CN109279782A - 一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统。所述系统包括冷却单元、预处理单元、造粒单元、制坯单元和热处理单元，其中，冷却单元能将热渣冷却为冷渣，预处理单元能将含冷渣的原料进行预处理，得制坯用的粉料；造粒单元能将粉料造粒，得制坯粒料；制坯单元能将粒料压制成型，得坯体；热处理单元包括低温加热区、高温加热区和冷却区，低温加热区能将坯体加热并保温，得第一中间产物，高温加热区能将第一中间产物继续加热并保温，得第二中间产物，冷却区能将第二中间产物冷却，得微晶玻璃。本发明的有益效果包括：结构简便、能够直接利用含氯提钛热渣，废渣利用率高，热处理过程无有害气体排放，能够满足绿色生产的技术要求。

Description

一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用的领域，特别地，涉及一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统。

背景技术

微晶玻璃，又名玻璃陶瓷、微晶陶瓷，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，因其具有良好的机械性能，高硬度，高耐磨及耐酸碱腐蚀等，可用作高档建筑装饰材料和多种功能材料等。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，而这两种工艺的设备需设置两次高温处理的阶段，都存在能耗高、设备繁琐等问题，而且其还存在工业废渣的利用率低等弊端。

含氯提钛热渣是含钛高炉渣直接经高温碳化-低温氯化后得到的热的提钛渣，其氯含量较高，含氯提钛渣(即含氯提钛冷渣)已被列为危渣，其大量的堆积，不仅占用了大量的土地，还对土壤、环境造成很大的危害。含氯提钛渣氯含量高，难以直接用于建材制品，通常是通过水洗焙烧除氯或添加脱氯剂焙烧除氯后才能使用，并且其除氯后产品附加值较低。

目前，尚未有直接以含氯提钛热渣为原料来制备微晶玻璃的装置，且在制备过程中能够对含氯提钛渣进行除氯。

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能够直接利用含氯提钛热渣来制备微晶玻璃的系统，该系统能够同时回收氯化物。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，所述系统可包括：冷却单元、预处理单元、造粒单元、制坯单元和热处理单元，其中，冷却单元能够将所述含氯提钛热渣进行冷却，并得到冷渣；预处理单元能够将所述冷渣进行粉碎；造粒单元能够将粉碎后的冷渣进行造粒、干燥和粒度分级，以获得制坯粒料；制坯单元能够将制坯粒料压制成型，得到微晶玻璃的坯体；热处理单元包括低温加热区、高温加热区和冷却区，低温加热区能够将坯体加热至800～1000℃并进行保温，得到第一中间产物，高温加热区能够将第一中间产物加热至1100～1200℃并进行保温，得到第二中间产物，冷却区能够将第二中间产物进行冷却，以得到微晶玻璃。

本发明另一方面提供了一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，所述系统可包括：冷却单元、预处理单元、造粒单元、制坯单元和热处理单元，其中，冷却单元能够将含氯提钛热渣进行冷却，并得到冷渣；预处理单元能够冷渣和配料进行粉碎、混合，以获得混合粉料；造粒单元能够将混合粉料进行造粒、干燥和粒度分级，获得制坯粒料；制坯单元能够将制坯粒料压制成型，得到微晶玻璃的坯体；热处理单元包括低温加热区、高温加热区和冷却区，低温加热区能够将坯体加热至800～1000℃并进行保温，得到第一中间产物，高温加热区能够将第一中间产物加热至1100～1200℃并进行保温，得到第二中间产物，冷却区能够将第二中间产物进行冷却，以得到微晶玻璃。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述配料可包括石英、钾长石、霞石、硼砂、纯碱和废玻璃中的至少一种。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述热处理单元可包括隧道窑。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述粉碎包括破碎、粉磨和分级。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，当所述预处理单元处理的对象为冷渣时，所述预处理单元可包括粉碎机；当所述预处理单元处理的对象为冷渣和配料时，所述预处理单元可包括粉碎机和混料机。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述粉碎机可包括破碎机构、粉磨机构；粉碎机还可包括粒度分级机构。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述造粒单元可包括造粒机构、干燥机构和粒度分级机构。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述冷却单元可包括热交换器和输送设备，所述输送设备能够将含氯提钛热渣输送至预处理单元，在输送过程中所述换热器能够与含氯提钛热渣进行热能交换。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述热处理单元还可包括传送机构，所述传送机构能够将所述坯体依次传入热处理单元的低温加热区、高温加热区和冷却区。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述系统还可包括排气单元和冷凝单元，其中，所述排气单元包括引风机和排气管道，排气管道的进气端设置在所述低温加热区的出口处或高温加热区的入口处，所述引风机能够将所述低温加热区内的气体和/或高温加热区的气体引入排气管道内；其中，高温加热区的气体包括从外界引入流经冷却区后进入高温加热区的气体；所述冷凝单元设置在所述排气管道上，并能够对所述排气管道内的气体进行冷却，使气体中的氯化物冷凝后附着在所述排气管道的内壁上。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述系统还可包括氯化物收集单元，所述氯化物收集单元还可包括刮板机和收集容器，所述刮板机设置在所述排气管道的内壁上，并能够刮除所述排气管道内壁上的氯化物，所述收集容器能够收集所述刮板机刮除的氯化物。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述热处理单元还可包括设置在所述低温加热区之前的坯体预热区，所述排气管道的出口与坯体预热区连接，在坯体预热区内，所述排气管道排出气体的流向与坯体的进入方向相反，所述排气管道排出的气体能够对进入坯体预热区的坯体进行加热，且排出气体中的残余氯化物能够吸附在坯体上。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述低温加热区的入口处或所述坯体预热区的出口处还可设置有挡风板，以防止或减少所述从排气管道排出的气体进入低温加热区。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述系统还可包括余热利用管路：所述余热利用管路能够将从所述坯体预热区排出的气体提供至造粒单元以用于干燥。当冷渣中水含量较高时，预处理单元还可包括干燥设备，所述余热利用管路能够将从所述坯体预热区排出的气体提供至预处理单元的干燥设备以用于干燥。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述系统还可包括设置在冷却区出口的鼓风单元，所述鼓风单元能够将含氧的气体依次鼓入冷却区和高温加热区。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述系统还可包括设置在所述热处理单元之后的后处理单元，所述后处理单元能够将所述微晶玻璃进行切边和/或抛光。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述系统还可包括返料机构，所述返料机构能够将所述后处理单元切边和/或抛光产生的废料运送至预处理单元，将废料作为原料的一种。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述含氯提钛热渣可包括：含钛高炉渣经高温碳化-低温氯化工序后产生的热渣。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：含氯提钛渣利用率为85～100％；装置简便；能够减少含氯提钛渣的堆积，进而减少占用的土地，减少对环境的危害；热处理过程无有害气体排放，生产过程无三废排放，满足绿色生产的技术要求。

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利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统的示意图；

图2示出了本发明一个示例性实施例的热处理单元的一个示意图；

图3示出了本发明一个示例性实施例的热处理单元的另一个示意图；

图4示出了本发明另一个示例性实施例的利用含氯提热钛渣制备微晶玻璃的系统示意图。

图5示出了含氯提钛热渣制备的微晶玻璃样品的一个X射线衍射图；

图6为示出了含氯提钛热渣制备的微晶玻璃样品的另一个X射线衍射图；

图7为示出了含氯提钛热渣制备的微晶玻璃样品的一个扫描电镜图；

图8为示出了含氯提钛热渣制备的微晶玻璃样品的另一个X射线衍射图。

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利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统。

含氯提钛热渣是由含钛高炉渣经“高温碳化-低温氯化”提钛工艺处理后得到的一种含氯的低钛型工业危渣。发明人发现：含氯提钛热渣的主要成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃等，符合制备微晶玻璃的主要组分，同时其含有可直接作为微晶玻璃的晶核剂成分的TiO₂、Fe₂O₃；含氯提钛热渣中Cl^-的含量为2～5％，Cl^-在含氯提钛热渣中主要以CaCl₂形式存在，这将使冷却后的含氯提钛渣具有一定的常温吸潮性，这样在造粒过程中其可起到一定的造粒和粘结的作用。

因此，本发明提出了一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统。所述系统可直接利用含氯提钛热渣，只需通过一次高温处理，并能够对烧制微晶玻璃过程中所产生的氯化物进行收集，使含氯提钛渣在微晶玻璃制备过程中无有害气体排放。本发明的制备系统能够实现固废利用，减少环境污染并在生产中实现节能降耗和无三废排放。

图1示出了本发明一个示例性实施例的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃系统的示意图。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述系统可包括依次连接的冷却单元、预处理单元、造粒单元、制坯单元和热处理单元。

其中，所述冷却单元能够将所述含氯提钛热渣进行冷却，并得到冷渣；其中，冷渣是相对于热渣而言，冷渣的温度可在100℃以下，也可以在100～200℃。

所述预处理单元能够以冷渣为处理对象，或者以冷渣和配料作为处理对象，对处理对象进行预处理，得到用于造粒的粉料。当原料只有含氯提钛渣(即冷渣)时，预处理单元可包括粉碎机构。当原料包含有原料和配料时，预处理单元可包括粉碎机构和混料机构，预处理后得到混合粉料。当冷渣中水含量较高时，预处理还可包括干燥机构，以干燥冷渣。粉料(或者处理对象)中冷渣的质量分数可在85％以上，这能够满足固废的高利用率需求。预处理单元能够将处理对象的粒度控制在40～100μm，进一步地，可为45～96μm，粒度控制在该范围内有利于后续的造粒和坯体成型，同时能够避免粉碎过细所增加的时间与能耗。所述配料可包括石英、钾长石、霞石、硼砂、纯碱、废玻璃中的一种或两种以上。粉料(或者处理对象)中含有配料是一种更优的选择，所述配料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。

所述造粒单元能够将预处理单元得到的粉料进行造粒、干燥和粒度分级，以得到制坯粒料。其中，造粒过程可包括将粉料与水或粘结剂充分混合、接触，制造类球形团粒，使其粒度增大。制坯粒料的粒度可为40～250μm，在该范围内，制坯粒料具有良好的颗粒级配，能够提高流动性，有利于后续制坯。制坯粉料的含水量可为3～6％(质量分数)。粘结剂可包括阿拉伯树胶、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中一种的水溶液；优选地，可为聚乙烯醇，这是因为其价格低廉，适用性广，粘性易于调节。聚乙烯醇溶液中，聚乙烯醇与水的质量比为5～10：90～95，即所配制聚乙烯醇溶液浓度为5％～10％。可按每25kg～30kg的预处理后的粉料中加入1～1.2L的聚乙烯醇溶液的比例进行造粒，即聚乙烯醇溶液与制坯粉料或混合粉料的比例可为1：20～1：30。

所述制坯单元能够将制坯粒料压制成型，得到微晶玻璃的坯体。所述制坯单元可包括模具和压力构件。制坯单元将粒料压制成型的过程可为：将制坯粒料均匀平铺在模具中，在压力构件提供的250～720kgf/cm²压力下保压15～30s，然后脱模后得到所述微晶玻璃的坯体，进一步地，压力机构能够提供255～714kgf/cm²的压力，压力机构的压力与保压时间控制在上述范围内有利于坯体成型与脱模，例如压力可控制在310或680kgf/cm²，时间可控制在17或28s。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℃。

所述热处理单元能够将坯体进行热处理，得到微晶玻璃，其中，热处理单元的热处理过程可包括将坯体加热至800～1000℃(低温阶段)并保温，再加热至1100～1200℃(高温阶段)并保温，然后冷却。其中，进一步地，低温阶段的温度可为800～950℃，例如810℃、910℃等，高温阶段的温度可为1130～1185℃，例如，1140℃、1170℃等。

在本实施例中，原料或混合粉料还包括按照质量百分比计的：含氯提钛渣85～100％、石英0～10％、钾长石0～7％、霞石0～5％、硼砂0～3％、纯碱0～5％、废玻璃0～15％。若配料中还含有后续的后处理单元切边和/或抛光产生的废料，则废料在原料或所述粉料中的质量分数可为0～2％。配料中有的可以作为助熔剂、有的是作为补充剂、有的视为两者兼有，可视为助熔剂的为硼砂及纯碱，可视为补充剂的为石英砂，补充剂的作用是补充成分，令生产出的微晶玻璃更加稳定，既是补充剂又是助熔剂的为钾长石、霞石及废玻璃，这三者既能补充微晶玻璃烧成所需要的化学成分，同时又能提供助熔效果。其中，微晶玻璃成分补充剂是在设计微晶玻璃配方或微晶玻璃成分配比时，能够补充含量不足的化学成分，满足微晶玻璃配方或成分配比，令所制备的微晶玻璃更加稳定、性能更加优异的天然材料或化学试剂。

在本实施例中，含氯提钛热渣可包括按照质量百分数计的如下成分：28～33％CaO、20～25％SiO₂、10～14％Al₂O₃、2～7％MgO、2～10％TiO₂、2～4％Fe₂O₃、2～5％Cl元素。

从低温氯化工序中出来的含氯提钛热渣的温度可为300～500℃。若直接将热渣(即含氯提钛热渣)与配料进行配合，则二者可产生物理化学反应，配料成分发生变化，这将会对后续烧制微晶玻璃产生影响；而且过高温度也会影响设备的使用寿命，增加成本。因此需要冷却单元对热渣进行冷却。

经冷却单元冷却后冷渣的状态和处理存在以下三种情况：

(1)冷却单元将热渣的温度冷却为100～200℃时。含氯提钛渣吸潮的水为吸附水，吸附水脱除温度就在100～200℃之间，这将保证含氯提钛渣无法从空气中吸水，即冷渣不会产生吸潮的情况，因此，在后续的预处理中无需对冷渣进行干燥。

(2)冷却单元将热渣的温度冷却为100℃以下，且冷渣从冷却单元送至预处理单元之间的时间间隔较短。由于时间的间隔较短，那冷渣中的水含量也极少，因此，后续的预处理中冷渣也无需干燥。

(3)冷却单元将热渣的温度冷却为100℃以下，但冷渣从冷却单元至预处理之间的时间间隔较长。这将导致冷渣吸附的水含量较多，当冷渣中水含量大于6％，这就会影响到预处理单元中的粉碎环节，就需要在预处理单元中对冷渣进行干燥。

优选地，冷渣的温度和处理可选择(1)和(2)这两种。因为冷渣中不含水分或水含量很少，无需再对其进行干燥，相对于常规对微晶玻璃原料的预处理，这能够节省用于干燥的大量能源。而且，本发明可直接与低温氯化工序衔接，即本发明的系统能够直接设在“低温氯化”设备的附近，这能够省去原有用于运输含氯提钛渣的成本。同时，也无需增加含氯提钛渣占用的土地，进而减少渣对土地的损害。进一步优选地，冷渣的温度和处理可选择(2)，以减少或避免过高温度对设备的不利影响。预处理单元中的粉碎机构与混料机构可不分先后顺序设置。

在本实施例中，冷却单元能够冷却含氯提钛热渣，交换出热渣的部分热量(或热能)。

冷却单元可包括：热交换器和输送设备，在输送设备将含氯提钛热渣输送至预处理单元的过程中，换热器能够与含氯提钛热渣进行热能交换。输送设备的输送带、以及粉碎机的内衬可均为耐高温、耐腐蚀材料，尤其是在100～200℃范围内可长时间使用，且耐酸性腐蚀。

或者，冷却单元可包括鼓风机，即通过鼓风来冷却含氯提钛热渣。同时，还可以设置热风收集机构，以收集热风。

在本实施例中，所述系统还可包括热量利用管路。热量利用管路能够将冷却单元交换出的热量通入以下几个单元中的至少一个，以充分利用热量。

(1)预处理单元。在冷渣中水含量较高影响到预处理单元中的粉碎时，该热能利用管路可将冷却单元交换出的热量(例如换热器交换出的热能或者鼓风后的热风)通入预处理单元的干燥机构，以干燥冷渣。

(2)造粒单元。由于在造粒过程中引入了水或粘结剂，这会导致粒料含水率上升，因此可通过热量利用管路来将冷却单元交换出的热量(例如换热器交换出的热能或者鼓风后的热风)通入造粒单元的干燥机(或干燥机构)，以干燥造粒后的粒料，保证制坯粒料含水率处在3～6％，以便于后续的制坯。

(3)热处理单元的坯体预热区。所述热量利用管路还可将冷却单元交换出的热量(例如换热器交换出的热能或者鼓风后的热风)提供给坯体预热区，以预热坯体。

因此，本发明的系统能够充分利用含氯提钛热渣的热能，减少能耗。

考虑到在工程上应尽量减少管道铺设，最大限度利用热能，因此可优先用于邻近的单元中的干燥环节。例如，可优先用于最靠近的预处理单元中可能存在的冷渣干燥环节，其次用于造粒后粒料的干燥，再次可用于坯体的干燥。

在本实施例中，当原料只有含氯提钛热渣时，所述预处理单元可包括粉碎机。当原料中包括含氯提钛热渣和配料时，预处理单元可包括粉碎机、混料机。粉碎机能够将冷渣和配料粉碎为所需的粒度，混料机能够将冷渣、配料或粉碎后的冷渣、配料混合均匀。

所述预处理单元还能够对处理对象进行粉磨和分级。所述粉碎机可包括破碎机构、粉磨机构和粒度分级机构。或者，当所述粉碎机仅有破碎的功能时，预处理单元还可包括设置在粉碎机之后的粉磨机(或研磨机)和粒度分级设备(例如螺旋分级机)。其中，粉磨机构(或粉磨机)能够将破碎机构(或粉碎机)破碎后的原料粉磨，以获得磨细粉体；粒度分级机构(或粒度分级设备)能够按照磨细粉体的粒度进行分级，以保证得到粒度合适的粉料。

在本实施例中，由于含氯提钛渣(即冷却后的含氯提钛热渣或冷渣)具有吸潮性，含氯提钛渣在造粒之前吸潮的水会起到一定的粘结剂的作用；同时，由于水所产生的粘结作用，有利于小颗粒产生团聚现象，也有助于造粒单元的造粒及后续的制坯单元的压坯。造粒单元的造粒过程实际上就是将细小的粉体颗粒通过粘结作用，聚集形成团粒。由于吸潮性，在造粒之前，含氯提钛渣中水含量会增加1％～2％，造粒之前的时间越久，含水量越高。因此，本发明在原料造粒过程中，由于吸潮作用引入的水，能够减少粘结剂或水的加入量，有助于减少成本，提升团粒中水分的均匀性。

在本实施例中，造粒单元的造粒过程是：细小粉体颗粒在粘结剂或水的作用下产生团聚，形成粒径较大的团粒的一个过程。

造粒机的内部可设有喷雾喷嘴及带有叶片的旋转轴，造粒机的机体可为辊筒式机体。当预处理单元得到的粉料由输送带输送至造粒机中时，喷雾喷嘴可将粘结剂或水以细小雾滴的形式喷向粉料，带有叶片的旋转轴进行高速旋转，将粉料、水/粘结剂充分搅拌、混合、润湿，令部分微细粉体颗粒聚集成球，球状团粒与微细粉体组合成粒料。该粒料可在机体内停留30～60s，然后再由输送带传送下一工序设备。

造粒单元的造粒机可为连续式造粒机，具有持续造粒、能耗低、自动化程度高等优点。

在本实施例中，所述造粒单元还可包括干燥设备(或干燥室)，即将造粒后的制坯粒料进行干燥。干燥设备能够将造粒后的粒料含水率降低至6％以下，例如3％～6％，进一步地，降低至5％以下。其中，干燥的温度可为80～120℃，干燥时间为1～3h。减少造粒时引入粒料中的水分含量，能够促进粒料中水分均匀，有助于后续粒度分级与制坯。干燥设备可设置在粒度分级装置之后。造粒后的粒料可由传送带输送至干燥室内，在80～120℃下干燥3～6h，令粒料的含水率降低至6％以下。

当造粒机同时具有造粒和干燥的功能时，可不需将造粒后的粒料输送至干燥机内。

在本实施例中，造粒单元还可包括粒度分级设备，以筛选出粒度为40～250μm的制坯粒料。例如粒度分级设备可包括60～80目筛。

造粒单元也可包括粉碎机构，可将不能通过60～80目筛的粒料进行粉碎，使其重新过筛，增加粒料的利用率。

在本实施例中，造粒单元得到的制坯粒料中水含量可在3％～6％，当制坯粒料含水率高于6％时，在干压成型阶段，水会受到压力流出，这样将加大模具的腐蚀；当制坯粒料含水率低于3％时，在制坯单元所述的压力范围下(例如250～720kgf/cm²)压制坯体时，容易导致坯体无法压实，边角处出现缺陷，若提高压力，则易引起残余空气的膨胀而使坯体开裂。进一步地，制坯粒料中水含量可在4％～6％，更进一步地，可控制在4％～5％。

在本实施例中，如图2所示，热处理单元可包括可低温加热区、高温加热区和冷却区。低温加热区能够将坯体加热至800～1000℃并进行保温，得到第一中间产物，所述高温加热区能够将第一中间产物加热至1100～1200℃并进行保温，得到第二中间产物，所述冷却区能够将第二中间产物进行冷却，以得到微晶玻璃。低温加热区的保温时间可为30～60min，高温加热区的保温时间可为30～90min。低温加热区加热过程的升温速度可控制在5～15℃/min，这样能够在低温阶段快速且最大程度地排除坯体中可挥发性物质(如CO₂、氯化物等)，有利于氯化物的收集与坯体的烧结；进一步地，低温加热区的升温速度可为5～10℃/min。高温加热区加热过程的升温速度可控制在3～5℃/min，这样能够防止升温速率过快导致的坯体烧结变形或烧结不均等问题，即升温速度过快会影响到烧结的质量，而且升温速度过低会造成能耗高，效率低。将低温加热区加热后的温度和保温时间控制在800～1000℃和30～60min，有利于坯体的成核结晶。将高温加热区加热后的温度和保温时间控制在1100～1200℃和30～90min，能够令坯体烧结致密。

冷却区的冷却方法可包括缓冷(例如缓冷至室温或环境温度)、或者先缓冷再快冷。其中，先缓冷再快冷具体可包括：在烧成温度下保温结束(即高温阶段保温结束)后，进行缓冷处理，由烧成温度(即高温阶段的温度)缓慢降温至300～500℃，降温速率可为1～4℃/min，该降温速率能够减少石英晶型转换或烧结不稳定对微晶玻璃的影响；然后由300～500℃快速降温至200℃以下，例如30～100℃，在此温度区间的微晶玻璃性能不受温度影响，因此可进行快速冷却，例如直接鼓冷风进行快速冷却以降低能耗，该阶段降温速率可为5～10℃/min。

在本实施例中，所述系统还包括设置在所述热处理单元之后的后处理单元，所述后处理单元能够将热处理生产出的微晶玻璃进行切边和/或抛光，所述后处理单元可包括切边机和/或抛光机。

所述系统还可包括返料机构，所述返料机构能够将所述后处理单元产生的废料运送至预处理单元，作为原料的一种。后处理单元抛光和/或切边所产生的冷却水可经沉淀后回收利用。

在本实施例中，各个单元之间可设置传送设施。

在本实施例中，所述热处理单元可包括传送机构，所述传送机构能够坯体传入热处理单元，例如将坯体从外界依次送至低温加热区、高温加热区和冷却区；所述传送机构还能够将冷却后的微晶玻璃从冷却区送出。当热处理单元包括坯体预热区时，传送机构能够将将坯体从外界依次送至坯体预热区、低温加热区、高温加热区和冷却区。

热处理单元可包括隧道窑，传送机构可包括窑车。

在本实施例中，所述系统还能够对热处理单元工作过程中产生的气体进行收集和冷凝，以回收氯化物，气体中可包括氯化物气体，氯化物可包括钾和/或钠的氯化盐，例如氯化钠、氯化钾等。

所述系统还可包括设置在热处理单元上的排气单元，其中，排气单元可包括引风机和排气管道，排气管道的进气段端可设置在低温加热区的出口处或高温加热区的入口处，引风机能够将所述低温加热区内的气体和/或高温区内的气体引入排气管道内。其中，高温加热区内的气体可包括从外界引入流经冷却区后进入高温加热区的气体。其中，可重点针对低温加热区产生的气体，这是因为当温度超过1000℃以后，通过冷却回收到氯的含量就极少，只占全部氯1～5％。排气管道的出口端可设置在低温加热区的入口端，引风机可设置在排气管道内。从冷却区进入热处理单元内的气体可包括含氧的气体，例如空气或富氧气体。

所述系统还包括冷凝单元，所述冷凝单元设置在所述排气管道上，并能够对所述排气管道内的气体进行冷却，使气体中的氯化物冷凝后附着在所述排气管道的内壁上。其中，冷凝单元的冷凝温度为400～500℃，冷凝温度控制在该范围内能够令氯化物气体得到充分冷凝沉淀，以最大程度获得冷凝聚集的氯化物粉体。在热处理单元的加热过程中，氯化物从坯体中挥发，由引风机迅速将氯化物气体抽至排气管道中，所用排气管道可为耐酸碱性气体腐蚀的管道，气体流动至带有冷凝单元的管道附近时，气体中的氯化物经冷凝后形成聚集体附着在管壁上。

所述系统还可包括氯化物收集单元，所述氯化物收集单元包括刮板机和收集容器，例如收集袋。所述刮板机可包括往返式刮板机，刮板机可设置在排气管道的内壁上或设置邻近排气管道的内壁，并能够刮除所述排气管道内壁上的氯化物。排气管道下端可具有缺口，该缺口可与收集容器相连，该缺口的大小可根据实际情况来确定。收集容器可与排气管道连接，能够收集刮板机刮除的氯化物。例如，气体中的氯化物经冷凝后形成聚集体附着在管壁后，排气管道的管壁上设置的往返式刮板机进行循环作业，清扫聚集体至排气管道下方的收集袋中，可获得钾钠等氯化物粉体产品。刮板机可设置在冷凝单元作用的排气管道内壁上，刮板机包括可来回沿管壁运动的刮刀，刮刀能够刮除管壁上的氯化物。

在本实施例中，低温加热区和高温加热区中气流的方向可以是相反的。在引风机的作用下，高温加热区产生的气体会与低温加热区产生的气体一起进入排气管道中，在冷凝单元的作用下，其中的氯化物气体会冷凝在排气管道内壁上形成钾、钠氯化物粉体，氯化物收集单元可以对氯化物进行回收。

在本实施例中，如图3所示，所述热处理单元还可包括设置在低温加热区之前的坯体预热区，坯体预热区能够对坯体预热。

排气管道排出的气体可由引风机引入坯体预热区，在坯体预热区内，所述排气管道排出气体的流向可与坯体的走向相反，这样一方面可以对气体的余热加以利用，即预热坯体，另一方面可以使残留的氯化物气体吸附在待加热的坯体上，进而在加热过程中坯体吸附的氯化物再次进入排气管道，得到进一步的净化。

如图3所示，排气管道的出口可设置在坯体预热区的出口附近；在排气管道出口之后的坯体预热区出口或低温加热区入口处可设置挡风板，以减少或防止排出的气体进入低温加热区。

如图2所示，排气管道的出口可设置在低温加热区的入口附近，同样，在排气管道出口之后的低温加热区入口处可设置挡风板，以减少或防止排出的气体进入低温加热区。

在本实施例中，所系统还包括余热利用管路：所述余热利用管路能够将从所述坯体预热区排出的气体提供至造粒单元的干燥设备以用于干燥造粒后的粒料。例如，余热利用管道可与干燥设备或干燥室连接，利用含热气体进行干燥。

当冷渣中水含量较高影响到预处理单元的粉碎时，余热利用管路还可将含热气体通入预处理单元的干燥机构，以干燥冷渣。

在本实施例中，所述系统还包括设置在冷却区出口的鼓风单元，所述鼓风单元能够将含氧的气体依次鼓入冷却区和高温加热区。

在本实施例中，低温加热区和高温加热区之间、高温加热区和冷却区之间还都可设置有缓冲区，以避免坯体行进速率(或各个区所用时间)对整个制备过程的影响，即使整个工艺稳定的进行。当然，坯体预热区和低温加热区之间也可以设置一个缓冲区。

在本发明的另一个示例性实施例中，如图4所示，利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统可通过冷却单元对含氯提钛热渣进行冷却得到冷渣，以冷渣、或冷渣与配料为处理对象，通过预处理单元对处理对象进行处理得到制坯用粉料，将制坯用粉料进行造粒、干燥及粒度分级后，获得制坯粒料，通过制坯单元对粒料进行干压成型制得微晶玻璃坯体，在隧道窑中对坯体进行低温加热、高温加热和冷却，再经过切边、抛光等步骤，最终制得微晶玻璃制品。

具体的，制备微晶玻璃的系统可包括：

1)冷却单元，冷却单元能够对含氯提钛热渣进行冷却，得到冷渣。

2)预处理单元，预处理单元能够将冷渣与配料进行预处理，或者将冷渣进行预处理可获得制坯用粉料。配料可为石英、钾长石、霞石、硼砂、纯碱、废玻璃、抛光与切边废料中的一种或两种以上的配合物。预处理过程包括干燥、破碎、粉磨、分级等。含氯提钛渣与配料可分别破碎、粉磨、分级后进行配合(即混合)；对应的，预处理单元可包括相应的机构用于处理原料，例如破碎机构、粉磨机构、粒度分级机构等。含氯提钛渣(即冷渣)与配料组成的配合料中各组分质量百分比为：含氯提钛渣85～100％、石英0～10％、钾长石0～7％、霞石0～5％、硼砂0～3％、纯碱0～5％、废玻璃0～15％、抛光与切边废料0～2％；获得的制坯用粉料的粒度为45～96μm。

3)造粒单元，造粒单元可包括造粒机、干燥室及粒度分级设备，或将造粒机与干燥室合并，成为连续式设备。造粒过程可包括：将制坯用粉料放入输送至造粒机中，在造粒机中停留30～60s，然后从造粒机中排出，进入干燥机内，在80～120℃的干燥机内干燥1～3h，干燥结束后，进行过60～80筛，取筛下部分作为制坯用粒料，筛上部分经破碎后，重新过筛，以保证粒料的最大利用率。

4)制坯单元，制坯单元可包括模具和压力机。制坯过程包括：将制坯用粒料均匀平铺模具中，采用压力机通过控制压力与保压时间进行干压成型，脱模后得到微晶玻璃坯体。例如可将制坯用粒料平铺放入模具中，采用压力机，在255～714kgf/cm²的压力下，保压15～30s，干压成型，脱模，获得微晶玻璃坯体。

5)隧道窑，隧道窑能够对坯体进行热处理。隧道窑的热处理过程可包括：将微晶玻璃坯体放入隧道窑中，设置热处理程序与参数，具体为：以5～10℃/min的升温速率，由室温升至800～950℃，保温30～60min；再以3～5℃/min的升温速率，由800～950℃升温至1130～1185℃，保温30～90min；然后随缓慢冷却至300～500℃后，再由300～500℃鼓风快冷至30～100℃。

从隧道窑中取出微晶玻璃后可通过抛光机和切边机对其进行抛光、切边，然后获得微晶玻璃制品。抛光与切边所得废料回收作为原料进行重新利用，抛光与切边所产生的冷却水经沉淀后回用。

如图4所示，在隧道窑低温加热段(800～950℃)出口可设置排气管道，排气管道上可设置冷凝装置和往返式刮板机。隧道窑高温加热段(1130～1185℃)和低温加热段气流的方向可以是相反的，高温加热段产生的氯化物气体会与低温预烧产生的气体一起进入排气管道中，在冷凝装置的作用下经冷凝后形成钾钠氯化物粉体，往返式刮板机和收集袋可以对氯化物进行回收。

对以上两个示例性实施例的方法制备出微晶玻璃进行X射线衍射测试，可知产品的物相可包括：玻璃相和微晶相。所制备出的微晶玻璃包括三种。

第一种：所述玻璃相的质量分数为5～15％，所述微晶相的质量分数为85～95％，所述微晶相可包括质量比(42～48)：(35～45)：(12～16)的镁黄长石相、透辉石相和钙钛矿相。如图6所示镁黄长石相为主晶相，透辉石相、钙钛矿相为副晶相。

在微晶相中，镁黄长石相所占质量分数可为42～48％，透辉石相所占质量分数可为35～45％，其余可为钙钛矿相。其中，镁黄长石相和透辉石相含量高，有助于提高微晶玻璃的力学性能。例如，镁黄长石相所占质量分数可为46±1％，透辉石相所占质量分数可为39±0.5％，余量可为钙钛矿相。其中，镁黄长石相与透辉石相对微晶玻璃性能起主导作用，透辉石相含量在38～41％范围内，例如39％，镁黄长石相含量在43～45％范围内，例如44％，此时，微晶玻璃性能最佳。由于提钛渣中钙镁铝硅含量较高，有利于镁黄长石相与透辉石相的形成；而提钛渣中的铁能够促进微晶玻璃析晶，有助于镁黄长石与透辉石晶粒的生长，提高镁黄长石相与透辉石相的含量；提钛渣中的钛，也能促进微晶玻璃析晶，同时促进钙钛矿相的形成。

图7示出了含氯提钛热渣制备的微晶玻璃样品的扫描电镜图，微晶玻璃中微晶相形态主要为板状、短柱状及颗粒状；其中，镁黄长石相为板状，透辉石为短柱状，钙钛矿相为颗粒状。板状微晶相的长度可为1.5～3.4μm，宽度可为1～1.7μm，例如长1.8μm、宽1.2μm，又如长3.2μm、宽1.6μm；短柱状微晶相的长度可为1.4～2.5μm，宽度可为1.2～1.7μm，例如，长2.0±0.4μm，宽1.5±0.1μm；颗粒状微晶相的粒径可为0.5～1.2μm，例如，0.8±0.2μm。以上微晶相形态即微晶相尺寸较小，均小于5μm，尺寸较小的微晶相互相连接，所产生的空隙较小，有利于液相均匀填充，减少空隙数量，提升微晶玻璃的性能。

所述微晶玻璃中还可包括有气孔，其中，气孔的体积占比为5％以下，例如1～5％。气孔可包括微晶玻璃中玻璃相未完全填充微晶相间的空隙，即所述气孔包括所述玻璃相与所述微晶相之间的空隙，以及各微晶相之间的空隙。所述气孔的孔径可为1～3μm，例如2±0.4μm。在微晶玻璃或陶瓷的生产过程中，气孔无法完全排除，本发明提供的微晶玻璃的气孔占比较低、孔径较小，这能够保证微晶玻璃的高性能。

第二种，如图5所示，微晶玻璃的微晶相可包括主晶相：透辉石相，副晶相：镁黄长石相、钙钛矿相和石英相；其中，透辉石相所占质量分数为62～67％，镁黄长石相所占质量分数为14～20％，钙钛矿相所占质量分数为3～5％，余量可为石英相；例如，透辉石相所占质量分数为64±1％，镁黄长石相所占质量分数可为17±1％，钙钛矿相所占质量分数可为4±0.5％，余量为石英相。

第三种，如图8所示，微晶玻璃的微晶相可包括主晶相：透辉石相，副晶相：榍石相。其中，透辉石相所占质量分数可为95～97％，余量为榍石相；例如透辉石相所占质量分数可为96±0.5％，榍石相所占质量分数可为3.5±0.1％。

以上所制备出的微晶玻璃的性质如下：体密度为2.60～2.8g/cm²，吸水率为0.05～0.3％，抗压强度为102～140MPa，耐酸性为96％以上，耐碱性为97％以上。例如，微晶玻璃的密度可为2.62～2.74g/cm³，吸水率可为0.09～0.28％，抗压强度可为105～131MPa，耐酸性可为96～98.5％，耐碱性可为97～99.2％。

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)将低温氯化工艺出来的热的含氯提钛渣由输送机输送至预处理设备，输送过程中由热交换器对含氯提钛热渣中进行热能交换，交换出的热量可用于干燥制坯粒料或预热坯体。通过破碎机、粉磨机和粒度分级设备将含氯提钛渣与干燥的配料进行破碎、粉磨、分级，其中配料选择为石英、钾长石与硼砂，将各组分按质量百分比为含氯提钛渣85％、石英5％、钾长石7％、硼砂3％进行称量配合，取粒度为96μm的粉体作为制坯用粉料。

2)将制坯用粉料输送至造粒机中，在造粒机中进行加水造粒，停留时间为30s，然后将造粒所得粒料送往干燥室内，在120℃下干燥1h，干燥后过80目筛，取筛下部分作为制坯用粒料，筛上部分经破碎后，重新过筛，最大限度的利用粒料。

3)将制坯用粒料均匀平铺置入模具中，在压力机下，以压力为714kgf/cm²，保压时间20s的压制条件进行干压成型，然后脱模，获得微晶玻璃坯体。

4)将微晶玻璃坯体放入隧道窑中，设定热处理程序与参数，具体为：以7℃/min的升温速率，由室温升至800℃，保温60min；然后以5℃/min的升温速率，由800℃升至1130℃，保温60min，然后随窑炉缓慢冷却400℃，降温速率为2℃/min；然后由400℃快冷至50℃，降温速率为10℃/min。取出并抛光、切边后获得微晶玻璃制品。其中，对抛光切边废料进行收集作为配料使用，抛光与切边过程中的冷却水经沉淀后回用。在室温至800℃过程中开启隧道窑的气体收集与冷凝装置，冷凝温度设定为400℃。升温过程中，坯体产生的氯化物气体抽至排气管道中，经冷凝附着在管壁上，同时开启管壁上的往返式刮板机进行循环清扫，将聚集体收集至管壁下方的收集袋中，可获得钾钠氯化物粉体。

如图5所示，所制得的微晶玻璃制品其主晶相为透辉石相，副晶相为钙镁黄长石相、钙钛矿相及石英相。对该微晶玻璃制品进行性能测试，经测试体密度为2.64g/cm3，吸水率为0.20％，抗压强度为108MPa，耐酸性为96.7％，耐碱性为97.2％。

示例2

具体制备方法如下：

1)将低温氯化工艺排出的含氯提钛热渣(温度约450℃)由输送机输送至预处理设备，在输送过程中，由热交换器对含氯提钛渣进行热能交换，交换出的热量可用于干燥制坯粒料或预热坯体。输送结束后，冷渣与配料准备进行预处理。其中，配料选择为石英、纯碱及抛光切边废料。然后将含氯提钛渣与干燥的配料按照质量百分比为含氯提钛渣90％、石英3％、纯碱5％、抛光切边废料2％进行称量配合，再将配合好的物料投入粉碎设备中，并在粉碎设备中，依次进行破碎、粉磨、分级处理，取粒度为75μm的粉体作为粉料。

2)将粉料输送至造粒机中，在造粒机中进行加入粘结剂造粒，其中，粘结剂是以雾滴的形式由造粒机上方的喷嘴均匀喷出，同时，混合粉料与水和粘结剂在叶片的搅动下进行混合造粒，该过程停留时间为60s，然后将造粒所得粒料送往干燥室内，在80℃下干燥3h，干燥后过60目筛，取筛下部分作为制坯用粒料，筛上部分经破碎后，重新过筛，最大限度的利用粒料。

3)将制坯用粒料平铺于模具中，采用压力机，在压力357kgf/cm²下保压30s的条件下干压成型，然后脱模，获得微晶玻璃坯体。

4)将微晶玻璃坯体放入隧道窑中，设定热处理程序与参数，具体为：以5℃/min的升温速率，由室温升至850℃，保温60min；然后以3℃/min的升温速率，由850℃升至1180℃，保温90min，然后随窑炉缓慢冷却至450℃，降温速率为1℃/min；然后由450℃快速冷却至40℃，降温速率为8℃/min，冷却结束后取出并抛光、切边后获得微晶玻璃制品。室温至850℃的加热过程中开启隧道窑的气体收集与冷凝装置，冷凝温度设定为450℃。由坯体产生的氯化物气体经冷凝落在排气管道的管壁上，同时开启管壁上的往返式刮板机进行循环清扫，将聚集体收集至管壁下方收集袋中，获得钾钠氯化物粉体。

对所制得的微晶玻璃制品参考进行性能测试，经测试微晶玻璃制品的体密度为2.62g/cm3，吸水率为0.28％，抗压强度为105MPa，耐酸性为96％，耐碱性为99.2％。

综上所述，采用本发明制备的透辉石或镁黄长石相为主晶相的微晶玻璃及其制备系统，相对于现有技术具有显著性的进步，其有益效果如下：

1)本发明能够直接利用含氯提钛热渣的热能，能够减少含氯提钛渣的堆积，进而减少占用的土地，减少对环境的危害。

2)本发明的制备系统中只有一次高温热处理过程，流程更加简化，避免了熔融烧结法和整体析晶法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，本发明的制备系统中所用含氯提钛渣原料中的TiO₂与Fe₂O₃，可充当复相晶核剂的作用，制备过程中不需添加晶核剂；含氯提钛渣利用率为85～100％。

4)本发明利用含氯提钛渣常温吸潮的特性，可减少粘结剂的使用。

5)本发明的制备系统在工作过程中，能够对含氯提钛渣进行除氯，无有害气体排放，同时，制备系统能够重新利用抛光与切边产生的废料，制备过程产生的冷却水等经沉淀后可以回用，生产过程无三废排放，有利于环境保护，满足绿色制造技术的要求。

6)以本发明制备系统制备的微晶玻璃各项性能高于天然石材，可用作高档建筑装饰材料、工艺雕刻和功能陶瓷材料等。

7)本发明的制备系统结构简便、生产效率高、能耗低、绿色环保、更有利于工业推广，尤其适合应用在电力充足、生态环境比较脆弱的中西部地区。

8)本发明的系统可直接衔接“高温碳化-低温氯化工序”，直接利用含氯提钛热渣，能够减少运输含氯提钛渣的成本。

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 (10)

1.一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述系统包括：冷却单元、预处理单元、造粒单元、制坯单元和热处理单元，其中，

所述冷却单元能够将所述含氯提钛热渣进行冷却，并得到冷渣；

所述预处理单元能够将所述冷渣进行粉碎；

所述造粒单元能够将粉碎后的冷渣进行造粒、干燥和粒度分级，以获得制坯粒料；

所述制坯单元能够将所述制坯粒料压制成型，得到微晶玻璃的坯体；

所述热处理单元包括低温加热区、高温加热区和冷却区，所述低温加热区能够将坯体加热至800～1000℃并进行保温，得到第一中间产物，所述高温加热区能够将第一中间产物加热至1100～1200℃并进行保温，得到第二中间产物，所述冷却区能够将第二中间产物进行冷却，以得到微晶玻璃。

2.一种利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述系统包括：冷却单元、预处理单元、造粒单元、制坯单元和热处理单元，其中，

所述冷却单元能够将所述含氯提钛热渣进行冷却，并得到冷渣；

所述预处理单元能够冷渣和配料进行粉碎、混合，以获得混合粉料；

所述造粒单元能够将所述混合粉料进行造粒、干燥和粒度分级，以获得制坯粒料；

所述制坯单元能够将所述制坯粒料压制成型，得到微晶玻璃的坯体；

所述热处理单元包括低温加热区、高温加热区和冷却区，所述低温加热区能够将坯体加热至800～1000℃并进行保温，得到第一中间产物，所述高温加热区能够将第一中间产物加热至1100～1200℃并进行保温，得到第二中间产物，所述冷却区能够将第二中间产物进行冷却，以得到微晶玻璃。

3.根据权利要求2所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述预处理单元包括粉碎机、混料机。

4.根据权利要求1或2所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述造粒单元包括造粒机构、干燥机构和粒度分级机构。

5.根据权利要求1或2所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述冷却单元包括热交换器和输送设备，所述输送设备能够将含氯提钛热渣输送至预处理单元，在输送过程换热器能够与含氯提钛热渣进行热能交换。

6.根据权利要求1或2所述的利用含氯提热钛渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述系统还包括排气单元和冷凝单元，其中，

所述排气单元包括引风机和排气管道，排气管道的进气端设置在所述低温加热区的出口处或高温加热区的入口处，所述引风机能够将所述低温加热区内的气体和/或高温加热区的气体引入排气管道内；其中，高温加热区的气体包括从外界引入流经冷却区后进入高温加热区的气体；

所述冷凝单元设置在所述排气管道上，并能够对所述排气管道内的气体进行冷却，使气体中的氯化物冷凝后附着在所述排气管道的内壁上。

7.根据权利要求6所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述系统还包括氯化物收集单元，所述氯化物收集单元包括刮板机和收集容器，所述刮板机设置在所述排气管道的内壁上，并能够刮除所述排气管道内壁上的氯化物，所述收集容器能够收集所述刮板机刮除的氯化物。

8.根据权利要求6所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述热处理单元还包括设置在所述低温加热区之前的坯体预热区，所述排气管道的出口与坯体预热区连接，在坯体预热区内，所述排气管道排出气体的流向与坯体的走向相反，所述排气管道排出的气体能够对进入坯体预热区的坯体进行加热，且排出气体中残余氯化物能够吸附在坯体上。

9.根据权利要求8所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述低温加热区的入口处或所述坯体预热区的出口处还设置有挡风板，以防止或减少所述从排气管道排出的气体进入低温加热区。

10.根据权利要求8所述的利用含氯提钛热渣制备微晶玻璃的系统，其特征在于，所述系统还包括余热利用管路：所述余热利用管路能够将从所述坯体预热区排出的气体提供至造粒单元用于干燥。