阅读说明：本技术 利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法及其所制备的矿渣微晶玻璃 (Method for preparing slag glass ceramics by using natural raw materials and slag glass ceramics prepared by same ) 是由 郭艳玲 王欣 张捷宇 陈亚旭 高宁 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法及其所制备的矿渣微晶玻璃,能减少固废资源化环节降低能耗,本发明利用自然原料直接制备所需金属和晶相可供选择的矿渣微晶玻璃的方法。其中原料按照质量百分比包括红土矿64-91份、海砂矿0-24份、碳粉8-11份。以红土矿和海砂矿为主要原料在经过1100-1200℃还原和1450-1500℃熔分后对渣液进行控温冷却,能获得多种不同物相组成的高性能的矿渣微晶玻璃。本发明减少了制备矿渣微晶玻璃的方法中间环节能够有效的降低能耗,制备的矿渣微晶玻璃物相可供选择能够在多种场合进行应用,同时其生产成本低廉,操作简单。本发明原料的配比关系和制备工艺可以推广使用。(The invention discloses a method for preparing slag glass ceramics by utilizing natural raw materials and the prepared slag glass ceramics, which can reduce the link of solid waste reclamation and reduce energy consumption. Wherein the raw materials comprise 64-91 parts of laterite, 0-24 parts of placer and 8-11 parts of carbon powder according to mass percentage. Laterite and sea sand ore are used as main raw materials, temperature control cooling is carried out on slag liquid after 1100-1200 ℃ reduction and 1450-1500 ℃ melting separation, and high-performance slag glass ceramics consisting of various phases can be obtained. The invention reduces the intermediate links of the method for preparing the slag microcrystalline glass, can effectively reduce energy consumption, can select the prepared slag microcrystalline glass and can be applied to various occasions, and simultaneously has low production cost and simple operation. The proportioning relation and the preparation process of the raw materials can be popularized and used.)

利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法及其所制备的矿渣微 晶玻璃

技术领域

本发明涉及一种利用自然原料制备玻璃方法及其产品，特别是涉及一种利用原矿冶炼直接获得金属和矿渣微晶玻璃的方法及其产品，应用于自然资源的低能耗低成本利用技术领域。

背景技术

冶金行业中每年都会产生大量的固体废渣。现有的固废利用方式有铺设道路、制备水泥等，但大部分的固废仍是露天堆放不仅仅是对土地资源的一种浪费，同时还会对周围的环境造成一定的影响。

矿渣中含有大量的脉石成分是制备微晶玻璃的重要原料。矿渣微晶玻璃是以矿渣为主要原料，同时添加一定量的其他辅助原料经过配料、融化、成型、晶化等工艺制备的微晶材料。矿渣微晶玻璃具有大量的优点：1)矿渣微晶玻璃能够替代黏土和石材，能够保护环境，同时还能变废为宝；2)矿渣微晶玻璃主要原料为矿渣其成本低廉，数量庞大易于获取；3)矿渣微晶玻璃对重金属离子的固化作用强，是一种绿色材料能够广泛应用。

利用矿渣制备微晶玻璃大体可以分为两个部分，一是原矿冶炼产生矿渣；二是矿渣资源化制备矿渣微晶玻璃。这两个部分均需要对原料进行升温加热，反复的升温降温过程实际上是对能量的一种浪费，这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法及其所制备的矿渣微晶玻璃，能减少制备矿渣微晶玻璃的中间环节，实现低能耗低成本资源化矿渣。本发明为了能够实现促进渣液析晶，选用海砂矿作为添加剂，引入海砂矿中的TiO₂作为渣液析晶的形核剂，同时通过分段控温冷却的方式，实现对矿渣微晶玻璃主晶相的选择。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法，包括如下步骤：

a.配料准备：采用红土矿、海砂矿和碳粉为主要原料，按照原料组分的质量百分比进行配料，然后混合得到了混合料，备用；其中，所述红土矿：64～91％；所述海砂矿：不大于25％；所述碳粉：8～11％；

b.将在所述步骤a中准备的混合料置于高温炉中，在1100-1200℃进行还原反应至少1h，然后在1450-1500℃下进行熔分澄清至少2h，得到熔融渣液；

c.将在所述步骤b中制备的熔融渣液进行冷却处理，获得矿渣微晶玻璃产品。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤c中，将熔融渣液进行冷却处理的过程包括控温段过程和非控温段过程；其中，在控温段过程中，分为两个梯段进行控温冷却，对熔融渣液依次在1500-1000℃和1000℃-500℃进行分段控温冷却，控温速率为1-3℃/min或者进行自然冷却的控温速率；在非控温段过程中，采用自然冷却方式进行随炉冷却。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤c中，利用海砂矿中的TiO₂作为渣液析晶的形核剂，通过分段控温冷却的方式，实现对矿渣微晶玻璃主晶相的选择和调控。

一种矿渣微晶玻璃，利用本发明利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法制备而成，其成分按照质量百分比为15-17％MgO、14-17％Al₂O₃、59-65％SiO₂、0-6％的TiO₂以及0-1％的其他金属氧化物。

作为本发明优选的技术方案，矿渣微晶玻璃成分中的其他金属氧化物是Fe₂O₃、NiO、Cr₂O₃中的任意一种或任意多种金属氧化物。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明利用原矿直接制备了矿渣微晶玻璃，矿渣微晶玻璃的原料为矿渣实现了变废为宝，同时解决了固废堆放的土地问题和环境问题；

2.本发明利用矿冶炼的余热对矿渣进行晶化核化处理，减少了对矿渣的熔制等步骤降低了能耗及成本；

3.本发明对废渣的使用率高达100％；

4.本发明过控制渣液冷却条件能够获得不同物相组成的矿渣微晶玻璃，具有应用范围广泛的特点；本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，一种利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法，包括如下步骤：

a.配料准备：采用红土矿、海砂矿和碳粉为原料，按照原料组分的质量百分比进行配料，然后混合得到了混合料，备用；进行原料准备时，将下述原料进行称量，并送入混料机中进行充分的混合，混合时间5min，参见表1：

表1.实施例一的原料配比表

b.将在所述步骤a中准备的混合料置于高温炉中，在1200℃进行还原反应1h，然后在1500℃下进行熔分澄清2h，得到熔融渣液；

c.将在所述步骤b中制备的熔融渣液进行随炉冷却处理，获得矿渣微晶玻璃产品。

实验测试分析：

将本实施例制备的矿渣微晶玻璃作为试验样品，进行性质检验和分析，对制备的矿渣微晶玻璃试样进行相关性能测试采用标准为(GB/T7322-2007，GB/T16534-2009，JC/T2138-2012)其性能如表2所示。

表2.实施例一方法制备的矿渣微晶玻璃实验测试结果数据表

试样编号	晶相	耐蚀性/％	密度g/cm<sup>3</sup>	显微硬度/MPa
					M0	玻璃	≤0.8	2.59	6.75
M1	玻璃	≤0.8	2.64	6.37
					M2	玻璃	≤0.8	2.70	6.61
M3	玻璃+堇青石	≤0.5	2.69	7.26
					M4	堇青石	≤0.5	2.90	8.46
M5	堇青石+假蓝宝石	≤0.5	2.91	7.56
					M6	假蓝宝石	≤0.5	2.90	7.79

本实施例利用自然原料直接制备矿渣微晶玻璃，利用矿冶炼的余热对矿渣进行晶化核化处理，减少了对矿渣的熔制等步骤降低了能耗及成本，减少制备矿渣微晶玻璃的中间环节，实现低能耗低成本资源化矿渣和自然材料。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法，包括如下步骤：

a.本步骤与实施例一步骤相同；

b.本步骤与实施例一步骤相同；

c.针对矿渣微晶玻璃编号为M2、M3、M4试样对其降温过程进行工艺优化步骤如下：

将在所述步骤b中制备的熔融渣液进行冷却处理的过程包括控温段过程和非控温段过程；其中，在控温段过程中，分为两个梯段进行控温冷却，对熔融渣液依次在1500-1000℃和1000℃-500℃进行分段控温冷却，控温速率为1-3℃/min或者进行自然冷却的控温速率；在非控温段过程中，采用自然冷却方式进行随炉冷却，获得矿渣微晶玻璃产品。

实验测试分析：

将本实施例制备的矿渣微晶玻璃作为试验样品，进行性质检验和分析，其性能如表2所示。

本实施例制备原料步骤同实施例一相同，在渣液冷却阶段将其分为两个梯段进行不同控温冷却。制备不同配比的不同冷却条件试样结果如表3和表4所示：

表3.实施例二在1500-1000℃不同试样不同冷却工艺结果

表4.实施例二在1000-500℃不同试样不同冷却工艺结果

试样编号	自然冷却	3℃/min	1℃/min
				M2	玻璃	顽辉石+堇青石	顽辉石+堇青石
M3	玻璃+堇青石	顽辉石+堇青石	顽辉石+堇青石
				M4	堇青石	顽辉石+堇青石	假蓝宝石+堇青石+顽辉石

本实施例方法能够实现促进渣液析晶，选用海砂矿作为添加剂，引入海砂矿中的TiO₂作为渣液析晶的形核剂，同时通过分段控温冷却的方式，实现对矿渣微晶玻璃主晶相的选择。本实施例利用自然原料直接制备矿渣微晶玻璃，利用矿冶炼的余热对矿渣进行晶化核化处理，减少了对矿渣的熔制等步骤降低了能耗及成本，减少制备矿渣微晶玻璃的中间环节，实现低能耗低成本资源化矿渣和自然材料。

实施例三：

本实施例与前述实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法，包括如下步骤：

a.本步骤与实施例一步骤相同；

b.将在所述步骤a中准备的混合料置于高温炉中，在1100℃进行还原反应1h，然后在1450℃下进行熔分澄清2h，得到熔融渣液；

c.本步骤与实施例一步骤相同。

本实施例利用自然原料直接制备矿渣微晶玻璃，利用矿冶炼的余热对矿渣进行晶化核化处理，减少了对矿渣的熔制等步骤降低了能耗及成本，减少制备矿渣微晶玻璃的中间环节，实现低能耗低成本资源化矿渣和自然材料。

综上所述，上述实施例针对减少固废资源化环节降低能耗，利用自然原料直接制备所需金属和晶相可供选择的矿渣微晶玻璃。其中原料按照质量百分比包括红土矿64-91份、海砂矿0-25份、碳粉8-11份。以红土矿和海砂矿为主要原料在经过1100-1200℃还原和1450-1500℃熔分后对渣液进行控温冷却，能够获得多种不同物相组成的高性能的矿渣微晶玻璃。本发明减少了制备矿渣微晶玻璃的方法中间环节少能够有效的降低能耗，制备的矿渣微晶玻璃物相可供选择能够在多种场合进行应用，同时其生产成本低廉，操作简单。本发明中原料的配比关系和制备工艺可以推广使用。

上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用自然原料制备矿渣微晶玻璃的方法及其所制备的矿渣微晶玻璃的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。