CN117902831A - 一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，属于工业固废利用技术领域，本发明利用镁渣与粉煤灰成分良好的互补性以及与微晶玻璃主晶相成分的相近性，通过合理掺配和外加极少量的形核剂，制备出性能指标完全满足商业标准的微晶玻璃产品。本发明方法生产的微晶玻璃具有晶粒致密、强度高、硬度大、耐酸碱腐蚀性能好的特点。由于所采用的原料几乎全部由固废组成，固废利用率高。利用本发明方法生产微晶玻璃的技术具备同时消纳金属镁冶炼废渣和燃煤电厂粉煤灰两种大宗固废的能力，对其推广应用后将具有很强的现实应用价值，能够在行业和企业中产生良好的社会效益、环境效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于工业固废利用技术领域，尤其涉及一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法。
背景技术
镁渣是皮江法炼镁过程中排放的一种固体废渣，年排放量达到650万吨左右。
粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉燃烧时随烟气带出的粉状固体废物，我国粉煤灰年排放量高达6.8亿吨。粉煤灰资源化利用途径主要包括制备建筑材料、吸附材料、提取有价元素等几个方面。为了进一步提高粉煤灰的利用率，彻底消纳堆存的粉煤灰，有必要提高其在其他领域的应用。
将镁渣作为掺合料用于二次煅烧水泥熟料；或与石膏、石灰等一起作为水泥掺合料用于生产低档砌筑水泥，是镁渣现有主要工程利用方式。但是，这种利用方式存在较严重的体积安定性问题和镁渣利用率低的问题。根据《镁渣硅酸盐水泥》GB/T 23933-2009中规定氧化镁(MgO)含量不得超过6％，且镁渣掺量不得超过25％，这严格限制了镁渣作为掺合料在建材中的使用，生产水泥中镁渣的利用率十分有限。中国专利CN101492260A和中国专利CN115532357A均公开了利用镁渣生产硅酸盐水泥的方法，镁渣掺量在20-30％，对镁渣的减量化、资源化利用能力十分有限；且其余原料不是固废，不具备协同处置固废的能力。
为了提高镁渣的利用率以及镁渣与其他工业固废的协同处理效果，中国专利CN115073114A公开了一种镁渣掺量30-50％、与粉煤灰、气化粗渣、燃煤灰渣和脱硫石膏混配制备免水泥胶凝材料的技术，该技术实现了镁渣与工业固废的协同处理，但所需各种原料繁多、混配制备流程比较复杂，还需要掺配适量的外加剂，所生产的胶凝材料强度低，主要被用于矿石采空区充填或矿井水封堵、防渗和加固等工程施工中，增值效益并不高。
微晶玻璃具有较高的附加值，在建筑领域能够替代天然花岗石、大理石作为建筑装饰材料使用。中国发明专利CN110217995A曾公开了一种熔融高炉渣和粉煤灰协同制备微晶玻璃的方法，通过将高炉渣、粉煤灰以及石英石、氧化铁、氧化铬等纯试剂混配后在1500℃～1550℃高温下熔融制得主晶相为透辉石、硅灰石以及钙长石的微晶玻璃，能够满足建筑用微晶玻璃的各项指标。但是，该方法需要加入含量较高的石英砂与纯化学试剂作为辅料，导致固废的利用量减小，生产成本增加。中国专利CN114213022A则公开了一种以熔融态锰合金渣为主要原料制备黑色微晶玻璃板材的方法。通过将熔融态锰合金渣和调质料混合熔化得到均质玻璃熔体，然后进行连续浇铸成型、晶化、退火制备得到抗折强度为40～80MPa的微晶玻璃。调质料为铝矾土、长石和铬矿石。该技术所制备的微晶玻璃整体机械性能偏低，应用范围窄。
发明内容
针对现有镁渣资源化利用技术中存在的体积安定性问题、镁渣利用率低以及与其他固废协同处理时增值效益不高的问题，本发明提出了一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法。在本发明的方法中，镁渣可以实现大掺量，与工业大宗固废粉煤灰协同处理制备具有高增值效益建筑用微晶玻璃。本发明利用镁渣与粉煤灰成分良好的互补性以及与微晶玻璃主晶相成分的相近性，通过合理掺配和外加极少量的形核剂，制备出性能指标完全满足商业标准的微晶玻璃产品。本发明方法生产的微晶玻璃具有晶粒致密、强度高、硬度大、耐酸碱腐蚀性能好的特点。由于所采用的原料几乎全部由固废组成，固废利用率高。利用本发明方法生产微晶玻璃的技术具备同时消纳金属镁冶炼废渣和燃煤电厂粉煤灰两种大宗固废的能力，对其推广应用后将具有很强的现实应用价值，能够在行业和企业中产生良好的社会效益、环境效益和经济效益。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
通过相图确定所要制备微晶玻璃的目标主晶相，根据目标主晶相的基础玻璃成分确定镁渣和粉煤灰的比例范围；采用相图的主要目的是确定能够生成基础玻璃成分的镁渣和粉煤灰的比例范围，在该比例范围内，都可能生成基础玻璃，但性能指标不同，为了获得不同性能指标的微晶玻璃，则需要调整镁渣和粉煤灰的比例，以及形核剂的用量；
将镁渣和粉煤灰混合，加入形核剂，熔炼，熔炼至熔液中所有气泡消失；
将所述熔液浇注成型，退火，获得基础玻璃，借助差热分析法确定所述基础玻璃的核化及晶化温度；
对所述基础玻璃进行热处理，根据核化及晶化温度确定所述基础玻璃的热处理工艺，得到微晶玻璃。
进一步地，所述镁渣在镁渣和粉煤灰混合物中的质量百分比为30～55％，其余为粉煤灰，即粉煤灰在镁渣和粉煤灰混合物中的质量百分比为45％～70％。
进一步地，所述形核剂占镁渣和粉煤灰混合物总质量的0.5～1.5％。
进一步地，所述形核剂为Cr2O3。本发明制备微晶玻璃的原料中含有一定质量的Fe2O3，但仍需要外掺Cr2O3作为形核剂。不加入形核剂Cr2O3的条件下制备出的微晶玻璃的析晶方式为表面析晶，得到的微晶玻璃析晶程度低，力学性能和耐腐蚀性能差；加入形核剂Cr2O3后，促进了玻璃的整体析晶，析晶程度高，并且微晶玻璃的力学性能和耐腐蚀性能都大幅度提高。
进一步地，所述熔炼的温度为1450℃～1550℃，保温时间为至少3h，例如，保温时间可以是3h，3.5h，4h，4.5h，确保材料完全熔化，所有气泡消失即可。
更进一步地，熔炼时，先以5℃/min的速率升温至900～920℃，再以8℃/min的速率升温至1450℃～1550℃。进一步地，所述退火的温度为600℃，时间为至少3h，例如，退火的时间可以是3h，3.5h，4h，4.5h。
进一步地，所述热处理的工艺为：将所述基础玻璃从室温升温至其核化温度并保温1～3h，然后从核化温度升温至晶化温度，并保温1～3h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
更进一步地，核化温度范围为764～770℃，晶化温度范围为920～930℃。
进一步地，从室温升温至核化温度的升温速率为5℃/min；从核化温度升温至晶化温度的升温速率为5℃/min。升温速率过快会导致形核和晶化不充分，升温速率过慢会造成晶粒尺寸过大；均会对微晶玻璃力学性能造成负面影响。本发明根据目标主晶相的基础玻璃配方调整镁渣和粉煤灰原料中各氧化物之间的比例，这是获得良好性能指标微晶玻璃的基础条件；根据不同配比原料添加0.5～1.5％的形核剂，并在1450～1550℃高温状态下熔炼3h，确保熔液中所有气泡消失，是制备质量良好的微晶玻璃的关键技术条件；借助差热分析确定所述基础玻璃的核化晶化温度，作为确定基础玻璃热处理制度的重要依据，本发明确定的核化温度范围为764～770℃，晶化温度范围为920～930℃；将所述基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率分别加热至核化温度和晶化温度，自然冷却退火后完成微晶玻璃制备，可作为建筑用微晶玻璃。
本发明还提供根据上述方法制备的微晶玻璃在建筑领域的应用。
建筑用微晶玻璃一般属于CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系，通常以透辉石[CaMg(SiO3)2]、硅灰石[CaSiO3]作为其主晶相，兼具玻璃和陶瓷的性能，具有耐磨性好、耐化学腐蚀以及机械强度高等特点，在建筑装饰领域的用量逐年增加。镁渣主要由CaO、MgO、Al2O3和SiO2这四种氧化物组成，与微晶玻璃原始成分接近，四种氧化物占镁渣总量的95wt％左右，且镁渣中不含有重金属等有害物质；而粉煤灰中主要成分是SiO2和Al2O3，两者加起来约占粉煤灰质量的70wt％以上。并且，镁渣和粉煤灰中其余成分Fe2O3、CaF2等还是生产制备微晶玻璃的天然形核剂。因此，镁渣与粉煤灰在化学组成上与微晶玻璃成分相似性以及良好的互补性，使其成为协同处理制备建筑用微晶玻璃的理想原料。因此，本发明提出了一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，通过将镁渣和粉煤灰进行合理调配，制备出性能优异的建筑用微晶玻璃，不仅能够实现镁渣、粉煤灰两种固废的协同处置减量化，为相关行业可持续发展提供一条新的途径；而且所制备的微晶玻璃产品性能优异、价格适中，有望替代天然花岗石、大理石作为建筑装饰材料，具有很好的实用价值，还能产生良好的经济效益。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
(1)本发明有效解决了现有镁渣掺配做为水泥原料利用技术中存在的体积安定性问题、镁渣利用率低以及与其他固废协同处理时增值效益不高的问题；
(2)本发明镁渣可提高至掺配量的55wt％，镁渣利用率高，且能与粉煤灰工业固废协同处理生产微晶玻璃产品，最大粉煤灰用量占比可达到70wt％，无需加入石英砂等原料，实现了两种大宗工业固废的减量化、无害化和资源化利用，给行业和企业带来显著的社会效益和环境效益；
(3)本发明为镁渣和粉煤灰固废协同制备高值化产品提供了一条新的途径，不仅能够降低微晶玻璃的生产成本、提升产品的市场竞争力，还具有很强的现实应用价值，能够给企业带来显著的经济效益。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃方法的技术构思；
图2为本发明镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃方法的工艺流程图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
借助差热分析法确定基础玻璃的核化及晶化温度为本领域的常规技术手段，且并非本发明重点，在此不做赘述。
本发明实施例中的室温指的是25±2℃。
本发明实施例所用各原料均为通过市售购买得到。
图1为本发明镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃方法的技术构思；
图2为本发明镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃方法的工艺流程图。
本发明实施例中的镁渣来自陕西府谷一家皮江法镁冶炼厂；粉煤灰来自山东一家发电企业燃煤锅炉，各原料化学成分如表1和表2所示。
表1本发明实施例所采用镁渣的化学成分表/wt％
| 成分 | CaO | MgO | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | SO3 |
| 含量 | 57.90 | 6.54 | 1.43 | 30.00 | 3.38 | 0.10 |
表2本发明实施例所采用粉煤灰的化学成分表/wt％
| 成分 | CaO | MgO | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Na2O | K2O | TiO2 | P2O5 | SO3 |
| 含量 | 11.10 | 2.50 | 20.80 | 52.30 | 5.36 | 0.87 | 1.52 | 0.94 | 0.26 | 0.10 |
本发明微晶玻璃的性能测定方法如下：
抗折强度的测定方法：将微晶玻璃切割为3mm×4mm×40mm的条状样品，再使用万能试验机对微晶玻璃进行抗折强度检测。实验所用跨距设为30mm，加载速度为0.05cm/min；计算公式为：
σ＝3P·L/2b·h2
其中，σ为抗弯强度(MPa)，L为试样支座间的距离(mm)，P为试样断裂时的最大载荷(N)，h为试样高度(mm)，b为试样宽度(mm)。
耐酸碱性的测定方法：采用国家标准JC/T258-1993《铸石制品耐酸碱实验性能方法》进行检测。先将样品破碎，过20目筛取40目筛的筛上物，使用电子天平称取1.00g左右样品，记为m1，按固液比为1:100的比例将其浸泡在装有质量分数为20％的H2SO4溶液的锥形瓶中于水浴锅中恒温100℃加热1h，过滤样品，使用烘干箱充分烘干，称重，记为m2，计算耐酸碱性(用K表示)，计算公式为：
K＝m2/m1×100％
体积密度的测定方法：首先用静水力天平测出样品在空气中时的质量M，之后在将样品放入水中的悬挂盘中称得此时的质量为m。值得注意的是，在测量前要将样品表面冲洗干净并且放入设置110±5℃的烘干箱中，直至质量没有变化即可，即两次间隔1小时的质量之差应该小于0.1％。在对样品密度测试时要使其冷却至室温，这样可使称量的数值精确到0.01g。体积密度按照下述公式计算：
ρ＝M/(M-m)·ρ0，ρ0为水的密度。通过以下实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，具体步骤如下：
第一步，将镁渣、粉煤灰和形核剂Cr2O3混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比45％，粉煤灰占比55％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的1％。经检测，按质量百分比计，混合料中含有SiO2 41.85％，Al2O3 11.96％，CaO 31.84％，MgO 4.14％，Fe2O34.43％，Cr2O3 0.99％，满足制备基础玻璃主所需物相组成。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至920℃，然后以8℃/min的速率加热至1500℃，样品在此温度下放置3.5h，直到材料完全熔熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3.5h，获得基础玻璃；同时借助差热分析法确定该基础玻璃的核化温度为768℃，晶化温度为926℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据；
第四步，将该基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温2h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温2h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度98.26MPa，密度2.89g·cm-3，耐酸性96.85％，耐碱性99.30％，满足JC/T 2097-2011标准中，抗折强度≥70MPa，耐酸性≥96％，耐碱性≥98％的要求，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例2
一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，具体步骤如下：
第一步，将镁渣、粉煤灰和Cr2O3进行混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比40％，粉煤灰占比60％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的1％。经检测，按质量百分比计，混合料中含有SiO2 42.95％，Al2O3 12.92％，CaO 29.52％，MgO 3.93％，Fe2O34.52％，Cr2O3 0.99％，满足制备基础玻璃主所需物相组成。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至920℃以保护炉衬，最后以8℃/min的速率加热至1510℃，样品在此温度下放置4h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火4h，获得基础玻璃；借助差热分析方法确定所述基础玻璃的核化温度为770℃，晶化温度为929℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据。
第四步，将所述基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温2h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温2h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度101.14MPa，密度2.85g·cm-3，耐酸性97.63％，耐碱性99.41％，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例3
一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，具体步骤如下：
第一步，将镁渣、粉煤灰、Cr2O3进行混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比35％，粉煤灰占比65％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的1％。经检测，按质量百分比计，混合料中的SiO2 44.06％，Al2O3 13.88％，CaO 27.21％，MgO 3.71％，Fe2O34.62％，Cr2O3 0.99％，满足制备基础玻璃主所需物相组成。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至920℃以保护炉衬，最后以8℃/min的速率加热至1540℃，样品在此温度下放置3.5h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3.5h，获得基础玻璃；同时借助差热分析方法确定所述基础玻璃的核化温度为767℃，晶化温度为930℃，作为确定基础玻璃热处理制度的重要依据。
第四步，将所述基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温2h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温2h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度84.88MPa，密度3.05g·cm-3，耐酸性97.13％，耐碱性99.32％，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例4
一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，具体步骤如下：
第一步，将镁渣、粉煤灰、Cr2O3进行混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比40％，粉煤灰占比60％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的1.5％。经检测，按质量百分比计，混合料中的SiO2 42.95％，Al2O3 12.92％，CaO 29.52％，MgO 3.93％，Fe2O34.52％，Cr2O3 1.48％，满足制备基础玻璃所需物相组成。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至920℃以保护炉衬，最后以8℃/min的速率加热至1510℃，样品在此温度下放置3.5h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3.5h，获得基础玻璃；同时借助差热分析方法确定所述基础玻璃的核化温度为764℃，晶化温度为920℃，作为确定基础玻璃热处理制度的重要依据。
第四步，将所述基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温2h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温2h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度84.28MPa，密度2.96g·cm-3，耐酸性97.25％，耐碱性99.56％，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例5
一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，具体步骤如下：
第一步，同实施例1。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至900℃，然后以8℃/min的速率加热至1450℃，样品在此温度下放置4.5h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3.5h，获得基础玻璃；同时借助差热分析法确定该基础玻璃的核化温度为772℃，晶化温度为929℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据；
第四步，将该基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温3h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温3h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度89.60MPa，密度2.95g·cm-3，耐酸性96.68％，耐碱性98.95％，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例6
第一步，同实施例1。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至900℃，然后以8℃/min的速率加热至1550℃，样品在此温度下放置3h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3h，获得基础玻璃；同时借助差热分析法确定该基础玻璃的核化温度为763℃，晶化温度为922℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据；
第四步，将该基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温1h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温1h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强105.35MPa，密度2.86g·cm-3，耐酸性97.10％，耐碱性99.58％，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例7
第一步，将镁渣、粉煤灰和Cr2O3混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比55％，粉煤灰占比45％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的1.5％。经检测，按质量百分比计，混合料中含有SiO2 39.44％，Al2O3 10.00％，CaO 36.30％，MgO 4.65％，Fe2O34.21％，Cr2O3 1.48％，满足制备基础玻璃主所需物相组成。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至900℃，然后以8℃/min的速率加热至1500℃，样品在此温度下放置3h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3h，获得基础玻璃；同时借助差热分析法确定该基础玻璃的核化温度为762℃，晶化温度为915℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据；
第四步，将该基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温1h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温1h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度72.56MPa，密度3.15g·cm-3，耐酸性96.12％，耐碱性99.52％，可以作为建筑用微晶玻璃。
实施例8
第一步，将镁渣、粉煤灰和Cr2O3混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比50％，粉煤灰占比50％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的1.5％。经检测，按质量百分比计，混合料中含有SiO2 40.54％，Al2O3 10.95％，CaO33.99％，MgO 4.45％，Fe2O34.31％，Cr2O3 1.48％，满足制备基础玻璃主所需物相组成。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至900℃，然后以8℃/min的速率加热至1510℃，样品在此温度下放置3h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3h，获得基础玻璃；同时借助差热分析法确定该基础玻璃的核化温度为772℃，晶化温度为923℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据；
第四步，将该基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温2h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温2h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度95.83MPa，密度2.90g·cm-3，耐酸性96.95％，耐碱性99.91％，可以作为建筑用微晶玻璃。
对比例1
同实施例1，区别仅在于未加入Cr2O3。
本对比例所得微晶玻璃性能指标为：抗折强度为3.5MPa，密度为2.40g·cm-3，耐酸性85.60％，耐碱性72.20％，不可以作为建筑用微晶玻璃。
对比例2
第一步，将镁渣、粉煤灰和Cr2O3混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比20％，粉煤灰占比80％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的0.5％。经检测，按质量百分比计，混合料中含有SiO2 47.37％，Al2O3 16.76％，CaO 20.26％，MgO 3.31％，Fe2O34.91％，Cr2O3 0.50％。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至920℃，然后以8℃/min的速率加热至1500℃，样品在此温度下放置3.5h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3.5h，获得基础玻璃。
本比例得到的基础玻璃析晶能力差，加入0.5wt％的Cr2O3不能促进玻璃整体析晶，得不到析晶状况好的微晶玻璃，故未进行后续微晶玻璃的制备。
对比例3
第一步，将镁渣、粉煤灰和Cr2O3混合均匀，按质量百分比计，镁渣和粉煤灰的混合物中镁渣占比70％，粉煤灰占比30％，Cr2O3占镁渣和粉煤灰总质量的0.5％。经检测，按质量百分比计，混合料中含有SiO2 36.51％，Al2O3 7.20％，CaO 43.64％，MgO 5.30％，Fe2O33.95％，Cr2O3 0.50％。
第二步，将上述配料混合均匀后装入坩埚并压实，在高温炉中以5℃/min的速率加热至920℃，然后以8℃/min的速率加热至1500℃，样品在此温度下放置3.5h，直到材料完全熔化，确保所有气泡消失，得到熔液；
第三步，将熔液浇注到不锈钢模具(600℃预热)中，待成型后在600℃下退火3.5h，获得基础玻璃；同时借助差热分析法确定该基础玻璃的核化温度为750℃，晶化温度为908℃，作为确定基础玻璃热处理制度的依据；
第四步，将该基础玻璃在热处理炉内以5℃/min的升温速率从室温升温至其核化温度并保温2h，然后以5℃/min的升温速率从核化温度升温至晶化温度，并保温2h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
对微晶玻璃进行取样、磨抛，测定抗折强度、维氏硬度、密度、吸水率、耐酸碱性等性能指标。所得性能指标为：抗折强度65.35MPa，密度3.18g·cm-3，耐酸性91.60％，耐碱性98.65％，不满足建筑标准(JC/T 2097-2011标准)要求，不能作为建筑用微晶玻璃。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过相图确定所要制备微晶玻璃的目标主晶相，根据目标主晶相的基础玻璃成分确定镁渣和粉煤灰的比例；
将镁渣和粉煤灰混合，加入形核剂，熔炼至熔液中所有气泡消失；
将所述熔液浇注成型，退火，获得基础玻璃，借助差热分析法确定所述基础玻璃的核化及晶化温度；
对所述基础玻璃进行热处理，根据核化及晶化温度确定所述基础玻璃的热处理工艺，得到微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述镁渣在镁渣和粉煤灰混合物中的质量百分比为30～55％。
3.根据权利要求1所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述形核剂占镁渣和粉煤灰混合物总质量的0.5～1.5％。
4.根据权利要求3所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述形核剂为Cr2O3。
5.根据权利要求1所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1450℃～1550℃，保温时间为至少3h。
6.根据权利要求1所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述退火的温度为600℃，时间为至少3h。
7.根据权利要求1所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述热处理的工艺为：将所述基础玻璃从室温升温至其核化温度并保温1～3h，然后从核化温度升温至晶化温度，并保温1～3h后，随炉温自然冷却至室温退火，得到微晶玻璃。
8.根据权利要求7所述的镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法，其特征在于，从室温升温至核化温度的升温速率为5℃/min；从核化温度升温至晶化温度的升温速率为5℃/min。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述方法制备的微晶玻璃在建筑领域的应用。
Priority Applications (1)
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| CN202410066460.8A CN117902831A (zh) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | 一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202410066460.8A CN117902831A (zh) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | 一种镁渣与粉煤灰协同处理制备微晶玻璃的方法 |
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