CN109160741B - 一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法。所述方法包括步骤：以粉煤灰为原料，或者以粉煤灰和配料为原料，对原料进行预处理，然后与粘结剂混匀，得到素坯粉体；其中，粘结剂与原料的质量比为2～10:100，粉煤灰在原料中的质量占比在90％以上，所述配料包括助熔剂和/或微晶玻璃成分补充剂；将素坯粉体压制成型，得到坯体；将所述坯体加热至1100～1200℃烧结，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃。本发明的有益效果可包括：粉煤灰的利用率可达到90～100％；工艺流程简单、能耗低、绿色环保、利于工业推广，尤其适合应用在以褐煤和亚烟煤为动力燃料的地区。
Description
技术领域
本发明涉及粉煤灰治理与综合利用技术领域，特别地，涉及一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法。
背景技术
粉煤灰是煤经燃烧排放出的一种人工火山质的混合材料，是煤粉在锅炉中高温燃烧后，由除尘器收集到的粉状物质。粉煤灰的化学成分因燃烧煤种类的不同而不同。若粉煤灰中CaO含量偏高，使得粉煤灰在建筑材料领域的应用受到限制，然而随着时代的发展，更多高挥发分的褐煤和亚烟煤被作为动力燃料使用。某些地区高钙的粉煤灰的排放量已经高于了低钙的粉煤灰。因此，高钙粉煤灰亟待高附加值的综合利用。
微晶玻璃是以玻璃与陶瓷成型技术为基础，通过控制热处理制度，得到的微晶相与玻璃相并存的一类多晶材料，因其机械性能、耐化学腐蚀性、热稳定性和绝缘性能良好，热膨胀系数可调等而在建筑装饰、机械、化工、电子电工、航天等领域被广泛应用。粉煤灰主要成分一般为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，这些物质是生产微晶玻璃所需的常用原料。因此，以粉煤灰为原料制备微晶玻璃产品既可以解决粉煤灰的高附加值资源化问题，又可以有效降低原料的经济成本，加大工业化生产的可能性。
现有的微晶玻璃生产工艺主要包括：整体析晶法、熔融烧结法和溶胶-凝胶法，对于工业废渣微晶玻璃，其主要生产工艺为前两种。整体析晶法的生产流程为配料→高温熔融→浇筑成型→退火→核化晶化→抛光切边→产品，熔融烧结法的生产流程为配料→高温熔融→水淬→球磨→压片→核化晶化→抛光切边→产品。
而现有的利用粉煤灰制备微晶玻璃主流生产工艺-整体析晶法和熔融烧结法存在生产能耗高、工艺流程长、废渣利用率低等问题，即使省略了高温熔融阶段制备的微晶玻璃，其粉煤灰的利用率也较低。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，以高效利用粉煤灰。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法。所述方法可包括以下步骤：将粉煤灰进行预处理，然后与粘结剂混匀，得到素坯粉体；其中，粘结剂与粉煤灰的质量比为2～10:100；将素坯粉体压制成型，得到坯体；将所述坯体加热至1100～1200℃烧结，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃。
本发明另一方面也提供了一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法。所述方法可包括以下步骤：对原料进行预处理，然后与粘结剂混匀，得到素坯粉体；其中，粘结剂与原料的质量比为2～10:100，原料包括粉煤灰和配料，粉煤灰在原料中的质量占比在90％以上，所述配料包括助熔剂和/或微晶玻璃成分补充剂；将素坯粉体压制成型，得到坯体；将所述坯体加热至1100～1200℃烧结，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述配料可包括：工业烧碱、钾长石、霞石、珍珠岩、废玻璃和硼砂中的至少一种。其中，硼砂、烧碱的能够降低烧结温度；钾长石、霞石能够降低烧结温度并提供Si，废玻璃和珍珠岩能够提供非晶相促进烧结和Si。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的质量分数之和为50％～70％。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述粉煤灰可包括按照质量百分比计的如下成分：SiO233～38％，Al2O312～22％，Fe2O35～10％，CaO10～16％，MgO1～3％，K2O1～2％，Na2O0.3～0.8％，TiO21～2％，P2O50.2～0.5％，SrO0.1-0.9％，MnO0.02～0.08％，余量为烧失量。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述粘结剂可包括水、水玻璃、聚乙烯醇、甘油和液体石蜡中的一种。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述素坯粉体的粒度可为在80μm以下，例如0.5～80μm。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述预处理可包括粉碎，或者粉碎与干燥。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述压制成型的步骤可包括：将所述素坯粉体均匀平铺在模具中，在10～120MPa的压力下保压10～60s，然后脱模得到坯体。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述将坯体加热至1100～1200℃的步骤可包括：将所述坯体加热至800～950℃并保温以脱除粉煤灰中未燃尽的碳，然后再加热至1100～1200℃。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，以5～20℃/min的升温速率将所述坯体加热至800～950℃；以3～10℃/min的升温速率再加热至1100～1200℃。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述坯体加热至800～950℃后保温的时间可在90min以下。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述坯体加热至1100～1200℃后可保温30～60min，以使烧结完成。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述将坯体加热至1100～1200℃的步骤可包括：以3～10℃/min的升温速率将所述坯体加热至1100～1200℃。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：将所述得到的微晶玻璃进行切边和/或抛光，并将将所述切边和/或抛光产生的废料返回用于制作所述素坯粉体。即返回前面的步骤中，重新利用，废料在所述素坯粉体中的质量分数可为0～2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明解决了高钙粉煤灰难以资源化利用的难题，粉煤灰的利用率可达到90～100％；本发明的工艺流程简单、能耗低、绿色环保、利于工业推广，尤其适合应用在以褐煤和亚烟煤为动力燃料的地区；本发明制备的微晶玻璃性能好。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃方法的流程示意图；
图2示出了本发明另一个示例性实施例的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃方法的流程示意图；
图3为示例1中粉煤灰制备的微晶玻璃样品的X射线衍射图；
图4为示例2中粉煤灰制备的微晶玻璃样品的X射线衍射图；
图5示出了粉煤灰制备的微晶玻璃样品的一个扫描电镜图；
图6示出了粉煤灰制备的微晶玻璃样品的另一个扫描电镜图；
图7示出了粉煤灰制备出的微晶玻璃样品表面的一个扫描电镜图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的直接烧结粉煤灰来制备微晶玻璃的方法。
由褐煤和亚烟煤燃烧后产生的粉煤灰，其CaO的含量大于10％。由于CaO含量偏高，该粉煤灰在的应用受到很大的限制，尤其是在建筑材料领域。然而随着电力行业的不断发展，更多高挥发分的褐煤、亚烟煤被作为动力燃料使用，这就导致了更多高钙粉煤灰的产生。因此，高钙粉煤灰亟待高附加值的综合利用。
因此，本发明提出了一种以包含粉煤灰的原料来制备微晶玻璃的方法。所述方法以含粉煤灰为主要原料，添加少量配料，或者直接以粉煤灰为原料，整个制备过程省略了高温熔融阶段，可通过直接烧结来制备微晶玻璃。本发明的工艺流程简单，生产成本低、粉煤灰综合利用率高、附加值高，属于节能降耗的绿色制造技术。
图1示出了本发明一个示例性实施例的利用粉煤灰制备微晶玻璃方法的流程示意图。
在本发明的一个示例性实施例中，直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法可包括以下步骤：
以粉煤灰为原料，或者以粉煤灰和配料为原料，对原料进行预处理，然后与粘结剂混匀，得到粒度不大于80μm的素坯粉体，如图1中的步骤S01。其中，粘结剂与原料的质量比可为2～10：100。预处理可包括粉碎，粉碎可包括破碎、粉磨；进一步地，预处理在粉磨之后，还可包括粒度分级的步骤。当原料中水含量较高时，或经破碎而导致原料水含量过高时，例如加水湿磨，所述预处理还包括干燥的步骤。素坯粉体(或者原料)中粉煤灰的质量分数在90％以上，这可以满足粉煤灰的高利用率需求。素坯粉体的粒度控制在80μm以下，不仅有利于坯体成型，而且还有利于提高样品的性能；素坯粉体的粒度越小，制备出的微晶玻璃性能指标越优异，如果粒度大于80μm会导致制备出微晶玻璃的性能变差，例如体积密度、吸水率、抗折强度、耐酸性和耐碱性等性能等都会变差；但素坯粉体粒度过小会增加能耗。进一步地，粉体粒度可为20～70μm，例如30、47μm等。粘结剂的用量为原料质量的2～10％；当粘结剂的用量大于原料质量的8％时，虽然也可适用，但在成型过程会将粘结剂中的水压出，若磨具不是耐腐蚀的磨具，则压出的水会对磨具造成较大的损害，磨具容易生锈，并在烧结过程在产品的周边会烧结变形；当粘结剂的用量小于原料质量的5％时，虽然也可适用，但成型效果会不好，成型退模过程中很容易产生裂缝；因此，进一步地，粘结剂的用量为原料质量的5～8％。
将素坯粉体压制成型，得到微晶玻璃的坯体，如图1中的步骤S02。压制成型的步骤可包括：将所述素坯粉体均匀平铺在模具中，在10～120MPa的压力下保压10～60s，然后脱模得到微晶玻璃的坯体。若成型压力小、保压时间短，则产品不易成型，最后烧结出产品的内部孔隙过多，体积密度较小，相对应的抗折强度就小；增大成型压力和保压时间样品的性能会先提高、然后提高不明显，例如在压力超过40MPa、保压时间达到30s以后，产品的性能增加不明显，而且会增加更多的能耗。进一步地，压制成型过程中，可在40～80MPa的压力下保压，例如压力可控制在50或70MPa，时间可控制在20或50s。其中，制坯的环境条件可为室温，或者略高于室温的温度，例如30～100℃。
将所述坯体加热至1100～1200℃烧结，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃，如图1中的步骤S03。热处理的温度(即烧结的温度)不能超过1200℃，否则会产品会出现过烧现象，表面会出现气泡而影响产品性能。若烧结温度低于1100，则产品烧结不完全，致密性不好，体积密度较小，孔隙率较大。
在本实施例中，所述配料可包括助熔剂和/或微晶玻璃成分补充剂。其中，
助熔剂能够降低烧结温度、促进烧结。助熔剂可包括硼化物、含钾钠的化合物(或矿物)、以及含大量非晶态的物质中的至少一类。其中，硼化物可包括硼砂和硼酸中的至少一种；含钾、钠的化合物或矿物可包括烧碱、苛性碱，钾长石和霞石中的至少一种，含大量非晶态的物质可包括废玻璃和珍珠岩中的至少一种。
微晶玻璃成分补充剂能够调节微晶玻璃物相和结构，例如含Si较高的硅酸盐矿物，Si较高的硅酸盐矿物可包括霞石、钾长石、珍珠岩和云母中的至少一种。
在本实施例中，所述配料可包括：工业烧碱、钾长石、霞石、珍珠岩、废玻璃和硼砂中的至少一种。其中，添加配料一种更优的选择，例如，所述配料不仅能够起到助熔的作用，并在高温条件下提供液相，促进坯体致密烧结，还能够补充成分。其中，硼砂、烧碱的能够降低烧结温度；钾长石、霞石能够降低烧结温度并提供Si元素，废玻璃和珍珠岩能够提供非晶相促进烧结和Si元素。
原料可包括按照质量百分数计的：烧碱0～10％、钾长石0～7％、霞石0～5％、珍珠岩0～10％、废玻璃0～10％和硼砂0～5％。
在本实施例中，所述将坯体加热至1100～1200℃的步骤可包括：以3～10℃/min的升温速率将所述坯体直接加热至1100～1200℃。升温速度控制在上述范围不仅能够使粉煤灰中未燃尽的碳充分脱除，还能够使得到的坯体烧结致密，而且得到产品的性能优异。
在本实施例中，所述将坯体加热至1100～1200℃的步骤可包括：将所述坯体加热至800～950℃并保温以脱除粉煤灰中未燃尽的碳，进一步地，可为850～920℃，例如810℃、910℃等；然后再加热至1100～1200℃，进一步可为1120～1180℃，例如，1140℃、1170℃等。其中，可以5～20℃/min的升温速率将所述坯体加热至800～950℃；以3～10℃/min的升温速率再加热至1100～1200℃。其中，升温速度可选择上述范围中的较大值，这样将有利于节能。
所述坯体加热至800～950℃后的保温的时间可控制在90min以下，这样可以充分脱除粉煤灰中未燃尽的碳，并有利于节能；进一步地，保温时间可控制在20～60℃，例如23℃、56℃等。
在本实施例中，所述坯体加热至1100～1200℃后可保温30～60min，以使烧结完成；进一步地，可保温40～50℃，例如42℃、47℃等。
在本实施例中，冷却的步骤可包括：缓冷至室温(或环境温度)，例如随炉温冷却。缓冷的步骤还可包括：缓冷至300℃以下，然后快冷，例如，先随炉温降至260℃，然后在炉外冷却。其中，缓冷的降温温度可控制在5～20℃/min，例如12±5℃/min；快冷的冷却速率可控制在20～50℃/min，例如35±6℃/min。
在本实施例中，热处理过程(即烧结过程)可在含氧的气体中进行，例如空气或富氧气体。热处理过程可在隧道窑中进行。
在本实施例中，所述粉煤灰中SiO2+Al2O3+Fe2O3＝70％～50％(质量分数)，即SiO2、Al2O3和Fe2O3的质量分数之和可50％～70％。粉煤灰中CaO含量可在10％以上(质量分数)。
粉煤灰可包括按照质量分数计的如下成分：
SiO233～38％，Al2O312～22％，Fe2O35～10％，CaO10～16％，MgO1～3％，K2O1～2％，Na2O0.3～0.8％，TiO21～2％，P2O50.2～0.5％，SrO0.1-0.9％，MnO0.02～0.08％，余量为烧失量，例如烧失量可为0.48～10％。
例如，粉煤灰可包括：SiO235±1％，Al2O317±3％，Fe2O37±1.5％，CaO13±2％，MgO2±0.5％，K2O1.5±0.3％，Na2O0.5±0.1％，TiO21.5±0.3％，P2O50.3±0.1％，SrO0.5±0.3％，MnO0.05±0.025％，烧失量5±4％。
在本实施例中，所述方法还可包括步骤：将得到的微晶玻璃进行切边和/或抛光，该步骤得到的废料返回作为原料的一种；废料在原料中的质量占比可为0～2％。抛光与切边所产生的冷却水可经沉淀后回用。
在本发明的另一个示例性实施例中，如图2所示，直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法是以粉煤灰为主要原料，添加了少量配料，省略了高温熔融阶段。该方法的工艺流程简单，生产成本低、粉煤灰综合利用率高。具体的，该方法可包括以下步骤：
1)将粉煤灰和配料预处理后，称重配合并加入粘结剂混合均匀后获得微晶玻璃素坯粉体；
2)将微晶玻璃素坯粉体平铺于成型模具中，采用坯体成型压力机加压成型，获得微晶玻璃素坯。
3)将微晶玻璃素坯置于隧道窑中进行加热处理，然后随窑降温冷却后取出，也可随炉降温至300℃以下后再取出冷却即可，然后对其进行抛光、切边，获得微晶玻璃制品。抛光与切边产生的废料作为配料回收利用。
上述步骤1)中粉煤灰的化学成分为，以重量百分比计：SiO233～38％，Al2O312～22％，Fe2O35～10％，CaO10～16％，MgO1～3％，K2O1～2％，Na2O0.3～0.8％，TiO21～2％，P2O50.2～0.5％，SrO0.1-0.9％，MnO0.02～0.08％，烧失量0.48～10％；所述的配料为工业烧碱、钾长石、霞石、珍珠岩、废玻璃、硼砂、抛光与切边废料的一种或两种；所述的预处理过程包括破碎、粉磨、分级或干燥的一种或多种，其中，粉煤灰可无需干燥，但在粉磨的时候如若加水进行湿磨之后那就需要干燥；所述配合是按粉煤灰与配料的质量百分比进行，即粉煤灰90～100％、工业烧碱0～10％、钾长石0～7％、霞石0～5％、珍珠岩0～10％、废玻璃0～10％、硼砂0～5％、抛光切边废料0～2％；所述粘结剂为水、水玻璃、聚乙烯醇、甘油或液体石蜡的其中一种，粘结剂用量的质量百分比为粉煤灰和配料之和的2～10％；所述获得的素坯粉体的粒度为0.5～80μm。其中，不同分配料起不同的作用，如硼砂、烧碱的主要作用是降低烧结温度；钾长石、霞石的主要作用是降低烧结温度并提供Si，废玻璃和珍珠岩的主要作用是提供非晶相促进烧结和Si。粘结剂的用量在5～8％左右为最适宜，高于8％时，坯体成型过程中会将粘结剂中的水压出对磨具的损害较大，并且最终产品的周边会烧结变形；低于5％时成型效果不好，成型退模过程中很容易产生裂缝。粉体粒度对样品的性能影响很大，如果粒度大于80μm样品的体积密度、抗折强度、耐酸性和耐碱性将会低于产品指标的下限值，即最小值，吸水率会高于产品指标的上限值，即最大值；粒度越小，性能指标越优异。
上述步骤2)中干压成型的压力为10～120MPa，保压时间为10～60s。。若成型压力小和保压时间短，样品不易成型，最后烧结出的样品内部孔隙过多，体积密度较小，相对应的抗折强度就小。增大成型压力和保压时间样品的性能会提高，但当压力超过40MPa，保压时间达到30s以后，性能增加不明显，反而会增加能耗。
如图2所示，上述步骤3)中的加热处理可以分段进行，例如可在隧道窑中以5～20℃/min的升温速率，由室温升至800～950℃，保温0～90min，再以3～10℃/min的升温速率由800～950℃升温至1100～1200℃，保温30～90min。其中，第一段升温到800～950℃的主要目的是脱除粉煤灰中未燃尽的碳，降低最终产品的孔隙率，提高产品性能。步骤3)中的加热处理还可以是直接按照3～10℃/min升温到1100～1200℃，保温也可以得到符合标准的建筑装饰用微晶玻璃。热处理的温度不能超过1200℃，超过之后样品会出现过烧现象，表面出现气泡影响产品性能，温度低于1100℃，样品烧结不完全，致密性不好，体积密度较小，孔隙率较大。升温速率对烧结效果的影响不是很大，为了节能升温速率可以稍快。
根据以上两个示例性实施例的方法制备出微晶玻璃的性能优异，性能指标为：体密度1.82～2.34g/cm2，吸水率0.10～0.02％，抗折强度40～56MPa，耐酸性98～99.9％，耐碱性98～99.9％。
制备出微晶玻璃中是以晶相(即微晶相)为主，含有少量的玻璃相。晶相的比例为85～95％，其余为非晶相，即玻璃相。晶相和玻璃相相互镶嵌，形成相对致密的结构体，同时在晶相和非晶相的相互镶嵌中存在少量孔隙。
微晶玻璃产品的内部存在少量封闭孔隙，孔隙率为4～15％。产品的表面烧结良好无明显孔隙，能够保证吸水率为0.1～0.02％。微晶玻璃产品的孔隙率低、孔径分布均匀、烧结效果好。微晶玻璃的孔径分布窄，即为孔径比较均匀、内部孔径在80μm以下，例5～80μm之间，这样可以在保证机械性能的基础上降低微晶玻璃的密度，减轻微晶玻璃作为建筑装饰材料的自重，但若内部孔隙过大，会使得微晶玻璃的机械性能(抗压、抗折强度)大大降低。
本发明的微晶玻璃表面光滑平整、致密，例如图7示出的微晶玻璃表面的一个扫描电镜图。
制备出的微晶玻璃的物相可包括三种。
第一种：所述微晶相在微晶玻璃中的质量占比为94～96％，玻璃相的质量占比为4～6％，例如非晶相的质量占比可为5％。如图3所示，所述微晶相可包括普通辉石相，普通辉石相的硬度和化学性质稳定，其含量越高，微晶玻璃的机械性能(抗压、抗折强度)和耐化学腐蚀性(耐酸碱性)更强，因此，具有该物相的微晶玻璃性能优异。
如图5所示，所述普通辉石相的形态包括柱状(也可称为条柱状)，柱状的晶体较均匀的镶嵌在非晶态玻璃体中。条柱状普通辉石相的长可为0.3～1.0μm，宽可为0.1～0.2μm，长宽比可为1～10。条柱状的普通辉石镶嵌在非晶态玻璃体中可以增加微晶玻璃的抗折强度提高其机械性能，长宽比越大，其抗折强度会越好。
这种物相的微晶玻璃可包括按照质量百分比计的如下成分：
35～42％SiO2，15～24％Al2O3，8～16％Fe2O3，11～18％CaO，1～3％MgO，0～2％K2O，0.3～0.8％Na2O，1～2％TiO2，0.2～0.5％P2O5，0.1～0.9％SrO，0.02～0.08％MnO。
第二种：微晶相可包括硅灰石相和钙长石相。其中，硅灰石相为主晶相，钙长石相为副晶相。在微晶玻璃中，非晶相质量占比为1～5％，例如3±0.9％；在微晶相中，硅灰石相和钙长石相的质量比可为50～65：30～35，例如58:32。所述硅灰石相的形态可包括放射状，所述钙长石相的形态包括薄片状。
这种物相的微晶玻璃可包括按照质量百分比计的如下成分：
37～44％SiO2，18～26％Al2O3，6～14％Fe2O3，7～16％CaO，1～3％MgO，0～2％K2O，0.3～0.8％Na2O，1～2％TiO2，0.2～0.5％P2O5，0.1～0.9％SrO，0.02～0.08％MnO。
第三种：如图4所示，微晶相可包括钙长石相、石英相和莫来石相。其中，钙长石相为主晶相，石英相、莫来石相为副晶相。在微晶玻璃中，钙长石相的质量分数可为45～55％，例如，50±3％；石英相的质量分数可为20～25％，例如，23±1.5％；莫来石相的质量分数可为15～20％，例如，17±1％；非晶相的质量分数可为1～5％。
图6示出了具有第三种物相的微晶玻璃的一个扫描电镜图，其显示的微晶玻璃制品的表面较为光滑，可见片状、板状晶体嵌于玻璃体中。其中，片状的是钙长石相，板状的是石英相和莫来石相。这三种晶体在形成的时候有覆盖，钙长石的形成可以是由部分溶解的石英与非晶态物质反应生成的，生成的这个晶体可能和石英或没有熔融的莫来石相互交叉。三种晶体之间相互接触相互交叉并镶嵌于玻璃体中，致使微晶玻璃的力学性能良好。
这种物相的微晶玻璃可包括按照质量百分比计的如下成分：
42～53％SiO2，25～28％Al2O3，7～10％Fe2O3，5～12％CaO，1～3％MgO，1～2％K2O，0.3～0.8％Na2O，1～2％TiO2，0.2～0.5％P2O5，0.1～0.9％SrO，0.02～0.08％MnO。
本发明制备的微晶玻璃在满足抗弯强度、耐酸碱性及吸水率等性能的条件下，内部存在一定量的闭口孔隙率能够使得体积密度较低。因此本发明制备出的产品除作为地板、楼面、大厅柜台面等处的装饰材料，也可作为轻质建筑砖用于内墙装饰和通风外墙等。
为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
具体制备方法如下：
1)取新疆某地高钙粉煤灰为全部原料，不添加辅料，于105℃干燥2h后，进行球磨分级，取粒度为48μm的粉煤灰粉体加入粉煤灰质量百分比5％的聚乙烯醇混合均匀后得到微晶玻璃素坯粉体。
2)将素坯粉体平铺于成型磨具中，采用坯体成型压力机在20MPa下保压30s后获得微晶玻璃素坯。
3)将微晶玻璃坯体放入隧道窑中以10℃/min中的升温速率从室温直接升温到950℃保温30min后，再以5℃/min的升温速率升温至1180℃保温60min，随炉降温后取出样品，并对其进行抛光、切边获得微晶玻璃制品。
如图3所示，所制备的微晶玻璃制品的主晶相为普通辉石，副晶相很少或难以检出。对该微晶玻璃制品进行性能测试，该制品的体积密度为2.15g/cm2，吸水率为0.05％，抗折强度为47MPa，耐酸性为98.7％，耐碱性为98.9％。
示例2
具体制备方法如下：
1)取示例1中的粉煤灰为主要原料，配料选择为废玻璃和珍珠岩，将粉煤灰与配料分别于105℃干燥2h后，进行破碎、球磨分级，将各组分按照质量百分比为粉煤灰90％、废玻璃5％、珍珠岩5％进行称量配合，取粒度为37μm的粉体加入质量百分比5％的甘油混合均匀后得到微晶玻璃素坯粉体；
2)将素坯粉体平铺于成型磨具中，采用坯体成型压力机在30MPa下保压30s后获得微晶玻璃素坯。
3)将微晶玻璃坯体放入隧道窑中以10℃/min中的升温速率从室温直接升温1160℃保温60min，随炉降温后取出样品，并对其进行抛光、切边获得微晶玻璃制品。
如图4所示，所制备的微晶玻璃制品的主晶相为钙长石相，副晶相为石英相、莫来石相。对该微晶玻璃制品进行性能测试，该制品的体积密度为2.23g/cm2，吸水率为0.04％，抗折强度为50MPa，耐酸性为98.9％，耐碱性为99.5％。
综上所述，本发明直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法相对于现有技术具有显著性的进步，其有益效果如下：
1)本发明选用较难应用于建筑材料领域的高钙粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃，既解决了高钙粉煤灰难以资源化利用的难题，又为微晶玻璃提供了一种廉价的绿色原料。
2)本发明采用的工艺过程包括配料→制坯→高温处理→抛光切边→产品，该工艺技术利用了粉煤灰形成过程中高温熔融和冷却产生的玻璃相，只需一次高温热处理过程，工艺流程和环节简化，避免了熔融烧结法和整体析晶法烧结过程中的高温熔融和水淬等复杂过程。
3)相对于熔融烧结法和整体析晶法，本发明中粉煤灰的利用率达到90～100％，配料省，用量仅占原料质量百分含量的0～10％，且抛光与切边废料可实现回收利用。
4)本发明所述方法制备的微晶玻璃制品体密度1.82～2.34g/cm2，吸水率0.10～0.02％，抗折强度40～56MPa，耐酸性98～99.9％，耐碱性98～99.9％，各项指标均可与大理石、花岗岩、瓷砖媲美，可作高档建筑装饰材料、工艺雕刻和功能陶瓷材料等。
5)本发明申请工艺流程简单、能耗低、绿色环保、更有利于工业推广，尤其适合应用在以褐煤和亚烟煤为动力燃料的地区。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (9)
1.一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将粉煤灰进行预处理，然后与粘结剂混匀，得到素坯粉体；其中，粘结剂与粉煤灰的质量比为2～10:100；
将素坯粉体压制成型，得到坯体；
将所述坯体加热至1100～1200℃烧结，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃；
所述预处理包括粉碎，或者包括粉碎和干燥；
所述素坯粉体的粒度在80μm以下；
所述坯体加热至1100～1200℃后保温30～60min，以使烧结完成。
2.一种直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对原料进行预处理，然后与粘结剂混匀，得到素坯粉体；其中，粘结剂与原料的质量比为2～10:100，原料包括粉煤灰和配料，粉煤灰在原料中的质量占比在90％以上，所述配料包括助熔剂和/或微晶玻璃成分补充剂；
将素坯粉体压制成型，得到坯体；
将所述坯体加热至1100～1200℃烧结，待烧结完成后进行冷却，得到微晶玻璃；
所述预处理包括粉碎，或者包括粉碎和干燥；
所述素坯粉体的粒度在80μm以下；
所述压制成型的步骤包括：将所述素坯粉体均匀平铺在模具中，在10～120MPa的压力下保压10～60s，然后脱模得到坯体；
所述坯体加热至1100～1200℃后保温30～60min，以使烧结完成。
3.根据权利要求2所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述配料包括：工业烧碱、钾长石、霞石、珍珠岩、废玻璃和硼砂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的质量分数之和为50％～70％，CaO的质量分数在10％以上；
所述粘结剂包括水、水玻璃、聚乙烯醇、甘油和液体石蜡中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述压制成型的步骤包括：
将所述素坯粉体均匀平铺在模具中，在10～120MPa的压力下保压10～60s，然后脱模得到坯体。
6.根据权利要求1或2所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述将坯体加热至1100～1200℃的步骤包括：
将所述坯体加热至800～950℃并保温以脱除粉煤灰中未燃尽的碳，然后再加热至1100～1200℃。
7.根据权利要求6所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，以5～20℃/min的升温速率将所述坯体加热至800～950℃；以3～10℃/min的升温速率再加热至1100～1200℃。
8.根据权利要求1或2所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述将坯体加热至1100～1200℃的步骤包括：以3～10℃/min的升温速率将所述坯体加热至1100～1200℃。
9.根据权利要求1或2所述的直接烧结粉煤灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
将所述得到的微晶玻璃进行切边和/或抛光，并将所述切边和/或抛光产生的废料返回用于制作所述素坯粉体。
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