煤矸石和稻壳是矿业开采和农业生产中产生的固体废弃物,其存在导致了一系列如占地面积大、环境污染严重及处理成本较高等问题。目前,在对其的应用和开发中,存在产品附加值较低、工艺复杂及二次污染等情况。因此,本文以煤矸石和稻壳为主要原料出于提高产品附加值和简化生产工艺的目的,通过一系列试验和正交表分析等方法,采用包括X射线衍射、扫描电镜、差热分析及介电频谱仪等手段对原料和样品进行测试和表征。研发且制备以煤矸石和稻壳为主要原料的微晶玻璃;同时探索基础玻璃的熔制过程;分析不同化学组成下玻璃的熔融和均化效果;研究不同热处理影响因素下微晶玻璃的析晶行为;总结其对微晶玻璃的性能和结构的影响;最后,进一步开拓微晶玻璃的应用领域,初步研发彩色微晶玻璃和发泡微晶玻璃。经过上述研究得到以下结论:(1)淮南稻壳灰中SiO2含量高达90%以上,煤矸石SiO2和Al2O3含量高达80%左右,同时含有少量的碳元素。从成分上分析,可提供微晶玻璃必需的硅铝和还原剂;从颗粒度考虑,煤矸石粒度较细,形状不规则,稻壳灰呈网状结构,密度较轻,经研磨加工后可达到玻璃生产的粒度要求。(2)通过正交试验确定了基础玻璃的最佳工艺参数为:Na2O含量8%、CaO含量15%、S/A为3.2、熔制温度为1450℃。该工艺参数下玻璃熔体的流动性好、熔融温度低、均化均匀,易于水淬。同时,该配方组成的玻璃析晶活化能较低:Ea=410.514kJ/mol,即易于析晶。确定的配方中煤矸石利用比例达70%,引入的稻壳灰比例达17%。废弃物的利用率高,从而配方的成本低。(3)制备微晶玻璃的关键技术在于热处理制度的合理确定。本文采用正交实验方法分析了热处理各工艺因素之间的相互关系,通过实验得出最佳的热处理工艺制度为:T核=740℃,t核=1h,T晶=870℃,t晶=1.5h,其中核化温度对析晶行为的影响最为显著。在该热处理工艺下,制备的微晶玻璃晶相为钙长石,次晶相为透辉石,与依据CaO-Al2O3-SiO2三元系统相图中拟定配方组成判断的晶相一致。从微观结构观察晶相数量较多,分布均匀,表现出网状结构,晶体大小适宜且发育完全。(4)通过探讨热处理工艺因素对微晶玻璃结构与性能的影响,得到:晶核数量随着核化温度的升高而增加,同时收缩率也相应增大;但温度继续升高,则会出现收缩率减低的现象,与此同时,体密度也有类似的变化趋势;在合适的晶化温度和时间下,晶体会逐渐长大且分布均匀,相应地,也会改善微晶玻璃的理化性能。由此可见,温度太高与太低对成核及后来的晶化都有不好的影响。(5)在拟定的配方和最佳热处理工艺制度下制得的微晶玻璃:密度可到2.55g/cm3;介电损耗低至0.1;24h酸碱腐蚀失重量为1.2%和1.4%,即化学稳定性优良。以煤矸石和稻壳为主要原料制备的微晶玻璃通过添加着色剂氧化铁和氧化钴制备出红色和绿色系列的彩色微晶玻璃,着色均匀。通过添加碳酸钠发泡剂制备发泡微晶玻璃,其内空隙和泡径比较小,分布均匀,比表面积较大,气孔的连通性良好。两者的析晶效果和性能与本文所制备的普通微晶玻璃基本一致,进一步扩宽了其应用领域。