一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法

摘要

本发明公开了一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，其特征是：按花岗岩尾矿10～70重量份、高钛矿渣30～90重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料升温至1400～1650℃保温1.5～4h后，浇注获得基础玻璃；将基础玻璃在660～770℃温度下核化，随后在990～1070℃温度下晶化，再冷却至室温，即制得建筑微晶玻璃。采用本发明，不需要额外加入其他矿物原料或者玻璃成分调节剂，固废利用率为100%，不仅节约了生产成本，还使污染环境的废弃物得到有效利用；本发明制得的建筑微晶玻璃的物理化学性能良好，弯曲强度和抗压强度高，可广泛用于高端建筑装饰材料。

说明书

技术领域

本发明属于建筑微晶玻璃的制备，涉及一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法。采用本发明制得的建筑微晶玻璃色泽柔和，符合大众审美，其物理化学性能良好，可广泛用于高端建筑装饰材料。

背景技术

微晶玻璃是指将加有晶核剂(或不加晶核剂)的、具有特定组成的基础玻璃，在一定工艺制度下进行晶化热处理，在基础玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体，微晶玻璃兼具玻璃和陶瓷的结构和性能特点。根据微晶玻璃所属的不同体系以及生长出的晶体类型和数量的不同，其具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性、热膨胀系数大范围可调、优良的绝缘性以及强度高、耐磨等物理化学性能。在无机非金属材料领域占有非常重要的地位，广泛应用于建筑装饰、生物医疗、电子化工以及航空航天等领域。现有性能优异的微晶玻璃基本都是由纯度较高的工业原料生产制备而来的，这就导致了微晶玻璃的生产成本高、实用性较差。

另一方面，在天然花岗岩石材的开发过程中产生有大量的花岗岩尾矿，这些尾矿废渣尚没有找到合适的处理办法，只能随意堆放，既占用土地，又污染水源和环境，是一种典型的大宗固废。此外，高钛矿渣是一种来自于高炉冶炼钒钛磁铁矿后所产生的副产物，目前仍缺乏有效的处理方法，也导致大部分高炉渣都只能废弃堆放，既占用土地，又给土壤和水源带来严重的污染。目前，我国的高钛矿渣堆存量已经达到8000多万吨，对环境造成了巨大压力，因此高钛矿渣的高效再利用问题亟待解决，是另一种大宗固废。

虽然花岗岩尾矿制备建筑微晶玻璃已有大量研究，但采用现有技术花岗岩尾矿固废利用率不高，生产条件苛刻，且生产过程中需加入大量其他原料或纯化学试剂调节组分和引入晶核剂等。目前，微晶玻璃大都采用烧结法进行生产制造，由于其制备方法的限制，生产得到的微晶玻璃存在气孔率高、物理化学性能较差和能耗高等缺点。同时，也存在建筑装饰微晶玻璃的颜色不如天然石材或陶瓷丰富，生产成本较高等的缺点。现有技术中，对大宗固废在建筑微晶玻璃中的大规模应用还存在诸多问题有待解决，如提高固废利用率、降低生产成本、简化工艺等。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法。本发明利用大宗花岗岩尾矿和高钛矿渣各自的成分特点，以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原材料直接制备建筑微晶玻璃，其固废利用率达到100％，制备工艺简单，可直接成型并制备得到建筑微晶玻璃制品，极大地降低了建筑微晶玻璃的生产成本，并使污染环境的废弃物得到有效利用、变废为宝。

本发明的内容是：一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，其特征是步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为原料，按花岗岩尾矿10～70重量份、高钛矿渣30～90重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3～5℃/min的速率升温至1400～1650℃保温1.5～4h后，浇注获得基础玻璃；将基础玻璃在660～770℃温度下核化30～120min，随后在990～1070℃温度下晶化20～120min，再以2～4℃/min的速率(缓慢)冷却至室温，即制得(微晶相为透辉石和硅灰石的)建筑微晶玻璃。

本发明的内容中：所述浇注获得基础玻璃，较好的是浇注并在490～620℃温度下退火1～1.5h、获得基础玻璃。

本发明的内容中：所述再以2～4℃/min的速率(缓慢)冷却至室温，较好的是再在700～800℃温度下保温0.5～1h后以2～4℃/min的速率(缓慢)冷却至室温。

本发明的内容中：所述混合均匀制得配合料可以是经球磨混合、以水为介质球磨混合或高速机械搅拌混合均匀制得配合料。

本发明的内容中：如果花岗岩尾矿和高钛矿渣原料粒径较大，为了保证玻璃配合料的均匀，需先将花岗岩尾矿和高钛矿渣分别进行破碎处理，保证所述花岗岩尾矿和高钛矿渣(两种原料)的平均粒径均小于2.5mm。

本发明的内容中：所述花岗岩尾矿的主要化学组成和重量百分比例为SiO

本发明的内容中：所述高钛矿渣的主要化学组成和重量百分比例为SiO

本发明的内容中：所述浇注获得基础玻璃，较好的是在温度为750～800℃下浇注(成型)获得基础玻璃。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

(1)采用本发明，高钛矿渣是由高温冶炼产生的热熔渣直接水淬而产生的，其中存在大量无定形态的玻璃体，使得高钛矿渣具有较高的反应活性；此外，高钛矿渣所含有的大量TiO

(2)采用本发明制备建筑微晶玻璃，直接以高钛矿渣中丰富的氧化钛作为晶核剂，制备得到的微晶玻璃微晶颗粒细腻，色泽鲜艳柔和，其颜色和质地与天然装饰石材相近，物理化学性能优良：莫氏硬度5～7级，抗压强度300～400MPa，弯曲强度80～110MPa，耐酸性和耐碱性0％～0.03％，抗急冷急热性能：无裂缝，满足国家建材行业的相关标准要求，优于大理石和花岗石等天然石材；

(3)采用本发明制备建筑微晶玻璃，直接以花岗岩尾矿和高钛矿渣为原料，不再另外加入任何玻璃成分调节剂或者着色剂，仅利用含钛高炉矿渣中存在的TiO

(4)采用本发明，可通过调节花岗岩尾矿和高钛矿渣的比例，从而控制基础玻璃配方中的氧化钙与氧化镁之间的相对比例，可以有效地控制微晶玻璃样品中晶体与玻璃相之间的相对含量变化，从而改变制品的光泽度和亮度值；采用本发明，可通过调节晶化温度和保温时间有效的调控微晶玻璃的灰色程度，如晶化温度升越高，灰色的颜色越深；

(5)采用本发明，制备的微晶玻璃的微晶相为透辉石和硅灰石，两种晶相都属于结构密实的链状硅酸盐物相，因而微晶玻璃的结构密实无孔洞，稳定性高，使得制备的建筑微晶玻璃不仅化学稳定性优良，而且弯曲强度和抗压强度高(弯曲强度：80～110MPa，抗压强度：300～400MPa)；

(6)本发明产品制备工艺简单，容易操作，实用性强。

附图说明

图1是本发明制得的建筑微晶玻璃的XRD图(即衍射图谱)，从图中可以看到，晶化后的微晶玻璃样品中存在大量透辉石的特征衍射峰，同时还含有部分的硅灰石衍射峰，因此制备得到了微晶相为透辉石和硅灰石晶相的建筑微晶玻璃；

图2是本发明实施例1或2制得的建筑微晶玻璃的照片，从图中样品的横切面可以观察到，制备得到了建筑微晶玻璃样品，晶体颗粒细小，结构致密，未观察到肉眼可见的气孔、裂纹等结构缺陷的存在，具备较好的性能。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿10重量份、高钛矿渣90重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以5℃/min的速率升温至1400℃保温1.5h，浇注并在490℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在660℃核化30min，随后在990℃晶化40min，再在700℃保温0.5～1h后以2～4℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：6级，抗压强度：396MPa，弯曲强度：105MPa，耐酸性：0.005％，耐碱性：0.003％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例2：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿20重量份、高钛矿渣80重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3℃/min的速率升温至1450℃保温2h，浇注并在510℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在680℃核化20min，随后在990℃晶化50min，再在710℃保温0.5h后以3℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：6级，抗压强度：385MPa，弯曲强度：107MPa，耐酸性：0.009％，耐碱性：0.01％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例3：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿25重量份、高钛矿渣75重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以5℃/min的速率升温至1460℃保温1.5h，浇注并在530℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在690℃核化40min，随后在990℃晶化55min，再在715℃保温1h后以2℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：5级，抗压强度：366MPa，弯曲强度：98MPa，耐酸性：0.015％，耐碱性：0.006％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例4：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿30重量份、高钛矿渣70重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以4℃/min的速率升温至1480℃保温2h，浇注并在540℃退火1.5h获得基础玻璃；将基础玻璃在685℃核化40min，随后在990℃晶化40min，再在720℃保温0.5h后以2℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：6级，抗压强度：378MPa，弯曲强度：108MPa，耐酸性：0.003％，耐碱性：0.009％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例5：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿35重量份、高钛矿渣65重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3℃/min的速率升温至1500℃保温3h，浇注并在550℃退火1.25h获得基础玻璃；将基础玻璃在695℃核化50min，随后在1000℃晶化60min，再在725℃保温0.75h后以2.5℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：6级，抗压强度：356MPa，弯曲强度：96MPa，耐酸性：0.018％，耐碱性：0.012％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例6：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为原料，按花岗岩尾矿40重量份、高钛矿渣60重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以4℃/min的速率升温至1520℃保温2h，浇注并在560℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在700℃核化60min，随后在990℃晶化70min，再在730℃保温1h后以4℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃：莫氏硬度：6级，抗压强度：379MPa，弯曲强度：100MPa，耐酸性：0.004％，耐碱性：0.008％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例7：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿45重量份、高钛矿渣55重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以5℃/min的速率升温至1540℃保温1.5h，浇注并在570℃退火1.5h获得基础玻璃；将基础玻璃在710℃核化70min，随后在1010℃晶化40min，再在740℃保温1h后以3℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：6级，抗压强度：392MPa，弯曲强度：103MPa，耐酸性：0.005％，耐碱性：0.003％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例8：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿50重量份、高钛矿渣50重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以5℃/min的速率升温至1560℃保温2h，浇注并在580℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在720℃核化90min，随后在1030℃晶化90min，再以4℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：5级，抗压强度：346MPa，弯曲强度：88MPa，耐酸性：0.02％，耐碱性：0.018％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例9：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿55重量份、高钛矿渣45重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3℃/min的速率升温至1570℃保温2.5h，浇注并在590℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在720℃核化120min，随后在1010℃晶化80min，再在750℃保温1h后以4℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：5级，抗压强度：348MPa，弯曲强度：85MPa，耐酸性：0.023％，耐碱性：0.026％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例10：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿60重量份、高钛矿渣40重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3℃/min的速率升温至1590℃保温4h，浇注并在600℃退火1.25h获得基础玻璃；将基础玻璃在740℃核化60min，随后在1050℃晶化120min，再在770℃保温0.85h后以3.5℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：5级，抗压强度：332MPa，弯曲强度：87MPa，耐酸性：0.028％，耐碱性：0.021％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例11：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为全部原料，按花岗岩尾矿65重量份、高钛矿渣35重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3℃/min的速率升温至1620℃保温3.5h，浇注并在620℃退火1h获得基础玻璃；将基础玻璃在760℃核化120min，随后在1070℃晶化110min，再在780℃保温1h后以2℃/min的速率缓慢冷却至室温，制得微晶相为透辉石和硅灰石的建筑微晶玻璃。经检测，制得建筑微晶玻璃的：莫氏硬度：5级，抗压强度：325MPa，弯曲强度：84MPa，耐酸性：0.023％，耐碱性：0.024％，抗急冷急热性能：无裂缝。

实施例12～28：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：除花岗岩尾矿和高钛矿渣用量、保温温度、退火温度、核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间、晶化后保温温度不同外，其制备步骤和工艺条件参数(升温速率、保温时间、退火时间、冷却速率)同实施例1、2、3、4或5。各实施例中各原料的具体花岗岩尾矿和高钛矿渣用量、保温温度、退火温度、核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间、晶化后保温温度，以及制得建筑微晶玻璃的性能参数见下表1、表2：

表1：实施例12～20：

表2：实施例21～28：

实施例29：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为原料，按花岗岩尾矿10重量份、高钛矿渣90重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以3℃/min的速率升温至1400℃保温4h后，浇注获得基础玻璃；将基础玻璃在660℃温度下核化120min，随后在990℃温度下晶化120min，再以2℃/min的速率(缓慢)冷却至室温，即制得(微晶相为透辉石和硅灰石的)建筑微晶玻璃。

实施例30：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为原料，按花岗岩尾矿70重量份、高钛矿渣30重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以5℃/min的速率升温至1650℃保温1.5h后，浇注获得基础玻璃；将基础玻璃在770℃温度下核化30min，随后在1070℃温度下晶化20min，再以4℃/min的速率(缓慢)冷却至室温，即制得(微晶相为透辉石和硅灰石的)建筑微晶玻璃。

实施例31：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，步骤为：以花岗岩尾矿和高钛矿渣为原料，按花岗岩尾矿40重量份、高钛矿渣60重量份的配比称取各原料，混合均匀制得配合料，然后将配合料以4℃/min的速率升温至1520℃保温2.5h后，浇注获得基础玻璃；将基础玻璃在710℃温度下核化75min，随后在1030℃温度下晶化70min，再以3℃/min的速率(缓慢)冷却至室温，即制得(微晶相为透辉石和硅灰石的)建筑微晶玻璃。

实施例32：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述浇注获得基础玻璃，是浇注并在490℃温度下退火1.5h、获得基础玻璃；其它同实施例29-31中任一，省略。

实施例33：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述浇注获得基础玻璃，是浇注并在620℃温度下退火1h、获得基础玻璃；其它同实施例29-31中任一，省略。

实施例34：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述浇注获得基础玻璃，是浇注并在550℃温度下退火1.3h、获得基础玻璃；其它同实施例29-31中任一，省略。

实施例35：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述冷却至室温，是：再在700℃温度下保温1h后冷却至室温；其它同实施例29-31中任一，省略。

实施例36：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述冷却至室温，是：再在800℃温度下保温0.5h后冷却至室温；其它同实施例29-31中任一，省略。

实施例37：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述冷却至室温，是：再在750℃温度下保温0.8h后冷却至室温；其它同实施例29-31中任一，省略。

实施例38：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述浇注，是在温度为780℃下浇注(成型)；其它同实施例1-37中任一，省略。

实施例39：

一种花岗岩尾矿与高钛矿渣制备建筑微晶玻璃的方法，所述浇注，可以是在温度为750～800℃中的任一温度下浇注(成型)；其它同实施例1-37中任一，省略。

上述实施例中：所述混合均匀制得配合料可以是经球磨混合、以水为介质球磨混合或高速机械搅拌混合均匀制得配合料。

上述实施例中：如果花岗岩尾矿和高钛矿渣原料粒径较大，为了保证玻璃配合料的均匀，需先将花岗岩尾矿和高钛矿渣分别进行破碎处理，保证所述花岗岩尾矿和高钛矿渣(两种原料)的平均粒径均小于2.5mm。

上述实施例中：所述花岗岩尾矿的主要化学组成和重量百分比例为SiO

上述实施例中：所述高钛矿渣的主要化学组成和重量百分比例为SiO

上述实施例中：所采用的各原料均为大宗的固体废弃物，花岗岩尾矿为某砂石场矿山开采所产生的大量边角废料，高钛矿渣则为某钢铁厂冶炼钒钛磁铁矿所产生的含钛高炉废渣。

上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为重量(质量)百分比例或本领域技术人员公知的百分比例；所述重量(质量)份可以均是克或千克。

上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、速率等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。