本發(fā)明涉及一種利用高溫液態(tài)工業(yè)礦渣生產(chǎn)陶瓷釉用熔塊的方法。
背景技術(shù)：
礦石經(jīng)過(guò)選礦或冶煉后的殘余物稱為礦渣?；鸱ㄒ苯鹕a(chǎn)，比如鋼鐵冶煉、銅冶煉、鋁冶煉生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量高溫液態(tài)工業(yè)礦渣。另外，有些非金屬工業(yè)原料，比如黃磷等，也是由天然礦物通過(guò)高溫工藝生產(chǎn)的，其生產(chǎn)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)大量的高溫液態(tài)工業(yè)礦渣。高溫液態(tài)工業(yè)礦渣的成分一般以硅酸鹽為主，化學(xué)組成隨生產(chǎn)工藝、礦石種類及冶煉助劑的不同而有差異。部分代表性礦渣主要成分見(jiàn)表1。
表1
水淬和熱悶是目前礦渣的常用處理方法。處理后的礦渣部分可用作建筑骨料、筑路骨料等，高爐水渣磨細(xì)后被廣泛用作水泥摻合料。但總的來(lái)說(shuō)，礦渣被開(kāi)發(fā)利用的價(jià)值不高。渣中蘊(yùn)含的顯熱一般也難以利用；而且熱態(tài)礦渣水淬及熱悶處理過(guò)程中，需消耗大量的水，并產(chǎn)生腐蝕性蒸汽和廢水，造成環(huán)境污染。若能利用熱態(tài)礦渣生產(chǎn)高附加值材料，則可極大提升熱態(tài)礦渣的價(jià)值，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境是很有意義的。
陶瓷生產(chǎn)離不開(kāi)釉。釉是指覆蓋在陶瓷坯體表面的一層薄薄的玻璃態(tài)或玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)相結(jié)合的物質(zhì)，具有提高制品性能、裝飾等作用，按外表特征可分為透明釉、乳濁釉、結(jié)晶釉等品種，按原料組成可分為熔塊釉、部分熔塊釉、生料釉。熔塊釉是將原料先熔融成玻璃液態(tài)物質(zhì)后水淬成顆粒，即熔塊，再分級(jí)，配料組合成釉料使用。部分熔塊釉是將熔塊與其他物料混合加水研磨制漿使用的，制成的釉漿具有較穩(wěn)定的懸浮性和對(duì)坯體的良好粘著性。 由于熔塊釉相對(duì)于生料釉具有能夠穩(wěn)定釉料性質(zhì)、擴(kuò)大釉燒成范圍、提高釉面質(zhì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在釉面陶瓷生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但熔塊生產(chǎn)存在能耗較高等問(wèn)題。
有些釉料和陶瓷生產(chǎn)企業(yè)在熔塊的配方中加入少量冷態(tài)的工業(yè)礦渣，例如，專利“一種利用工業(yè)礦渣進(jìn)行分相黑色花釉的制備方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201210087100.3)提出了一種利用工業(yè)礦渣進(jìn)行分相黑色花釉的制備方法，利用釉燒成過(guò)程中熔體產(chǎn)生的分相機(jī)理結(jié)合礦渣著色氧化物進(jìn)行著色，使少量著色氧化物產(chǎn)生較大的著色能力，從而發(fā)明了一種成本低、穩(wěn)定性高、花紋豐富的黑色花釉的制備方法；專利“利用鋁型材工業(yè)礦渣制備陶瓷熔塊的方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201210510902.0)公開(kāi)了一種利用鋁型材工業(yè)礦渣制備陶瓷熔塊的方法，此發(fā)明在預(yù)處理過(guò)的工業(yè)鋁型材礦渣中加入必要的配合料，制得陶瓷熔塊。這些針對(duì)冷態(tài)礦渣開(kāi)展的生產(chǎn)陶瓷釉用熔塊研究工作，利用了礦渣的礦物資源，但未涉及利用高溫液態(tài)工業(yè)礦渣的高溫能量。
受各種窯爐加熱效率的局限，若采用礦物原料熔制與渣相同成分的等量玻璃熔體，需消耗大量能源，從理論上講，若利用高溫液態(tài)工業(yè)礦渣為原料生產(chǎn)熔塊，可節(jié)約原料加熱熔融所需的能源。同時(shí)，還可減少熔塊生產(chǎn)所需的助熔劑用量，相應(yīng)可減少因助熔劑分解排出的各類污染性氣體對(duì)環(huán)境造成的不利影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種利用高溫液態(tài)工業(yè)礦渣自身具有的高溫?zé)崮?、化學(xué)成分直接制備陶瓷釉用熔塊的方法，減少了陶瓷釉用熔塊生產(chǎn)所需的礦物原料和能源。
本發(fā)明是向高溫液態(tài)工業(yè)礦渣中加入一定比例的調(diào)質(zhì)料，在窯爐內(nèi)加熱混合料，使混合料熔融、澄清、均化，然后水淬成熔塊顆粒，然后再將熔塊顆粒烘干、破碎、篩分后制得陶瓷釉用熔塊。
本發(fā)明提供一種利用高溫液態(tài)工業(yè)礦渣生產(chǎn)陶瓷釉用熔塊的方法，其包括以下步驟：
(1)將高溫液態(tài)工業(yè)礦渣20～90重量份加入高溫窯爐，加入10～95重量份的調(diào)質(zhì)料，于1300℃～1600℃溫度下加熱，使調(diào)質(zhì)料熔化并與礦渣混合為澄清均化的熔體；
(2)將熔體從高溫窯爐內(nèi)排出并水淬成熔塊顆粒，將熔塊顆粒烘干、破碎、篩分后制得陶瓷釉用熔塊。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的調(diào)質(zhì)料可根據(jù)目標(biāo)熔塊成分和工業(yè)礦渣成分，由5～65重量份的石英砂、石英巖、硅砂、砂巖、高嶺土、粘土、粉煤灰、葉蠟石、氧化鋁、氫氧化鋁、鎂砂、鋯英砂、長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、氧化鈣、石灰石、白云石、滑石、菱鎂礦、玄武巖和廢玻璃的一種或多種以及5～30重量份的助熔劑、晶核劑、澄清劑、著色劑和脫色劑的一 種或多種制得。
進(jìn)一步優(yōu)先的，上述步驟(1)中高溫液態(tài)工業(yè)礦渣為50～80重量份，調(diào)質(zhì)料為45～65重量份的石英砂、石英巖、硅砂、砂巖、高嶺土、粘土、粉煤灰、葉蠟石、氧化鋁、氫氧化鋁、鎂砂、鋯英砂、長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、氧化鈣、石灰石、白云石、滑石、菱鎂礦、玄武巖和廢玻璃的一種或多種以及10～26重量份的助熔劑、晶核劑、澄清劑、著色劑和脫色劑的一種或多種。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的調(diào)質(zhì)料可制成混合均勻的固態(tài)粉料或加熱熔化的液態(tài)料。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的調(diào)質(zhì)料可以直接加入高溫窯爐內(nèi)，也可以在接取高溫液態(tài)工業(yè)礦渣的過(guò)程中加入。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的助熔劑選自碳酸鈉、碳酸鉀、硝酸鈉、硝酸鉀、芒硝、螢石、氟硅酸鈉、冰晶石、硼酸、硼砂、氧化鋰、氧化鉛、氧化鋅、磷酸鈉等；所述晶核劑選自氧化鐵、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉻、碳、硫、碳化硅、金屬硫化物、Si、Zn、Au、Ag、Fe、Mn、Cu等金屬粉；所述澄清劑選自三氧化二砷、三氧化二銻、焦銻酸鈉、硝酸鹽、硫酸鹽、二氧化鈰、氟化物、食鹽；所述著色劑選自Ag、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Ni、Co、Sb等金屬或金屬離子化合物、硫、砷和硒及其化合物等；所述脫色劑選自Se、三氧化二砷、三氧化二銻、焦銻酸鈉、Na2S、二氧化鈰、五氧化二砷、五氧化二銻、碳、硝酸鹽、氟化物、氯化物等。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的高溫液態(tài)工業(yè)礦渣中SiO2、Al2O3和CaO含量合計(jì)大于60％。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的高溫液態(tài)工業(yè)礦渣為冶煉過(guò)程中排出的900～1600℃的高溫液態(tài)的工業(yè)礦渣，具體可以為高爐鐵渣、Corex直接熔融還原煉鐵爐渣、鋼渣、鉛渣、鋁渣、銅渣或磷渣。
其中，
高溫液態(tài)的高爐鐵渣的組成一般為(重量份)：SiO2 28～38，Al2O3 5～18，CaO 30～48，T.Fe 0～1.5，MgO 0～6，P2O5 0～2。
高溫液態(tài)Corex直接熔融還原煉鐵爐渣的組成一般為(重量份)：SiO2 27～37，Al2O3 6～19，CaO 30～45，T.Fe 0.1～1.8，MgO 0～9，P2O5 0～2。
高溫液態(tài)鋼渣的組成一般為(重量份)：SiO2 8～20，Al2O3 2～5，CaO 40～60，T.Fe 3～18，MgO 0～6，P2O5 0～2。
高溫液態(tài)磷渣的組成一般為(重量份)：SiO2 35～45，Al2O3 3～7，CaO 45～55，T.Fe 0～3，MgO 0～3，P2O5 1～6。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的高溫窯爐為燃?xì)?、燃煤、燃油等燃燒窯爐，電弧加熱或電極加熱或電阻加熱的電熔窯、或燃燒窯爐與電熔窯結(jié)合的窯爐。
優(yōu)先的，上述步驟(1)所述的高溫窯爐設(shè)備包括1～3座窯爐。
優(yōu)先的，步驟(2)所述的陶瓷釉用熔塊為結(jié)晶釉用熔塊、微晶熔塊、乳濁釉用熔塊或透明釉用熔塊。
步驟(2)中術(shù)語(yǔ)“水淬”，指的是混合料經(jīng)高溫熔融后形成的高溫玻璃液體緩慢流入水中急速冷卻使其淬化的一個(gè)過(guò)程。
在步驟(2)制得陶瓷釉用熔塊后，還可以進(jìn)一步排出在高溫窯爐內(nèi)沉淀的金屬，進(jìn)行回收利用。
本發(fā)明提出了一種利用高溫液態(tài)工業(yè)礦渣生產(chǎn)陶瓷釉用熔塊的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：
1.高溫液態(tài)工業(yè)礦渣在高溫狀態(tài)直接得到有效利用，降低了熔塊生產(chǎn)能耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯且有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
2.所制備的熔塊顆粒具有燒成溫度寬、膨脹系數(shù)合適、強(qiáng)度高、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。
3.制得的陶瓷釉用熔塊為微晶熔塊、乳濁釉用熔塊或透明釉用熔塊，可直接用作陶瓷釉、搪瓷釉或微晶玻璃復(fù)合陶瓷板的原料。
4.高溫液態(tài)工業(yè)礦渣所含有的金屬，可在高溫窯爐內(nèi)沉淀聚集后排出，可用作冶金生產(chǎn)原料。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
預(yù)先將按照重量份數(shù)為：粉煤灰5份、石英砂45份、碳酸鈉20份、硝酸鈉5份、三氧化二銻1份混合均勻，制得固態(tài)調(diào)質(zhì)料備用。
將重量份數(shù)為80份的高溫液態(tài)Corex直接熔融還原煉鐵爐渣排入玻璃熔化窯內(nèi)，同時(shí)加入上述預(yù)備的調(diào)質(zhì)料，在熔化窯內(nèi)于1450℃溫度下加熱6小時(shí)，使調(diào)質(zhì)料熔化并與爐渣混合均勻，得到澄清、均化的熔體。
將熔體從熔化窯內(nèi)排出，同時(shí)用冷水沖熔體，使熔體水淬成熔塊顆粒，將熔塊顆粒烘干、破碎、篩分后制得陶瓷透明釉用熔塊產(chǎn)品，熔塊熱膨脹系數(shù)(0～600℃)為(6.4～6.6)xl0-6/℃，用此熔塊制得的陶瓷面磚表面莫氏硬度達(dá)到4級(jí)。
所述高溫液態(tài)Corex直接熔融還原煉鐵爐渣的組成為:CaO 40％，SiO2 33％，Al2O3 17％，MgO 9％。
實(shí)施例2
預(yù)先按照重量份數(shù)為：將鋯英砂5份，石英砂20份、長(zhǎng)石20份、鎂砂8份，硼砂10份混合均勻，制得固態(tài)調(diào)質(zhì)料備用。
將重量份數(shù)為50份的高溫液態(tài)黃磷渣接入電弧爐內(nèi)，同時(shí)加入上述預(yù)備的調(diào)質(zhì)料，在電弧爐內(nèi)加熱1小時(shí)，使調(diào)質(zhì)料熔化。
將熔體倒入池窯內(nèi)，在池窯內(nèi)于1430℃溫度下加熱4小時(shí)，得到的澄清、均化熔體。
將熔體從池窯內(nèi)排出，同時(shí)用冷水沖熔體，使熔體水淬成熔塊顆粒，將熔塊顆粒烘干、破碎、篩分后制得陶瓷微晶釉用熔塊產(chǎn)品，熔塊熱膨脹系數(shù)(0～600℃)為(6.5～6.7)xl0-6/℃，用此熔塊制得的微晶玻璃復(fù)合陶瓷板表面莫氏硬度達(dá)到5級(jí)。
所述將高溫液態(tài)黃磷渣的組成為:CaO 50％，SiO2 39.5％，Al2O3 6.5％，P2O5 4％。