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近年来,煤炭在我国国家能源结构中仍占有很大的比例,煤矸石作为煤炭生产过程中被分离出来的固体废弃物也在逐年累积。目前,这些煤矸石以粗加工利用为主,附加值较低。本文针对这一问题,以煤矸石为主要原料制备微晶玻璃,探索了煤矸石为主要原料熔制玻璃过程,研究了不同化学组成的煤矸石基础玻璃的熔制性能;研究了不同化学组成、不同热处理制度下煤矸石微晶玻璃的析晶和烧结行为;探索了煤矸石微晶玻璃的结构衍变规律;对试验制备的煤矸石微晶玻璃进行宏观性能测试;最后,提出一种新的煤矸石微晶玻璃着色工艺。通过上述研究得到以下结论:1煤矸石和其他辅料熔制基础玻璃的过程是:煤矸石中有机质燃烧、高岭石受热脱水并与其它辅料反应生成硅酸盐,在高温下硅酸盐熔融、澄清、均化,得到粘度小的澄清玻璃液。其中,温度升高,煤矸石基础玻璃熔制进程加快;Na2O含量高、SiO2/Al2O3比值大的煤矸石基础玻璃较易熔制:Na2O含量为25%的煤矸石基础玻璃在1300℃下即可熔制,SiO2/Al2O3比值为3.0的煤矸石基础玻璃熔制温度也仅有1350℃;MgO含量为12%的煤矸石基础玻璃在1400℃可实现熔制,增加或降低MgO含量都会使煤矸石基础玻璃熔制温度升高。2 Na2O含量由10%增加到25%,煤矸石微晶玻璃主晶相由镁橄榄石相转变为霞石相,最终转变为硅铝酸钠相,晶体不断长大、数量先迅速增加后缓慢减少;MgO含量高的煤矸石微晶玻璃易于析出柱状镁橄榄石相,且当MgO含量为19%时,煤矸石微晶玻璃析晶较好;SiO2/Al2O3比值≥2.0时,SiO2/Al2O3比值增大,煤矸石微晶玻璃中晶体尺寸逐渐变大,但霞石相重熔,主晶相由霞石相逐渐转变为镁橄榄石相。3煤矸石微晶玻璃的烧结通过粘性流动完成,烧结速率主要受体系粘度影响,同时又与微晶玻璃析晶相关。Na2O含量高、SiO2/Al2O3比值大、热处理温度高的煤矸石微晶玻璃粘度小,烧结速率快;MgO含量高的煤矸石微晶玻璃,由于MgO大量参与析晶,对烧结不利。4煤矸石微晶玻璃热处理过程中,温度较低时,基础玻璃颗粒表面先析出晶体,随着温度升高,晶体增多、长大;当温度达到某一值时,煤矸石微晶玻璃烧结过程开始,试样逐渐致密,同时试样中的晶体继续增多、长大;但当温度过高时,熔点较低的晶体发生重熔,晶体数量减少且玻璃及晶体熔融产生的液相会包裹颗粒间的气体,对试样致密化不利。结构的变化最终会引起煤矸石微晶玻璃性能的改变。5在坯体成型时,加入1%Co2O3和3%NiO可将煤矸石微晶玻璃分别着成蓝色和紫色;而加入1%K2Cr2O7,煤矸石微晶玻璃试样表面形成黄色条纹。