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1400-1550℃范围内熔化1.0-6.0h，制成玻璃熔液，然后在1100-1400℃范围内保温0.5-2.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；
(3)非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；
(4)成型的玻璃板或块体在600～1000℃的范围内晶2.0-4.0h，然后在400～700℃的范围内退火热处理1.0～3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
本发明得到的玉石型微晶玻璃晶相含量不小于75％、玻璃相含量不大于25％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)高炉渣微晶玻璃外观酷似天然玉石，性能优于天然玉石；
本发明的玉石型微晶玻璃板外观呈半透明蜡脂状，光泽柔和，酷似天然和田玉，可加工性优良，适于切割、雕刻成各种形状，密度为2.6-3.0g/cm3，可见光透光率为10-25％，莫氏硬度5-8，抗弯强度60-110MPa，抗压强度270-400MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.06％，耐碱性(1％NaOH)＜0.05％。
(2)高温炉渣为主要原料，产品成本低廉；
本发明的玉石型微晶玻璃板以高温炉渣为主要原料，高温炉渣在微晶玻璃中的使用率达到75％，不仅可以降低微晶玻璃板的生产成本，还可以减轻固体废弃物排放对环境的污染。
(3)高温混料-直接成型，节能减排；
本发明的玉石型微晶玻璃板的制备方法是将辅料与熔融态的高温炉渣一起加入到玻璃熔炉中，搅拌均匀，熔化成适于制备玉石型微晶玻璃板的玻璃液，玻璃液通过压制或浇注形成基础玻璃，基础玻璃经过晶化热处理，得到玉石型微晶玻璃。该工艺消除了高温炉渣水淬过程中腐蚀性热蒸汽的排放，避免了熔融态高温炉渣中的热能损失，符合节能减排的产业政策。
具体实施方式
下面以实施例具体地描述本发明，本发明的范围不受实施例的限制。
实施例一
本实施例的制备工艺包括以下步骤：
(1)称量占总重量27.0wt％的添加剂，占总重量8.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO、NaNO3、CaF2和SiO2组成的混合物，其重量比是8∶2∶1∶1∶3，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶7∶4∶3∶3，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；
(2)将辅料与占总重量65.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1520℃熔化3.0h，制成玻璃熔液，然后在1400℃保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；
(3)非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；
(4)成型的玻璃板或块体在830℃晶化4.0h，然后在600℃的退火2.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
所得玉石型微晶玻璃外观呈半透明蜡脂状，光泽柔和，酷似天然和田玉，可加工性优良，适于切割、雕刻成各种形状，密度为2.6g/cm3，可见光透光率为20％(3mm)，莫氏硬度6，抗弯强度60MPa，抗压强度270MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.04％，耐碱性(1％NaOH)＜0.03％。
实施例二
本实施例的制备工艺包括以下步骤：
(1)称量占总重量20.0wt％的添加剂，占总重量5.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO、MgO、NaNO3、CaF2和SiO2组成的混合物，其重量比是7∶2∶1∶1∶2∶6，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶6∶5∶4∶7，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；
(2)将辅料与占总重量75.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1550℃熔化3.0h，制成玻璃熔液，然后在1400℃保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；
(3)非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；
(4)成型的玻璃板或块体在850℃晶化4.0h，然后在650℃退火3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
所得玉石型微晶玻璃外观呈半透明蜡脂状，光泽柔和，酷似天然和田玉，可加工性优良，适于切割、雕刻成各种形状，密度为2.7g/cm3，可见光透光率为22％(3mm)，莫氏硬度6，抗弯强度65MPa，抗压强度310MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.04％，耐碱性(1％NaOH)＜0.03％。
实施例三
本实施例的制备工艺包括以下步骤：
(1)称量占总重量24.0wt％的添加剂，占总重量6.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO组成的混合物，其重量比是7∶1，助熔澄清剂为CeO2、NH4NO3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶6∶13，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；
(2)将辅料与占总重量70.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1530℃熔化3.0h，制成玻璃熔液，然后在1400℃范围内保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；
(3)非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；
(4)成型的玻璃板或块体在850℃晶化4.0h，然后在650℃退火3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
所得玉石型微晶玻璃外观呈半透明蜡脂状，光泽柔和，酷似天然和田玉，可加工性优良，适于切割、雕刻成各种形状，密度为2.65g/cm3，可见光透光率为20％(3mm)，莫氏硬度6，抗弯强度62MPa，抗压强度275MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.05％，耐碱性(1％NaOH)＜0.04％。
实施例四
本实施例的制备工艺包括以下步骤：
(1)称量占总重量27.0wt％的添加剂，占总重量8.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶7∶6∶2∶15，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；
(2)将辅料与占总重量65.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1530℃范围内熔化3.0h，制成合格的玻璃熔液，然后在1400℃范围内保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；
(3)非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；
(4)成型的玻璃板或块体在850℃晶化4.0h，然后在650℃退火3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
所得玉石型微晶玻璃外观呈半透明蜡脂状，光泽柔和，酷似天然和田玉，可加工性优良，适于切割、雕刻成各种形状，密度为2.6g/cm3，可见光透光率为20％(3mm)，莫氏硬度6，抗弯强度60MPa，抗压强度270MPa，耐酸性(1％H2SO4)＜0.04％，耐碱性(1％NaOH)＜0.03％。
Claims (4)
1.一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、称量占总重量20.0-27.0wt％的添加剂，占总重量5.0-8.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO、MgO、NaNO3、CaF2和SiO2组成的混合物，其重量比是1-8∶0-7∶0-4∶0-3∶0-5∶0-6，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、CaO、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1-4∶0-7∶0-4∶1-6∶0-5∶0-15，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；二、将辅料与占总重量65.0-75.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1400-1550℃范围内熔化1.0-6.0h，制成玻璃熔液，然后在1100-1400℃范围内保温0.5-2.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；三、非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；四、成型的玻璃板或块体在600～1000℃的范围内晶化2.0-4.0h，然后在400～700℃的范围内退火热处理1.0～3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、称量占总重量27.0wt％的添加剂，占总重量8.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO、NaNO3、CaF2和SiO2组成的混合物，其重量比是8∶2∶1∶1∶3，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶7∶4∶3∶3，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；二、将辅料与占总重量65.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1520℃熔化3.0h，制成玻璃熔液，然后在1400℃保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；三、非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；四、成型的玻璃板或块体在830℃晶化4.0h，然后在600℃的退火2.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
3.根据权利要求1所述的一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、称量占总重量20.0wt％的添加剂，占总重量5.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO、MgO、NaNO3、CaF2和SiO2组成的混合物，其重量比是7∶2∶1∶1∶2∶6，助熔澄清剂为CeO2、Na2O、NH4NO3、Al2O3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶6∶5∶4∶7，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；二、将辅料与占总重量75.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1550℃熔化3.0h，制成玻璃熔液，然后在1400℃保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；三、非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；四、成型的玻璃板或块体在850℃晶化4.0h，然后在650℃退火3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
4.根据权利要求1所述的一种利用高温炉渣制备玉石型微晶玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、称量占总重量24.0wt％的添加剂，占总重量6.0wt％的助熔澄清剂，其中添加剂为Na2CO3、ZnO组成的混合物，其重量比是7∶1，助熔澄清剂为CeO2、NH4NO3和Na2SO4组成的混合物，其重量比是1∶6∶13，将添加剂和助熔澄清剂混合后粉碎，然后过40目筛，得到需要制备的辅料；二、将辅料与占总重量70.0wt％的熔融态炉渣加入玻璃熔炉中，1530℃熔化3.0h，制成玻璃熔液，然后在1400℃范围内保温1.0h，均化、澄清玻璃液，得到适于直接成型的非晶态熔体；三、非晶态熔体经过压延或浇注到模具中成型，形成玻璃板或块体；四、成型的玻璃板或块体在850℃晶化4.0h，然后在650℃退火3.0h，即得到玉石型微晶玻璃毛坯，毛坯出炉之后，对其进行切割、倒棱、粗磨、细抛，得到微晶玉石成品。
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