一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法

摘要

本发明公开了一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法。本方法的制备原料包括：萤石尾矿和不锈钢渣；制备方法包括下述步骤：(1)原料准备：将所述不锈钢渣、萤石尾矿经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉；(2)配料混匀：按一定质量比配制不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，并混匀；(3)高温熔融：将混匀的不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉混合物在电阻炉内熔融，并得到高温熔体；(4)浇铸成块：将步骤(3)得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃；(5)热处理：将步骤(4)得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃。本发明大大降低了生产使用的能耗，最终得到结晶度高性能良好的微晶玻璃。

权利要求

1.一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，其特征在于：制备原料包括：萤石尾矿和不锈钢渣，其中萤石尾矿占制备原料总质量百分比为60-80%，不锈钢渣占制备原料总质量的百分比为20-40%；所使用的不锈钢渣各成分占不锈钢渣总质量的百分比为：SiO2 ：20-30%，CaO：30-40%，MgO：30-40%，Al2O3：5-10%，FeO：1-10%，MnO2：0-3%，Cr2O3：2-10%，K2O：0-3%，Na2O：0-1%，CaF2：0-10％，其它成分：0-4％；所使用萤石尾矿各成分占萤石尾矿总质量的百分比为：SiO2：70-85％，CaO：1-8％，MgO：0-7％，Al2O3：3-20％，FeO：1-5％，CaF2：0-

10％，MnO2：0-3%，K2O：0-3%，其它成分：0-4％；制备方法包括下述步骤：（1）原料准备：将所述不锈钢渣、萤石尾矿经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉；

（2）配料混匀：按一定质量比配制不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，并混匀；

（3）高温熔融：将混匀的不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉混合物在电阻炉内熔融，并得到高温熔体；其中熔融温度为1400-1500℃，熔制时间为2h，电阻炉的升温速度在炉温1000℃以下时为10℃/min,在炉温1000℃以上时为5℃/min；

（4）浇铸成块：将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃；

（5）热处理：将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，将步骤（4）所得母体玻璃放入加热炉中从室温升温至700-750℃温度，保温0.5-1h进行核化，继续升温至850-950℃，保温1-

2h进行晶化，然后随炉冷却，得到微晶玻璃。

2.根据权利要求1所述的利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤（1）中不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉的粒度范围为100-200目。

3.根据权利要求1所述的利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤（4）中钢板的预热温度为500-600℃。

4.根据权利要求1所述的利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤（5）中得到的微晶玻璃主晶相为辉石类。

说明书

一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金和无机非金属材料领域，尤其是一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法。

背景技术

[0002] 不锈钢渣是不锈钢生产的副产物,根据我国特钢企业协会统计数据，2016年我国不锈钢生产量达到250*105t，按照每生产3t不锈钢就会产生1t不锈钢渣来估算，我国的不锈钢渣的产生量以达到约83*105t。不锈钢渣中含有铬氧化物及其他重金属，简单的堆放处置方式不仅造成了大量土地资源的占用,而且还会对土地造成重金属污染。目前，为解决上述问题,我国将不锈钢渣用于制备水泥、陶瓷、制砖等，但仍存在重金属浸出的环境风险、产品价值低的缺点。因此,必须研发不锈钢渣重金属固化及其高值化利用技术。

[0003] 萤石尾矿是萤石矿开采后的产物，即是氟化钙含量低的那一部分矿石。这些尾矿堆放占用了大量的用地，不仅阻碍交通而且影响居民生活，经雨水冲刷，流入江河后，还会溃坝、污染水源和环境。因此处理危险废弃物萤石尾矿迫在眉睫。

[0004] 萤石尾矿中大部分是硅酸盐成分，不锈钢渣的主要成分为硅酸盐、铝酸盐、钙镁氧化物，两者均是良好的制备微晶玻璃的原料。同时，萤石尾矿中的氟化钙能降低微晶玻璃制备中熔制过程的熔融温度，不锈钢渣中的铬是制备微晶玻璃的有效晶核剂。因此，研究不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃，对于提升经济效益、解决危险固废处理问题、实现循环经济具有重要意义。

[0005] 在已公开的中国专利（申请号：201410345583.1，公布日：2011年10月12日）一种利用萤石尾矿生产微晶玻璃板的压延工艺方法。原料为萤石尾矿、改质剂（钾长石，钠长石，方解石，粘土，硝酸钠等）、澄清剂（白砒、氧化锑、硝酸钠、硝酸铵、二氧化铈）、着色剂（Cr2O3、Cu2O、CoO、NiO、Fe2O3 以及稀土元素氧化物中的一种或多种）。主要步骤包括：(1) 配料，(2) 熔料，(3) 澄清冷却，(4) 压制成型，(5) 热处理得到微晶玻璃，(6) 切割抛光。

[0006] 在已公开的中国专利（申请号：201110119884.9，公布日：2014年10月1日）一种微晶玻璃及其制备方法。采用不锈钢除尘灰、石英砂、粉煤灰、废玻璃中的一种或一种以上，调整不锈钢渣到适于制备微晶玻璃的成分范围，该微晶玻璃的成分重量百分比为：SiO2为45-60%，CaO为20-28%，MgO为10-15%，Al2O3为2-9%，Na2O为0-8%，Fe2O3为0.5-5%，Cr2O3为0.4-
2.5%，F 为0.5-1.5%，TiO 2为0.1-6%。

[0007] 上述公开的专利说明，萤石尾矿可以用来制备微晶玻璃，但形核效果差，得到的微晶玻璃晶相含量少，需要加入晶核剂促进析晶，大比例使用不锈钢渣制备微晶玻璃熔融温度高，因此，发明一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法解决上述问题很有必要。

发明内容

[0008] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法。

[0009] 为了实现上述目的，本发明所设计的一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，

[0010] 制备原料包括：萤石尾矿和不锈钢渣，其中萤石尾矿占制备原料总质量百分比为60-80%，不锈钢渣占制备原料总质量的百分比为20-40%；所使用的不锈钢渣各成分占不锈钢渣总质量的百分比为：SiO2 ：20-30%，CaO：30-40%，MgO：30-40%，Al2O3：5-10%，FeO：1-10%，MnO2：0-3%，Cr2O3：2-10%，K2O：0-3%，Na2O：0-1%，CaF2：0-10％，其它成分：0-4％；所使用萤石尾矿各成分占萤石尾矿总质量的百分比为：SiO2：70-85％，CaO：1-8％，MgO：0-7％，Al2O3：3-
20％，FeO：1-5％，CaF2：0-10％，MnO2：0-3%，K2O：0-3%，其它成分：0-4％；

[0011] 制备方法包括下述步骤：

[0012] （1）原料准备：将所述不锈钢渣、萤石尾矿经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉；

[0013] （2）配料混匀：按一定质量比配制不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，并混匀；

[0014] （3）高温熔融：将混匀的不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉混合物在电阻炉内熔融，并得到高温熔体；

[0015] （4）浇铸成块：将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃；

[0016] （5）热处理：将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃。

[0017] 优选的：步骤（1）中不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉的粒度范围为100-200目。

[0018] 优选的：步骤（3）中电阻炉在炉温1000℃以下时的升温速度为10℃/min,在炉温1000℃以上时的升温速度为5℃/min。

[0019] 优选的：步骤（3）中熔融温度为1400-1500℃ ，保温时间为1-4h。

[0020] 优选的：步骤（4）中钢板的预热温度为500-600℃。

[0021] 优选的：步骤（5）中热处理制度为：将步骤（4）所得母体玻璃放入加热炉中从室温升温至700-750℃温度，保温0.5-1h进行核化，继续升温至850-950℃，保温1-2h进行晶化，然后随炉冷却。

[0022] 优选的：步骤（5）中得到的微晶玻璃主晶相为辉石类。

[0023] 本发明通过熔融法以萤石尾矿和不锈钢渣为原料制备微晶玻璃，一方面是对萤石尾矿以及不锈钢渣的无害化处理和资源有效利用，其能够将不锈钢渣中的重金属固化在玻璃结构中，得到实用的微晶玻璃产品，另一方面萤石尾矿中的氟化钙能降低原料熔融温度，从而降低生产成本，不锈钢渣中的铬能促进微晶玻璃的析晶，增强析晶能力，以得到理化性能更优的微晶玻璃产品。

附图说明

[0024] 图1是本发明提供的一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的工艺流程图。

[0025] 具体实施方法

[0026] 下面结合实施例对本发明进一步说明。

[0027] 实施例一：

[0028] 本实施例提供的一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，制备原料包括：萤石尾矿和不锈钢渣，其中萤石尾矿占总原料的质量百分比为60%，不锈钢渣占总原料的质量百分比为40%；所使用的不锈钢渣各成分占不锈钢渣总质量的百分比为：SiO2 ：22.46%，CaO：34.87%，MgO：25.11%，Al2O3：6.46%，FeO：2.51%，MnO2：1.13%，Cr2O3：4.12%，K2O：
0.14%，Na2O：0.08%，CaF2：1.35％，其它成分的含量为1.77％；所使用萤石尾矿各成分所占萤石尾矿总质量的百分比为：SiO2：80.89％，CaO：4.94％，MgO：0.05％，Al2O3：5.82％，FeO：
1.21％，MnO2：0.05%，K2O：2.49%，CaF2：2.88％，其它成分的含量为1.67％。

[0029] 本实施例利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法具体包括如下步骤：

[0030] （1）将不锈钢渣、萤石尾矿经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，过100目筛网备用；

[0031] （2）按一定质量比配制不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，并混匀，其中萤石尾矿细粉的加入量为75wt%，不锈钢渣细粉的加入量为25wt%；

[0032] （3）将混匀的不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉混合物在电阻炉内熔融，并得到高温熔体，熔融温度为1400℃，熔制时间为2h，电阻炉的升温速度在炉温1000℃以下时为10℃/min,在炉温1000℃以上时为5℃/min；

[0033] （4）将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃，其中钢板的预热温度为600℃，炉冷温度为600℃；

[0034] （5）将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃，其中热处理过程为：将步骤（4）所得母体玻璃放入加热炉中从室温升温至700℃温度，保温0.5进行核化，继续升温至850℃，保温1h进行晶化，然后随炉冷却。

[0035] （6）进行切割抛光。

[0036] 结果：得到的产品微晶玻璃主晶相为辉石类，结晶程度良好，密度为260Kg/m³，抗折强度66.7MPa，吸水率≤0.5％。

[0037] 实施例二：

[0038] 本实施例提供的一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，所述制备原料包括：萤石尾矿和不锈钢渣，其中萤石尾矿占总原料的质量百分比为70%，不锈钢渣占总原料的质量百分比为30%；所使用的不锈钢渣各成分占不锈钢渣总质量的百分比为： SiO2 ：20.46%，CaO：32.87%，MgO：26.11%，Al2O3：7.46%，FeO：3.51%，MnO2：2.13%，Cr2O3：4.12%，K2O：
0.14%，Na2O：0.08%，CaF2：1.35％，其它成分：1.77％；所使用萤石尾矿各成分占萤石尾矿总质量的百分比为：SiO2：78.89％，CaO：5.94％，MgO：1.05％，Al2O3：5.82％，FeO：1.21％，MnO2：0.05%，K2O：2.49%，CaF2：2.88％，其它成分：1.67％。

[0039] 本实施例利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，具体包括如下步骤：

[0040] （1）将不锈钢渣、萤石尾矿经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，过100目筛网备用；

[0041] （2）按一定质量比配制不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，并混匀，其中萤石尾矿的加入量为70wt%，不锈钢渣的加入量为30wt%

[0042] （3）将混匀的不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉混合物在电阻炉内熔融，并得到高温熔体，其中熔融温度为1430℃，熔制时间为2h，电阻炉的升温速度在炉温1000℃以下时为10℃/min,在炉温1000℃以上时为5℃/min；

[0043] （4）将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃，其中钢板的预热温度为600℃，炉冷温度为600℃；

[0044] （5）将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃，其中热处理过程为：将步骤（4）所得母体玻璃放入加热炉中从室温升温至730℃温度，保温1h进行核化，继续升温至900℃，保温1.5h进行晶化，然后随炉冷却。

[0045] （6）进行切割抛光

[0046] 结果：得到的产品微晶玻璃主晶相为辉石类，结晶程度较实施例一高，其中密度为268Kg/m³，抗折强度70.1MPa，吸水率≤0.5％。

[0047] 实施例三：

[0048] 本实施例提供的一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，所述制备原料包括：萤石尾矿和不锈钢渣，其中萤石尾矿占总原料的质量百分比为80%，不锈钢渣占总原料的质量百分比为20%；所使用的不锈钢渣各成分所占不锈钢渣总质量的百分比为：SiO2 ：24.46%，CaO：32.87%，MgO：23.11%，Al2O3：7.46%，FeO：3.51%，MnO2：1.13%，Cr2O3：
3.12%，K2O：0.14%，Na2O：0.08%，CaF2：1.35％，其它成分：2.77％；所使用萤石尾矿各成分占萤石尾矿总质量的百分比为：SiO2：80.89％，CaO：4.44％，MgO：0.1％，Al2O3：4.82％，FeO：
2.21％，MnO2：0.1%，K2O：2.44%，CaF2：2.88％，其它成分：1.67％。

[0049] 本实施例利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法，具体包括如下步骤：

[0050] （1）将不锈钢渣、萤石尾矿经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，过100目筛网备用；

[0051] （2）按一定质量比配制不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉，并混匀，其中萤石尾矿的加入量为65wt%，不锈钢渣的加入量为35wt%；

[0052] （3）将混匀的不锈钢渣细粉和萤石尾矿细粉混合物在电阻炉内熔融，并得到高温熔体，其中熔融温度为1450℃，熔制时间为2h，电阻炉的升温速度在炉温1000℃以下时为10℃/min,在炉温1000℃以上时为5℃/min；

[0053] （4）将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃，其中钢板的预热温度为600℃，炉冷温度为600℃；

[0054] （5）将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃，热处理过程为:将步骤（4）所得母体玻璃放入加热炉中从室温升温至750℃温度，保温1h进行核化，继续升温至950℃，保温2h进行晶化，然后随炉冷却。。

[0055] （6）进行切割抛光。

[0056] 结果：得到的产品微晶玻璃主晶相为辉石类，结晶程度较实施例二高，其中密度为280Kg/m³，抗折强度73.2MPa，吸水率≤0.5％。

[0057] 对比例一：

[0058] 本对比例提供的一种利用不锈钢渣和纯试剂制备微晶玻璃的方法，所述制备原料包括：不锈钢渣和纯试剂；纯试剂的具体成分按实施例三的萤石尾矿中除CaF2以外各成分及其比例配置。所使用的不锈钢渣各成分所占不锈钢渣总质量的百分比为：SiO2 ：24.46%，CaO：32.87%，MgO：23.11%，Al2O3：7.46%，FeO：3.51%，MnO2：1.13%，Cr2O3：3.12%，K2O：0.14%，Na2O：0.08%，CaF2：1.35％，其它成分：2.77％。本对比例利用不锈钢渣和纯试剂制备微晶玻璃的方法，具体包括如下步骤：

[0059] （1）将不锈钢渣经过研磨破碎，得到不锈钢渣细粉，过100目筛网备用；

[0060] （2）按一定质量比配置不锈钢渣和纯试剂，并混匀；其中不锈钢渣的加入量为总质量的35%；

[0061] （3）将混匀的原料在电阻炉内熔融，并得到高温熔体，其中熔融温度为1550℃，熔制时间为2h，电阻炉的升温速度在炉温1000℃以下时为10℃/min,在炉温1000℃以上时为5℃/min；

[0062] （4）将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃，其中钢板的预热温度为600℃，炉冷温度为600℃；

[0063] （5）将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃，其中核化温度为750℃，核化时间为0.5h；晶化温度为950℃，晶化时间1h。

[0064] （6）进行切割抛光。

[0065] 结果：得到的产品微晶玻璃主晶相为辉石类，其熔制温度高于含氟的实施例一、二、三并且晶粒尺寸较实施例一、二、三高，其中密度为280Kg/m³，抗折强度60.2MPa，吸水率≤0.5％。

[0066] 对比例二：

[0067] 本对比例提供的一种利用萤石尾矿和纯试剂制备微晶玻璃的方法，所述制备原料包括：萤石尾矿和纯试剂；纯试剂具体成分按实施例三的不锈钢渣中除三氧化二铬以外的成分及其比例配置。所使用萤石尾矿各成分占萤石尾矿总质量的百分比为：SiO2：80.89％，CaO：4.44％，MgO：0.1％，Al2O3：4.82％，FeO：2.21％，MnO2：0.1%，K2O：2.44%，CaF2：2.88％，其它成分：1.67％。

[0068] 本对比例利用萤石尾矿和纯试剂制备微晶玻璃的方法，具体包括如下步骤：

[0069] （1）将萤石尾矿经过研磨破碎，得到萤石尾矿细粉，过100目筛网备用；

[0070] （2）按一定质量比例配置萤石尾矿和纯试剂，并混匀；其中萤石尾矿的加入量为总质量的65%；

[0071] （3）将混匀的原料在电阻炉内熔融，并得到高温熔体，其中熔融温度为1410℃，熔制时间为2h，电阻炉的升温速度在炉温1000℃以下时为10℃/min,在炉温1000℃以上时为5℃/min；

[0072] （4）将步骤（3）得到的高温熔体浇筑至经过预热的钢板上并随炉冷却得到母体玻璃，其中钢板的预热温度为600℃，炉冷温度为600℃；

[0073] （5）将步骤（4）得到的母体玻璃块进行热处理，得到微晶玻璃，其中核化温度为700℃，核化时间为0.5h；晶化温度为930℃，晶化时间1h。

[0074] （6）进行切割抛光。

[0075] 结果：得到的产品并没有体积析晶，仅为表面析晶。

[0076] 由上述实施例及测试结果可以得出，使用萤石尾矿和不锈钢渣作为制备微晶玻璃的原料不仅可以获得较低的熔融温度，同时不锈钢渣中的铬使该体系微晶玻璃具有良好的析晶能力，这降低了形核温度以及结晶温度，大大降低了生产使用的能耗，最终得到结晶度高性能良好的微晶玻璃。

[0077] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。