本发明属于城市固体废弃资源再循环利用和环境保护技术领域，涉及一种综合利用城市固废高效制备高强韧微晶玻璃的方法，具体涉及一种利用高温高炉熔渣、热电厂粉煤灰、城市生活垃圾焚烧底灰和少量纯化学试剂为原料制备高强韧微晶玻璃的工艺。
背景技术：
随着我国工业技术和城市生活水平的不断提升，以工业废渣和生活垃圾为代表的城市固体废弃物产量不断累积增加。堆积的城市固体废弃物不仅占用大量的土地资源，且固体废弃物中的重金属等有害物质极易对周边环境造成二次浸出污染，对人类社会的可持续发展提出了严峻的挑战。目前国内对城市固体废弃物的回收利用方式主要集中在路基回填、水泥原料制备等低附加值利用领域，且综合利用率不足40％。因此，如何高效、大量地无害化回收利用城市固体废弃物是实现可持续发展亟需解决的一大难题。
微晶玻璃是将特定组分的基础玻璃，通过核化晶化热处理工艺制备得到一类含有大量微晶相和少量玻璃相组成的多晶固体材料。微晶玻璃产品具有抗弯、抗压性能良好、化学稳定性好和耐磨耐蚀等诸多优点，在强腐蚀性工业领域、海洋建工和建筑装饰材料等方面具有广阔的应用前景。
高炉熔渣、粉煤灰和垃圾焚烧灰的主要成分是cao、mgo、al2o3、sio2等，是构成微晶玻璃的基础，而其中含有的少量cr3+、cu2+、zn2+等重金属元素是制备微晶玻璃常用的形核剂成分。相较于采用单一固体废弃物制备微晶玻璃，根据固体废弃物各自的化学组成，基于成分互补原理，协同制备微晶玻璃产品更具有实现意义和应用前景。同时1500℃左右的高炉熔渣本身就是一种资源和能源的结合体，利用其本身所含有的高品质热量作为熔制基础玻璃的热源，能够大大降低基础玻璃熔制所需的额外热量，实现高炉熔渣的高品质热量回收利用的同时避免因传统水冲渣工艺带来的大量水资源浪费和环境污染问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种综合利用城市固废高效制备高强韧微晶玻璃的方法，具有原材料成本低、工艺简单、能源利用率高且能耗低等特点，可高效回收高炉熔渣热量避免因传统水冲渣工艺带来的大量水资源浪费和环境污染问题，实现多种城市固废的协同开发利用高附加值产品，减轻环境负荷。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种综合利用城市固废高效制备高强韧微晶玻璃的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以1450℃～1550℃高炉熔渣和采用粉煤灰、垃圾焚烧底灰及少量化学试剂制成的复合压条为原料，根据微晶玻璃化学组成分质量分数配比如下：高炉熔渣40～55％，复合压条60％～45％，其中复合压条中各组分质量分数配比如下：粉煤灰60％～70％，城市生活垃圾焚烧底灰20％～30％，化学试剂0～20％，化学试剂采用mgo、tio2和caf2三种；
2)熔化静置：将上述高炉熔渣倒入事先排放好复合压条的坩埚中，加热使坩埚中基础玻璃液温度保持在1480℃±30℃，静置保温30min～60min，完成冷料熔融成分均匀化；
3)离心转盘粒化：将熔制好的基础玻璃液浇注至高速旋转的转盘上，浇注高度在0.8m～1m，通过离心粒化和压缩空气的联合作用下制备得到基础玻璃颗粒和拉丝，得到的基础玻璃颗粒尺寸≤φ3mm；
4)气流碾磨及成型：将得到的基础玻璃颗粒和拉丝通过气流磨床，最后得到粒度200目～400目的基础玻璃粉末，将磨好的基础玻璃粉末颗粒装模在150mpa～200mpa压力下压制成型；
5)核化和晶华：将压制成型的样品放入马弗炉中，分段升温保温完成核化和晶化，然后随炉冷却；
6)成品磨抛：对随炉冷却得到的微晶玻璃进行最终的打磨抛光，制备成品。
作为优选，所述步骤1)的高炉熔渣的液态密度2.3～2.5g/cm3，复合压条采用扁平长条式，复合压条的压装密度为2.8～3.0g/cm3，尺寸为300mm×200mm×15±2mm，复合压条压制压力为30mpa～60mpa。
作为优选，所述步骤1)的微晶玻璃化学组分为：40％～50％sio2，18％～25％cao，8％～10％mgo，10％～12％al2o3，2％～6％caf2，1％～3％tio2和4％～8％的其他形核剂及碱金属氧化物。
作为改进，所述步骤1)中的粉煤灰为热电厂粉煤灰，垃圾焚烧底灰为城市生活垃圾焚烧底灰，垃圾焚烧底灰需进行碎料碾磨过200目筛盘，该底灰在碎料碾磨前应先过2mm圆孔筛以筛除小石块、陶瓷片和玻璃片。
优选的，所述步骤2)的坩埚中复合压条的排放方式为以坩埚底中心为辐射状排放，上下叠层之间采用间隙叠方式。
优选的，所述步骤3)中的转盘采用耐热钢，转盘直径600mm，转盘转速控制在1500rpm/min～2500rmp/min，浇注的流量速度为0.1m3/min左右，保持束流，浇注时间为6～10min，浇注过程中带33～37kw功率浇注，压缩空气侧吹压力≥0.7mpa，得到的基础玻璃颗粒质量占比达90％以上。
进一步，所述步骤4)中气流碾磨的压缩空气压力为0.7～0.8mpa，工作时间为3min～10min。
最后，所述步骤5)中的分段升温完成核化和晶化的具体过程为：以3℃～5℃/min的升温速率升温至480～520℃，然后以9～11℃/min的升温速率升温至750℃～850℃，保温90min～150min，进行充分核化；然后以4～6℃/min的升温速率升至900℃～980℃，保温30min～90min，完成晶化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、以高炉熔渣、热电厂粉煤灰和城市垃圾焚烧底灰为主原料协同制备微晶玻璃产品，此三者质量占比≥90％，可大量消耗多种城市固体废弃物的同时大大降低微晶玻璃产品的制备成本；
2、充分利用高炉熔渣1500℃±50℃自身所带有的高品质热量，大大降低熔制基础玻璃液所需的额外热量，降低微晶玻璃制备成本；
3、充分利用热电厂粉煤灰和城市生活垃圾焚烧底灰中所含有的重金属元素，如cr3+、cu2+、zn2+等作为微晶玻璃的形核核心，避免额外添加贵重形核剂降低微晶玻璃制备成本的同时，可有效锁住重金属离子，防止浸出二次污染周围环境；
4、采用离心转盘法结合压缩空气，可有效制备基础玻璃颗粒，过程简便，能耗低，能源利用率高，可有效避免因传统水冲渣工艺引起的水资源浪费和有害气体污染环境问题；
本发明具有原材料成本低、工艺简单、能源利用率高且能耗低等特点，可高效回收高炉熔渣热量避免因传统水冲渣工艺带来的大量水资源浪费和环境污染问题，实现多种城市固废的协同开发利用高附加值产品，减轻环境负荷，制备的微晶玻璃产品在强腐蚀工业、耐磨采矿和建筑材料等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的工艺流程图；
图2为本发明提供的设备工装图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种综合利用城市固废高效制备高强韧微晶玻璃的方法，制备工艺步骤如下：
1、配放粉煤灰、垃圾焚烧灰和纯化学试剂复合压条：按高炉熔渣理论质量配比50％配放，高炉熔渣1液态密度2.4g/cm3，体积约0.45m3，质量1080kg，复合压条2为1080kg。复合压条2排放方式为以坩埚底中心为辐射状排放，上下叠层之间采用间隙叠方式；其中复合压条2采用扁平长条式，压装密度3g/cm3，尺寸为300mm×200mm×15±2mm，复合压条2中各组分质量分数配比如下：60％热电厂粉煤灰、20％生活垃圾焚烧底灰、10％mgo、4％tio2和6％caf2；复合压条2压制压力为45mpa；
2、浇注及基础玻璃液熔制：将1520℃的高炉熔渣1倾倒至安放好复合压条2的坩埚3中，升温至1500℃，静置45min，完成冷料熔融成分均匀化；
3、离心转盘加压缩空气侧吹：将盛有熔融玻璃液4的坩埚3降至离心转盘5正上方0.8m位置，将坩埚3浇水口对准离心转盘5正中心，离心转盘5转速1800rmp，浇注流量控制在0.1m3/min，保持束流，浇注时间为8min，浇注过程中带35kw功率浇注；压缩空气侧吹压力为0.7mpa，以达到更好的冷却和碰撞破碎效果，制备所得的基础玻璃颗粒6度尺寸分布在0.2mm～2mm之间，基础玻璃颗粒6质量占比92％，拉丝占比8％；
4、气流磨及压制成型：将得到基础玻璃颗粒6和拉丝用传送带运至气流磨床7上，气流磨压缩空气工作压力0.7mpa，工作时间4min，得到的玻璃颗粒粉末8可过300目筛盘；将得到的基础玻璃颗粒粉末8装入模具中，压制压力设置为150mpa；
5、核化和晶化热处理：将压制成型的制品放置于马弗炉内，先以3℃/min的升温速率升至500℃，然后以10℃/min的升温速率升至815℃，核化保温120min；然后再以5℃/min的升温速率升至900℃，晶化保温60min；随炉冷却至室温；
6、微晶玻璃成品打磨抛光。
上述工艺条件下得到的微晶玻璃性能指标为：显微硬度980hv，莫氏硬度6～7级，抗弯强度120mpa，体积密度为2.63g/cm3，25℃实验室状态下在1％体积浓度硫酸溶液和氢氧化钠溶液中浸泡1000h后质量损失率分被为2.7％和0.6％。
实施例2
一种综合利用城市固废高效制备高强韧微晶玻璃的方法，本实施例中原材料采用全固废，无化学试剂添加，制备工艺步骤如下：
1、配放粉煤灰和垃圾焚烧灰复合压条：按高炉熔渣理论质量配比55％配放，高炉熔渣1液态密度2.3g/cm3，体积约0.5m3，质量1150kg，复合压条2为940kg。复合压条2排放方式为以坩埚3底中心为辐射状排放，上下叠层之间采用间隙叠方式，其中复合压条2采用扁平长条式，压装密度2.8g/cm3，尺寸为300mm×200mm×15±2mm，复合压条2中各组分质量分数配比如下：70％热电厂粉煤灰、30％生活垃圾焚烧底灰，复合压条压制压力为50mpa；
2、浇注及基础玻璃液熔制：将1500℃高炉熔渣1倾倒至安放好复合压条的坩埚3中，升温至1500℃，静置40min；
3、离心转盘加压缩空气侧吹：将盛有熔融玻璃液的坩埚3降至离心转盘5正上方0.8m位置，将坩埚3浇水口对准离心转盘5正中心，离心转盘5转速1800rmp，浇注流量控制在0.1m3/min左右，保持束流，浇注时间为8min，浇注过程中带35kw功率浇注；压缩空气测吹压力为0.75mpa，以达到更好的冷却和碰撞破碎效果，制备所得的基础玻璃颗粒度6尺寸分布在0.2mm～3mm之间，基础玻璃颗粒6质量占比91％，拉丝占比9％；
4、气流磨及压制成型：将得到基础玻璃颗粒6和拉丝用传送带运至气流磨床7上，气流磨压缩空气工作压力0.7mpa，工作时间4min，得到的玻璃颗粒粉末8可过300目筛盘，将得到的基础玻璃颗粒粉末8装入模具中，压制压力设置为180mpa；
5、核化和晶化热处理：将压制成型的制品放置于马弗炉内，先以3℃/min的升温速率升至500℃，然后以10℃/min的升温速率升至770℃，核化保温120min；然后再以5℃/min的升温速率升至970℃，晶化保温90min；随炉冷却至室温；
6、微晶玻璃成品打磨抛光。
上述工艺条件下得到的微晶玻璃性能指标为：显微硬度1075hv，莫氏硬度7级，抗弯强度110mpa，体积密度为2.68g/cm3，25℃实验室状态下在1％体积浓度硫酸溶液和氢氧化钠溶液中浸泡1000h后质量损失率分被为3％和0.4％。
本发明综合利用高炉熔渣、热电厂粉煤灰和城市生活垃圾焚烧灰作为原料制备具有高附加值的高强韧微晶玻璃，综合质量利用率≥90％，大大提升工业固废和城市固废的回收利用率和回收价值；充分利用了高炉熔渣的高品质热量，大大降低了基础玻璃颗粒熔制所需的额外热量；采用离心转盘结合压缩空气制备方法，工艺简单，能耗低，可有效避免传统水冲渣工艺造成的大量水资源浪费和有毒有害气体排放，降低环境负荷；制备所得的微晶玻璃产品以重金属元素作为形核核心，可有效降低热电厂粉煤灰和城市生活垃圾焚烧灰中在填路或掩埋中产生的重金属元素二次浸出污染，具有可实现的环境保护意义；进一步推进利用工业固废和城市固废协同制备微晶玻璃的工业化进程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。