CN107200478B - 利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法及其产品和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，包括将玻璃陶瓷底料和铁镍合金水淬渣按一定比例混合、球磨、熔融、退火，最后热处理得到玻璃陶瓷，其中所用的铁镍合金水淬渣是通过水淬的方法处理以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣获得。通过本发明的方法，有望利用铁镍合金水淬渣，无须任何色料，简便而又大规模地制备出具有结构致密、强度高、耐磨、耐腐、耐风化、外观上花纹清晰、出成色均匀等优异性能，且熔融温度低、能够大宗利用赤泥、颜色可调且透明度也可调的玻璃陶瓷，本发明也可以制备出具有表面结晶花纹的玻璃陶瓷。本发明所制备的玻璃陶瓷可作为建筑装饰玻璃陶瓷和光学玻璃陶瓷材料使用。

Description

利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法及其产 品和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料和光学材料领域，尤其是涉及一种铁镍合金水淬渣玻璃陶瓷的制备方法、通过其获得的产品及该产品的应用。

背景技术

铁镍合金水淬渣是拜耳法赤泥和红土镍矿通过碳热还原制备铁镍合金时产生的炉渣，经水淬后得到的物质。

在拜耳法生产氧化铝的过程中，抛弃大量的红褐色强碱性废料，该废料中由于富含氧化铁而呈现红色，因此称之为赤泥。每生产1吨氧化铝，大约产生0.8-2.0吨赤泥。处理拜耳法赤泥的方法大都采用在堆场堆放、筑坝湿法堆存或赤泥干燥脱水后干法堆存。赤泥碱含量较高，渗滤到周围水体后对环境、水源造成污染。此外，晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破坏生态环境，造成环境污染。赤泥的大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。

鉴于此，国内外正在进行许多赤泥综合利用的新技术开发，其中包括一些利用赤泥制备玻璃陶瓷或微晶玻璃的技术。

微晶玻璃制备技术主要有熔融法、烧结法、溶胶凝胶法和混合烧结法等，其中熔融法和烧结法尤为常见，多在工业生产中应用。玻璃陶瓷就是用熔融法制备出来的。它的工艺流程为：工艺流程为配料→熔化→浇铸成型→热处理析晶，析晶方式为整体析晶。为了能从玻璃中析出晶体，对母相玻璃的组成有严格的要求，一般要加入形核剂。熔融法的最大特点是可以用压延、压制、吹制拉制和浇注等玻璃成型工艺来制作成品。目前用这种工艺制备的玻璃陶瓷有：硅酸盐类玻璃陶瓷，铝硅酸盐类玻璃陶瓷，磷酸盐类玻璃陶瓷，氟硅酸盐类玻璃陶瓷等。

专利申请CN103395991A涉及的一种微晶玻璃建材装饰材料。主要原料是赤泥、萤石、石英砂与菱镁石，按照一定的配比，通过高温熔化、均化、澄清，浇注或压制成型，再通过退火处理而得到微晶玻璃建材装饰材料；各种原料配比：赤泥80-85％，萤石2-1％，菱镁石8-12％，石英砂10-15％；将各种原料按照重量百分比称重，添加2％的水，混合均匀；将混合好的配料放到玻璃窑炉中，通过1420℃高温熔化，均化，澄清；将熔化好的玻璃液注入模型中，进行压制成型；将压制成型的玻璃制品放入玻璃退火炉内，退火温度为560℃；退火时间30分钟，得到制品。

专利申请CN103304141A涉及的一种利用钢渣和赤泥复合制备的玻璃陶瓷及其制备方法，钢渣30～65份、赤泥20～60份、河沙5～15份。其制备方法为：将钢渣、赤泥与河沙均匀混合，采用高温熔融法制备基础玻璃，再由基础玻璃进行热处理得到玻璃陶瓷。

专利申请CN102838280A涉及的一种利用赤泥和废玻璃制备泡沫玻璃陶瓷的方法。先将赤泥和废玻璃混合经球磨得到粉体配合料，再经发泡、退火处理得到泡沫玻璃陶瓷；所用的赤泥为制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣。

专利申请CN103342465A涉及的一种利用赤泥和粉煤灰复合制备的玻璃陶瓷及其制备方法。将质量百分含量为10-70％的赤泥、20-70％的粉煤灰与5-25％的添加剂均匀混合，采用高温熔融法制备基础玻璃，再由基础玻璃进行热处理得到玻璃陶瓷。

专利申请CN103922599A涉及的一种利用赤泥、粉煤灰和钛渣复合制备的玻璃陶瓷及其制备方法。将25-70％的赤泥，23-70％的粉煤灰，1-10％的钛渣，0-10％的助溶剂，经配料、混合、熔制、成型、核化晶化、冷加工而成微晶玻璃。

专利申请CN103373815A涉及一种拜耳法赤泥多孔微晶玻璃及其制备方法，它以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的多孔微晶玻璃，其原料按照重量百分比，它包括成孔剂2-7％，质量分数3％聚乙烯醇水溶液3～15％，余量为以拜耳法赤泥为主要原料加工生产的多孔微晶玻璃。

专利申请CN103922585A涉及一种用氧化铝赤泥生产多色微晶玻璃粒料的方法。包括：将原料混合后加入到1500-1600℃的玻璃炉内，经过10-15小时熔化成黄绿色玻璃液，温度保持在1300-1400℃，向黄绿色玻璃液中每分钟加入氧化镍0.5-2重量份或氧化钴0.1-0.5重量份或氧化铬1-2重量份，搅拌，黄绿色玻璃液着色为灰色玻璃液或黑色玻璃液或墨绿色玻璃液，灰色玻璃液或黑色玻璃液或墨绿色玻璃液流入到水池中，急冷炸裂，筛分出3mm以下的微晶玻璃颗粒，微晶玻璃颗粒烘干后，得到灰色微晶玻璃粒料或黑色微晶玻璃粒料或墨绿色微晶玻璃粒料。

由上述专利所述可知，上述专利的技术都是直接使用未经任何有价元素提取的赤泥，一方面赤泥中的Fe等有价金属没有得更充分的利用；另一方面，由于赤泥中存在大量的Fe等过度族金属元素，使得玻璃陶瓷的成色性能较差，颜色很难调整，或者赤泥的掺入量较少，达不到充分利用赤泥的目的。

专利申请CN104193171A涉及的一种硅锰合金渣微晶玻璃及其制备方法。由重量百分比为55-65％：35-45％的硅锰合金渣和辅助原料制备而成，将硅锰合金渣烘干、粉碎、过筛后与辅助原料混合均匀得基础配合料，在1400～1650℃温度内熔融，澄清、均化得合格玻璃液；然后将澄清、均化的玻璃液成型或冷却破碎(水淬)形成基础玻璃板或块(粒)料；最后，基础玻璃板经晶化热处理得到硅锰合金渣微晶玻璃，块(粒)料装入模具经烧结、晶化热处理得硅锰合金渣微晶玻璃。

专利申请CN104140207A涉及了一种工业废渣再利用型玻璃陶瓷，其特征在于，包括下列重量份数的物质：钢渣10-80份，石渣35-70份，镁1.8-6.4份，聚乙烯醇15-36份，羟基磷灰石1-29份，氟硅酸钠1.8-13.8份，伟晶花岗岩3-11份，氧化铁11.5-27份，硅50.9-67.9份，铝11.73-15.73份，疏水改性的纳米级氧化硅1-7.5份，叶蜡石11-40份，高岭石0-37份。

专利申请CN103553333A涉及了一种富铁镍渣微晶玻璃：由镍渣90.27±0.02wt％，KNO₃2.11±0.01wt％，Sb₂O₃7.62±0.01wt％组成。该发明还提供了上述富铁镍渣微晶玻璃的制备方法，该方法无需将镍渣进行还原除铁，只需外加一定量的氧化剂和澄清剂进行高温熔融即可得到基础玻璃。

专利申请CN101648774涉及了锰铁渣微晶玻璃及其制备方法。是用锰铁渣(30～50％)、废碎玻璃(10～30％)粉料配合料(20～40％)，经原料粉碎、配料、混合、熔制、成型、退火、核化晶化、冷加工而成。产品主要成分为：SiO₂(50～57％)，Fe₂O₃(0.1～1.0％)，Al₂O₃(3～5％)，CaO(20～26％)，MgO(8～11％)，MnO₂(3.2～5.0％)，Na₂O(4～7％)。

专利申请CN104556702A涉及了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。

以上专利申请均涉及到各类冶金渣由于制备微晶玻璃或玻璃陶瓷的技术，但这些利用冶金渣的专利中的冶金渣并不包含赤泥和红土镍矿为原料生产镍铁合金后副产的水淬渣；同时，由于上述冶金渣本身的化学组分限制，导致微晶玻璃制品的颜色相对固定，难以调整产品的颜色和透明度。

专利申请CN1654390涉及的一种装饰用颜色微晶玻璃配方及生产工艺。它含有下列化学组分(重量百分比)：55-62％的SiO₂、5-9％的Al₂O₃、12-20％的CaO、0-4％的MgO、3-8％的R₂O、1-5％的BaO、3-9％的ZnO、0-2％的B₂O₃、0-1％的Sb₂O₃、0-4％的Li₂O、着色剂适量，上述R₂O中的R代表Na或K。

专利申请CN103964689A涉及的一种颜色和性能可调的新型牙齿微晶玻璃及其制备方法。它是由玻璃基质相同的硅灰石微晶玻璃熔块粉末和磷灰石微晶玻璃熔块粉末混合，然后再与黄色色料混合、烧结而来的。本发明如果需要改变材料的颜色和性能，在无需重新制备微晶玻璃熔块和黄色色料的前提下，通过改变混合粉末中熔块与色料之间的混合比例，就可制备出不同颜色和性能的微晶玻璃。

专利申请CN103951190A涉及的一种熔块+色料复合的颜色梯度变化的牙齿微晶玻璃。它通过分别熔制白色微晶玻璃熔块和黄色色料，然后在成型模具上先铺设白色微晶玻璃熔块粉末，再在上面依次铺设多组混合熔块粉末，铺设多组混合熔块粉末时，按照黄色色料比例由少到多的原则进行，最后在晶化炉内烧结处理即可。

上述三种涉及微晶玻璃颜色调整的技术，其共性是通过加入色料或着色剂来对微晶玻璃制品的颜色进行调整，这是一种传统的颜色调整方法。

通过以上技术分析可见，一种将赤泥中的铁及其有价金属通过还原提出后，在利用其废渣制备微晶玻璃制品，并且在未加入任何色料或着色剂，达到调整微晶玻璃颜色和透明度的技术方法尚未涉及。

本申请发明人的申请CN104178624A是一种涉及利用赤泥和红土镍矿生产铁镍合金的技术。采用该方法生产1kg铁镍合金水淬渣最多可以消耗1.5kg赤泥，但该方法在生产镍铁合金的同时，副产一种工业废渣，废渣的产出量可达到50％-73％。通过其中的方法有望大幅度提高赤泥的利用附加值；同时在该制备铁镍合金的过程中，除了获得所需的铁镍合金之外，从矿热炉的渣口还排出大量的炉渣。如果能更加有效地利用上述制备铁镍合金过程中所产生的炉渣，不仅能够进一步提高赤泥的利用附加值，而且还能够减少炉渣的排放，同时进一步减少资源浪费并实现环境保护，从而使之具有重要的经济效益和社会意义，符合我国的可持续发展战略。

发明内容

鉴于在利用赤泥和红土镍矿制备铁镍合金过程中从矿热炉的渣口排出的炉渣经过水淬处理(由于是急冷，炉渣渣子崩裂成为小颗粒渣子)即可获得水淬渣的事实，本发明的目的是提供一种利用此水淬渣来制备颜色可调玻璃陶瓷的方法。

为此，本发明涉及一种无色陶瓷底料，将该底料与铁镍合金水淬渣混合作为微晶玻璃的原料，通过改变该底料与铁镍合金渣之间的混合比例，无须任何色料，能够制备出无色及各种透明或不透明颜色的玻璃陶瓷。

在一方面，本发明提供一种利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，所述方法包括：

通过混合含SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂的粉末原料来制备无色玻璃陶瓷底料；

通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣来制备所述铁镍合金水淬渣；

将所述玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣混合并研磨，然后将所得到的混合物加热熔融并在1300-1400℃保温，得到玻璃陶瓷熔体；

将所述玻璃陶瓷熔体浇铸到预热至300-550℃的温度的模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将所述玻璃陶瓷前体在500-650℃下退火，之后在700-900℃进行第一次热处理以使其成核，接着在800-1100℃进行第二次热处理以使其晶化，从而得到所需的玻璃陶瓷。

在一个优选实施方案中，所述颜色可调的玻璃陶瓷底料的组成为：20-40质量％SiO₂，15-35质量％Al₂O₃，10-30质量％CaO，10-20质量％P₂O₅和10-20质量％CaF₂。

在一个优选实施方案中，所述含SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂的粉末原料选自天然或合成的石英、铝土矿、石灰石、硅酸钙、铝酸钙、高岭石、磷酸钙、磷矿石、萤石和硅铝酸钙中的一种或多种。所述玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣的以在1∶10-10∶1范围内的质量比进行混合。

在一个优选实施方案中，所述玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣在混合后通过球磨机研磨至200目以上。

在一个优选实施方案中，将所述保温的时间为0.5-5小时。

在一个优选实施方案中，所述退火的时间为1-5小时。

在一个优选实施方案中，所述第一次热处理的时间为0.5-5小时，并且所述第二次热处理的时间为0.5-5小时。

在另一方面，本发明提供一种通过上述方法制备的颜色可调的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷的透明度是可调的。

在另一方面，本发明提供上述颜色可调的玻璃陶瓷用作建筑装饰材料、工艺品和光学材料的应用。

本发明利用赤泥和红土镍矿制备铁镍合金过程中得到的铁镍合金水淬渣和适当的玻璃陶瓷底料作为原料，通过调整组分及其组成以及热处理条件，制备得到可用作建筑装饰材料和光学材料的玻璃陶瓷。通过本发明方法获得的玻璃陶瓷结构致密、强度高、耐磨、耐腐、耐风化，同时还具有结构致密、强度高、耐磨、耐腐、耐风化、外观上花纹清晰、出成色均匀等优异性能。通过本发明方法能够制备出高性能、高附加值、低成本的建筑装饰用玻璃陶瓷材料或光学材料。同时鉴于本发明回收利用了制备铁镍合金的废渣并且大量赤泥得到了利用，因此本发明具有在资源、环境、生态以及经济方面的效益。

具体实施方式

本发明涉及一种利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，所述方法包括：

无色玻璃陶瓷底料的制备：通过混合含有SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂的天然矿物或合成粉末原料来制备玻璃陶瓷底料。

优选地，本发明方法中使用的陶瓷底料的组成为：SiO₂：20-40质量％、Al₂O₃：15-35质量％、CaO：10-30质量％、P₂O₅：10-20质量％、CaF₂：10-20质量％。更优选地，通过混合上述组分得到的陶瓷底料通过例如球磨机研磨至例如200目以上。

铁镍合金水淬渣的制备：通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣来制备所述铁镍合金水淬渣。

如本发明的发明人的专利申请CN104178624A中记载的，以赤泥和红土镍矿制备铁镍合金的过程概述如下：

配料：选取赤泥、红土镍矿和焦粉，配加膨润土、聚乙烯醇、纸浆废液、糖蜜废液的一种或几种为球团原料，赤泥和红土镍矿提供铁和镍，其中赤泥和红土镍矿的质量配比为：赤泥∶红土镍矿＝10～100∶100～60；以按上述比例混合配比好的赤泥和红土镍矿混合物作为新的配比基准，按如下重量份数添加焦粉及其它添加剂组分：焦粉：3～20，膨润土：0～5，聚乙烯醇：0～5，纸浆废液：0～3，糖蜜废液：0～3；

混料、制团、干燥：将按上述配料比例备好的原材料均匀混合，然后将混合料制备成团块，所制团块大小以适于矿热炉还原熔炼为宜，之后将团块干燥；

矿热炉还原熔炼：将干燥后的团块送入矿热炉内还原熔炼，团块经预热、分解、部分还原后在电弧下及附近的高温区进行造渣、熔化，完成还原、渣铁分离等过程，最终聚集在炉膛形成铁镍合金液层和炉渣层，铁镍合金和炉渣定期从铁口、渣口分别放出。

在本发明方法中，使用的水淬渣直接通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣制得，并因此在本发明中称作铁镍合金水淬渣。优选地，将所获得的铁镍合金水淬渣通过例如球磨机研磨，更优选研磨至200目以上。

玻璃陶瓷熔体的制备：

将所述无色玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣混合并研磨，然后将所得到的混合物加热熔融并在1300-1400℃保温，得到玻璃陶瓷熔体。优选地，将陶瓷底料和铁镍合金水淬渣原料按照一定配比混合并研磨后倒入耐高温加热容器如石英坩埚中进行加热熔融，并在1300-1400℃保温。更优选地，所述保温的时间为0.5-5小时，例如1-3小时。

玻璃陶瓷前体的制备：

将所获得的玻璃熔体浇铸到预热至300-550℃左右的温度的模具中并成型，由此获得玻璃陶瓷前体。

玻璃陶瓷的获得：

将所获得的玻璃陶瓷前体在500-650℃经退火处理以消除内应力，优选退火的时间为1-5小时；然后加热到650-900℃进行第一次热处理，优选第一次热处理得到时间为0.5-5小时；之后再加热到800-1100℃进行第二次热处理，优选第二次热处理的时间为0.5-5小时，由此最终获得高性能、高附加值和低成本的可用作建筑装饰材料或发光材料如LED发光材料的玻璃陶瓷。

在本发明中，优选地，所述无色玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣的以在1∶10-10∶1范围内的质量比进行混合。而且，本发明的发明人还发现，在本发明的方法中，仅使用上述无色玻璃陶瓷底料作为原料时能够制得透明的白色玻璃陶瓷，而当仅使用铁镍合金水淬渣时能够制得深色(如黑色、墨绿色或褐色)的玻璃陶瓷。因此，当使用的原料中，随着铁镍合金水淬渣的含量逐渐降低到一定程度(例如低于20质量％)时，其中玻璃陶瓷本身的颜色也随之变化，由此使得本发明的方法不仅能够获得具有表面结晶花纹的玻璃陶瓷，而且还能够获得透明度可调、颜色不同的玻璃陶瓷，从而使得本发明的应用更加广泛。

以下将通过实施例来详细描述本发明，以便于本领域技术人员理解，这些实施例仅用于举例说明以更好理解本发明，但本发明的范围不局限于这些具体实施例。

如无其他说明，实施例中使用的SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅、CaF₂原料组分均为可通过商购获得的天然矿物原料或工业原料如石英、铝土矿、石灰石、硅酸钙、铝酸钙、高岭石、磷酸钙、磷矿石、萤石和/或硅铝酸钙，并且未经处理直接使用；使用的用于研磨目的的球磨机可以为本领域常规使用的可以将粉末或颗粒料研磨至200目以上的任意球磨机。

在以下实施例中，获得的玻璃陶瓷的显微硬度使用上海泰明维氏硬度计测得；弯曲强度由常德武陵液压强度试验机测得。通过将样品放入酸性或碱性溶液浸泡2天后的质量变化来测量其耐酸性和耐碱性，以及利用美国PE公司的Lambda 900红外可见分光光度计来测量透明陶瓷的可见光透明率。

实施例1

通过将商购获得的SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂的粉末原料分别以35％∶20％∶15％∶18％∶12％的质量比混合以得到无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述无色玻璃陶瓷底料1.0kg和铁镍合金水淬渣9.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为1∶9)混合并使用球磨机研磨0.5小时，得到的混合物的细度为230目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1380℃保温0.5小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为300℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在650℃下退火2小时以消除内应力后，在780℃进行第一次热处理2小时以使之成核，接着在950℃进行第二次热处理2小时以使其晶化，从而得到具有表面结晶花纹的褐色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷的显微硬度为550Hv，弯曲强度为54.32MPa，耐酸性为0.81，并且耐碱性为0.01。

实施例2

通过将商购获得的石英砂、高岭石、磷矿石和萤石按一定的比例混合，共同粉磨制得SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂含量分别为30％∶30％∶10％∶15％∶15％的质量比的无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述玻璃陶瓷底料2.0kg和铁镍合金水淬渣8.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为2∶8)混合并使用球磨机研磨1.0小时，得到的混合物的细度为245目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1360℃保温1.0小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为400℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在600℃下退火2.5小时以消除内应力后，在800℃进行第一次热处理1.5小时以使之成核，接着在1000℃进行第二次热处理2.5小时以使其晶化，从而得到具有表面结晶花纹的黑色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷的显微硬度为572.6Hv，弯曲强度为56.25MPa，耐酸性为0.80，并且耐碱性为0.01。

实施例3

通过将商购获得的石英砂、高岭石、磷矿石和萤石按一定的比例混合，共同粉磨制得SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂含量分别为30％∶30％∶10％∶15％∶15％的质量比的无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述玻璃陶瓷底料3.0kg和铁镍合金水淬渣7.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为3∶7)混合并使用球磨机研磨2.0小时，得到的混合物的细度为253目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1380℃保温1.5小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为500℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在550℃下退火2小时以消除内应力后，在790℃进行第一次热处理2小时以使之成核，接着在1050℃进行第二次热处理2小时以使其晶化，从而得到具有表面结晶花纹的棕色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷的显微硬度为500Hv，弯曲强度为60.52MPa，耐酸性为0.81，并且耐碱性为0.01。

实施例4

通过将商购获得的石英砂、高岭石、磷矿石和萤石按一定的比例混合，共同粉磨制得SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂含量分别为40％∶25％∶10％∶12％∶18％的质量比的无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述玻璃陶瓷底料5.0kg和铁镍合金水淬渣5.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为5∶5)混合并使用球磨机研磨3.0小时，得到的混合物的细度为260目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1370℃保温3小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为550℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在650℃下退火2小时以消除内应力后，在750℃进行第一次热处理3小时以使之成核，接着在1100℃进行第二次热处理2小时以使其晶化，从而得到具有表面结晶花纹的黄褐色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷的显微硬度为600Hv，弯曲强度为65.52MPa，耐酸性为0.84，并且耐碱性为0.02。

实施例5

通过将商购获得的石英砂、高岭石、磷矿石和萤石按一定的比例混合，共同粉磨制得SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂含量分别为20％∶30％∶25％∶15％∶10％的质量比的无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述玻璃陶瓷底料6.0kg和铁镍合金水淬渣4.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为6∶4)混合并使用球磨机研磨1.5小时，得到的混合物的细度为220目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1320℃保温1小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为350℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在650℃下退火2小时以消除内应力后，在790℃进行第一次热处理2小时以使之成核，接着在1120℃进行第二次热处理2.5小时以使其晶化，从而得到具有表面结晶花纹的墨绿色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷的显微硬度为521Hv，弯曲强度为61.2MPa，耐酸性为0.86，并且耐碱性为0.01。

根据以上在显微硬度、弯曲强度、耐酸性和耐碱性的理化性能测试结果可知，通过本发明方法获得的具有表面结晶花纹的玻璃陶瓷硬度高、强度高、化学稳定性好，不仅可以用作建筑材料还可以用于化工冶金中的耐磨耐腐材料，具有广泛的应用前景。

实施例6

通过将商购获得的石英砂、高岭石、磷矿石和萤石按一定的比例混合，共同粉磨制得SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂含量分别为28％∶15％∶28％∶16％∶13％的质量比的无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述玻璃陶瓷底料8.0kg和铁镍合金水淬渣2.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为8∶2)混合并使用球磨机研磨3小时，得到的混合物的细度为240目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1300℃保温1小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为480℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在600℃下退火1小时以消除内应力后，在780℃进行第一次热处理2小时以使之成核，接着在1110℃进行第二次热处理2小时以使其晶化，从而得到透明的蓝色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷的显微硬度为589Hv，弯曲强度为59.32MPa，耐酸性为0.85，耐碱性为0.02，并且可见光透明率为85％。

实施例7

通过将商购获得的石英砂、高岭石、磷矿石和萤石按一定的比例混合，共同粉磨制得SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂含量分别为28％∶15％∶28％∶16％∶13％的质量比的无色玻璃陶瓷底料；同时通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣得到铁镍合金水淬渣。

将上述玻璃陶瓷底料9.0kg和铁镍合金水淬渣1.0kg(即陶瓷底料和水淬渣质量之比为9∶1)混合并使用球磨机研磨0.5小时，得到的混合物的细度为214目。将研磨后的粉体混合物置于石英坩埚中加热熔融，在1310℃保温1小时，得到玻璃陶瓷熔体。之后将该玻璃陶瓷熔体快速浇铸到预热至温度为450℃的铜模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将获得的玻璃陶瓷前体在650℃下退火2小时以消除内应力后，在790℃进行第一次热处理2小时以使之成核，接着在1040℃进行第二次热处理2小时以使其晶化，从而得到透明的无色玻璃陶瓷。

通过检测，该玻璃陶瓷显微硬度为536Hv，弯曲强度为60.11MPa，耐酸性为0.85，耐碱性为0.01，并且可见光透明率为80％。

根据以上在显微硬度、弯曲强度、耐酸性、耐碱性和可见光透明率的理化性能测试结果可知，通过本发明方法获得的颜色可调的玻璃陶瓷的硬度高、强度高、化学稳定性好，不仅可以用作建筑材料还可以用于化工冶金中的耐磨耐腐材料，除此之外，由于该玻璃陶瓷具有较高的可见光透明率，还能应用于LED发光材料领域，具有极其广泛的应用前景。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。基于本公开内容的任何变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过混合含SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂的粉末原料来制备无色玻璃陶瓷底料；

通过水淬处理在以赤泥和红土镍矿为原料制备铁镍合金中产生的炉渣来制备铁镍合金水淬渣；

将所述玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣混合并研磨，然后将所得到的混合物加热熔融并在1300-1400℃保温，得到玻璃陶瓷熔体；

将所述玻璃陶瓷熔体浇铸到预热至300-550℃的温度的模具中并成型，得到玻璃陶瓷前体；

将所述玻璃陶瓷前体在500-650℃下退火，之后在700-900℃进行第一次热处理以使其成核，接着在800-1100℃进行第二次热处理以使其晶化，从而得到所需的玻璃陶瓷，

其中所述玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣以1:10-10:1的质量比例进行混合。

2.如权利要求1所述的利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，其特征在于，所述玻璃陶瓷底料的组成为：20-40质量％SiO₂，15-35质量％Al₂O₃，10-30质量％CaO，10-20质量％P₂O₅和10-20质量％CaF₂。

3.如权利要求1所述的利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，其特征在于，所述含SiO₂、Al₂O₃、CaO、P₂O₅和CaF₂的粉末原料选自天然或合成的石英、铝土矿、石灰石、硅酸钙、铝酸钙、高岭石、磷酸钙、磷矿石、萤石和硅铝酸钙中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，其特征在于，所述玻璃陶瓷底料和所述铁镍合金水淬渣在混合后通过球磨机研磨至200目以上。

5.如权利要求1-4中任一项所述的利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法，其特征在于，所述保温的时间为0.5-5小时，所述退火的时间为1-5小时，所述第一次热处理的时间为0.5-5小时，并且所述第二次热处理的时间为0.5-5小时。

6.一种通过权利要求1-5中任一项所述的方法制备的颜色可调的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷的透明度是可调的。

7.如权利要求6所述的颜色可调的玻璃陶瓷用作建筑装饰材料、工艺品和光学材料的应用。