本发明涉及一种利用高温液态工业矿渣生产陶瓷釉用熔块的方法。
背景技术：
矿石经过选矿或冶炼后的残余物称为矿渣。火法冶金生产，比如钢铁冶炼、铜冶炼、铝冶炼生产过程中都会产生大量高温液态工业矿渣。另外，有些非金属工业原料，比如黄磷等，也是由天然矿物通过高温工艺生产的，其生产过程也会产大量的高温液态工业矿渣。高温液态工业矿渣的成分一般以硅酸盐为主，化学组成随生产工艺、矿石种类及冶炼助剂的不同而有差异。部分代表性矿渣主要成分见表1。
表1
水淬和热闷是目前矿渣的常用处理方法。处理后的矿渣部分可用作建筑骨料、筑路骨料等，高炉水渣磨细后被广泛用作水泥掺合料。但总的来说，矿渣被开发利用的价值不高。渣中蕴含的显热一般也难以利用；而且热态矿渣水淬及热闷处理过程中，需消耗大量的水，并产生腐蚀性蒸汽和废水，造成环境污染。若能利用热态矿渣生产高附加值材料，则可极大提升热态矿渣的价值，对保护生态环境是很有意义的。
陶瓷生产离不开釉。釉是指覆盖在陶瓷坯体表面的一层薄薄的玻璃态或玻璃态与结晶态相结合的物质，具有提高制品性能、装饰等作用，按外表特征可分为透明釉、乳浊釉、结晶釉等品种，按原料组成可分为熔块釉、部分熔块釉、生料釉。熔块釉是将原料先熔融成玻璃液态物质后水淬成颗粒，即熔块，再分级，配料组合成釉料使用。部分熔块釉是将熔块与其他物料混合加水研磨制浆使用的，制成的釉浆具有较稳定的悬浮性和对坯体的良好粘着性。 由于熔块釉相对于生料釉具有能够稳定釉料性质、扩大釉烧成范围、提高釉面质量等诸多优点，近年来在釉面陶瓷生产中得到了越来越广泛的应用。但熔块生产存在能耗较高等问题。
有些釉料和陶瓷生产企业在熔块的配方中加入少量冷态的工业矿渣，例如，专利“一种利用工业矿渣进行分相黑色花釉的制备方法”(专利申请号：CN201210087100.3)提出了一种利用工业矿渣进行分相黑色花釉的制备方法，利用釉烧成过程中熔体产生的分相机理结合矿渣着色氧化物进行着色，使少量着色氧化物产生较大的着色能力，从而发明了一种成本低、稳定性高、花纹丰富的黑色花釉的制备方法；专利“利用铝型材工业矿渣制备陶瓷熔块的方法”(专利申请号：CN201210510902.0)公开了一种利用铝型材工业矿渣制备陶瓷熔块的方法，此发明在预处理过的工业铝型材矿渣中加入必要的配合料，制得陶瓷熔块。这些针对冷态矿渣开展的生产陶瓷釉用熔块研究工作，利用了矿渣的矿物资源，但未涉及利用高温液态工业矿渣的高温能量。
受各种窑炉加热效率的局限，若采用矿物原料熔制与渣相同成分的等量玻璃熔体，需消耗大量能源，从理论上讲，若利用高温液态工业矿渣为原料生产熔块，可节约原料加热熔融所需的能源。同时，还可减少熔块生产所需的助熔剂用量，相应可减少因助熔剂分解排出的各类污染性气体对环境造成的不利影响。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用高温液态工业矿渣自身具有的高温热能、化学成分直接制备陶瓷釉用熔块的方法，减少了陶瓷釉用熔块生产所需的矿物原料和能源。
本发明是向高温液态工业矿渣中加入一定比例的调质料，在窑炉内加热混合料，使混合料熔融、澄清、均化，然后水淬成熔块颗粒，然后再将熔块颗粒烘干、破碎、筛分后制得陶瓷釉用熔块。
本发明提供一种利用高温液态工业矿渣生产陶瓷釉用熔块的方法，其包括以下步骤：
(1)将高温液态工业矿渣20～90重量份加入高温窑炉，加入10～95重量份的调质料，于1300℃～1600℃温度下加热，使调质料熔化并与矿渣混合为澄清均化的熔体；
(2)将熔体从高温窑炉内排出并水淬成熔块颗粒，将熔块颗粒烘干、破碎、筛分后制得陶瓷釉用熔块。
优先的，上述步骤(1)所述的调质料可根据目标熔块成分和工业矿渣成分，由5～65重量份的石英砂、石英岩、硅砂、砂岩、高岭土、粘土、粉煤灰、叶蜡石、氧化铝、氢氧化铝、镁砂、锆英砂、长石、钾长石、钠长石、氧化钙、石灰石、白云石、滑石、菱镁矿、玄武岩和废玻璃的一种或多种以及5～30重量份的助熔剂、晶核剂、澄清剂、着色剂和脱色剂的一 种或多种制得。
进一步优先的，上述步骤(1)中高温液态工业矿渣为50～80重量份，调质料为45～65重量份的石英砂、石英岩、硅砂、砂岩、高岭土、粘土、粉煤灰、叶蜡石、氧化铝、氢氧化铝、镁砂、锆英砂、长石、钾长石、钠长石、氧化钙、石灰石、白云石、滑石、菱镁矿、玄武岩和废玻璃的一种或多种以及10～26重量份的助熔剂、晶核剂、澄清剂、着色剂和脱色剂的一种或多种。
优先的，上述步骤(1)所述的调质料可制成混合均匀的固态粉料或加热熔化的液态料。
优先的，上述步骤(1)所述的调质料可以直接加入高温窑炉内，也可以在接取高温液态工业矿渣的过程中加入。
优先的，上述步骤(1)所述的助熔剂选自碳酸钠、碳酸钾、硝酸钠、硝酸钾、芒硝、萤石、氟硅酸钠、冰晶石、硼酸、硼砂、氧化锂、氧化铅、氧化锌、磷酸钠等；所述晶核剂选自氧化铁、氧化钛、氧化锆、氧化铬、碳、硫、碳化硅、金属硫化物、Si、Zn、Au、Ag、Fe、Mn、Cu等金属粉；所述澄清剂选自三氧化二砷、三氧化二锑、焦锑酸钠、硝酸盐、硫酸盐、二氧化铈、氟化物、食盐；所述着色剂选自Ag、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Ni、Co、Sb等金属或金属离子化合物、硫、砷和硒及其化合物等；所述脱色剂选自Se、三氧化二砷、三氧化二锑、焦锑酸钠、Na2S、二氧化铈、五氧化二砷、五氧化二锑、碳、硝酸盐、氟化物、氯化物等。
优先的，上述步骤(1)所述的高温液态工业矿渣中SiO2、Al2O3和CaO含量合计大于60％。
优先的，上述步骤(1)所述的高温液态工业矿渣为冶炼过程中排出的900～1600℃的高温液态的工业矿渣，具体可以为高炉铁渣、Corex直接熔融还原炼铁炉渣、钢渣、铅渣、铝渣、铜渣或磷渣。
其中，
高温液态的高炉铁渣的组成一般为(重量份)：SiO2 28～38，Al2O3 5～18，CaO 30～48，T.Fe 0～1.5，MgO 0～6，P2O5 0～2。
高温液态Corex直接熔融还原炼铁炉渣的组成一般为(重量份)：SiO2 27～37，Al2O3 6～19，CaO 30～45，T.Fe 0.1～1.8，MgO 0～9，P2O5 0～2。
高温液态钢渣的组成一般为(重量份)：SiO2 8～20，Al2O3 2～5，CaO 40～60，T.Fe 3～18，MgO 0～6，P2O5 0～2。
高温液态磷渣的组成一般为(重量份)：SiO2 35～45，Al2O3 3～7，CaO 45～55，T.Fe 0～3，MgO 0～3，P2O5 1～6。
优先的，上述步骤(1)所述的高温窑炉为燃气、燃煤、燃油等燃烧窑炉，电弧加热或电极加热或电阻加热的电熔窑、或燃烧窑炉与电熔窑结合的窑炉。
优先的，上述步骤(1)所述的高温窑炉设备包括1～3座窑炉。
优先的，步骤(2)所述的陶瓷釉用熔块为结晶釉用熔块、微晶熔块、乳浊釉用熔块或透明釉用熔块。
步骤(2)中术语“水淬”，指的是混合料经高温熔融后形成的高温玻璃液体缓慢流入水中急速冷却使其淬化的一个过程。
在步骤(2)制得陶瓷釉用熔块后，还可以进一步排出在高温窑炉内沉淀的金属，进行回收利用。
本发明提出了一种利用高温液态工业矿渣生产陶瓷釉用熔块的方法，其优点在于：
1.高温液态工业矿渣在高温状态直接得到有效利用，降低了熔块生产能耗，经济效益明显且有利于保护生态环境。
2.所制备的熔块颗粒具有烧成温度宽、膨胀系数合适、强度高、耐磨等优点。
3.制得的陶瓷釉用熔块为微晶熔块、乳浊釉用熔块或透明釉用熔块，可直接用作陶瓷釉、搪瓷釉或微晶玻璃复合陶瓷板的原料。
4.高温液态工业矿渣所含有的金属，可在高温窑炉内沉淀聚集后排出，可用作冶金生产原料。
具体实施方式
实施例1
预先将按照重量份数为：粉煤灰5份、石英砂45份、碳酸钠20份、硝酸钠5份、三氧化二锑1份混合均匀，制得固态调质料备用。
将重量份数为80份的高温液态Corex直接熔融还原炼铁炉渣排入玻璃熔化窑内，同时加入上述预备的调质料，在熔化窑内于1450℃温度下加热6小时，使调质料熔化并与炉渣混合均匀，得到澄清、均化的熔体。
将熔体从熔化窑内排出，同时用冷水冲熔体，使熔体水淬成熔块颗粒，将熔块颗粒烘干、破碎、筛分后制得陶瓷透明釉用熔块产品，熔块热膨胀系数(0～600℃)为(6.4～6.6)xl0-6/℃，用此熔块制得的陶瓷面砖表面莫氏硬度达到4级。
所述高温液态Corex直接熔融还原炼铁炉渣的组成为:CaO 40％，SiO2 33％，Al2O3 17％，MgO 9％。
实施例2
预先按照重量份数为：将锆英砂5份，石英砂20份、长石20份、镁砂8份，硼砂10份混合均匀，制得固态调质料备用。
将重量份数为50份的高温液态黄磷渣接入电弧炉内，同时加入上述预备的调质料，在电弧炉内加热1小时，使调质料熔化。
将熔体倒入池窑内，在池窑内于1430℃温度下加热4小时，得到的澄清、均化熔体。
将熔体从池窑内排出，同时用冷水冲熔体，使熔体水淬成熔块颗粒，将熔块颗粒烘干、破碎、筛分后制得陶瓷微晶釉用熔块产品，熔块热膨胀系数(0～600℃)为(6.5～6.7)xl0-6/℃，用此熔块制得的微晶玻璃复合陶瓷板表面莫氏硬度达到5级。
所述将高温液态黄磷渣的组成为:CaO 50％，SiO2 39.5％，Al2O3 6.5％，P2O5 4％。