冶金熔渣生產(chǎn)高性能微晶玻璃

【中玻網(wǎng)】微晶玻璃是一種由適當(dāng)組成的玻璃顆粒經(jīng)燒結(jié)與晶化，制成的由結(jié)晶相和玻璃相組成的質(zhì)地堅硬、密實均勻的復(fù)相材料。

　　礦渣微晶玻璃是以冶金渣、尾礦等工業(yè)廢渣及天然礦物為主要原料，引入一定量的晶核劑、助熔劑等輔助原料，經(jīng)配料、熔化、成型、退火、晶化等工序制成的一種微晶材料。

　　微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的雙重特性，可用于建筑幕墻及室內(nèi)高等裝飾，還可用作機械上的結(jié)構(gòu)材料，電子、電工上的絕緣材料，大規(guī)模集成電路的底板材料，化工與防腐材料和礦山耐磨材料等。

　　隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，各種礦渣、尾礦大量排放和堆積，造成了較為嚴(yán)重的環(huán)境問題。傳統(tǒng)微晶玻璃多數(shù)以天然礦物或純化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)，而礦渣微晶玻璃則以各種廢棄尾礦為主要原料，不但原料豐富，且制備的微晶玻璃某些優(yōu)異的性能和消耗工業(yè)廢渣的特點是其他材料不可比擬的。

　　但是，當(dāng)前礦渣微晶玻璃在生產(chǎn)過程中卻面臨著生產(chǎn)成本過高，產(chǎn)品無市場競爭力的現(xiàn)狀。通過分析礦渣微晶玻璃的成本構(gòu)成可以發(fā)現(xiàn)，其原料成本在10％～15％，燃料成本高達(dá)60％以上。

　　因此，如何降低原料、燃料成本，提高產(chǎn)品競爭力成為行業(yè)鉆研的課題。

　　安徽華慧晶甲微晶材料有限公司的賈培祥總工程師就是眾多鉆研者中的一個。近日，在一次技術(shù)交流會上，賈培祥向記者分享了他和他的團隊在微晶玻璃生產(chǎn)方面的打破，希望能給行業(yè)人士帶來一些啟發(fā)。

　　賈培祥表示，利用工業(yè)廢渣，尤其是冶煉熱熔渣的熱焓，生產(chǎn)高性能微晶玻璃效果很好，熱熔渣溫度可達(dá)1400℃以上，約為420kCal/Kg·℃，每噸渣含有相當(dāng)60kg標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量，可以節(jié)約近80％的能源，使得礦渣微晶玻璃的生產(chǎn)成本大幅下降50％以上，再加上環(huán)保方面的效益，利用冶金熱熔渣生產(chǎn)高性能微晶玻璃將具有顯著效益。

　　高爐熱熔渣是冶煉生鐵時高爐中排放出來的，是冶金工業(yè)中排放量很大的一種渣，給自然環(huán)境造成較為嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。通過成分檢驗發(fā)現(xiàn)高爐熱熔渣的主要成分及重量百分?jǐn)?shù)含量為：SiO2(10～20％)、CaO(40～50％)、Al2O3(2～10％)及Fe2O3(15～25％)。

　　利用冶金熱熔渣生產(chǎn)高性能微晶玻璃，一方面，可以節(jié)約能源，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；另一方面，1500℃的高溫可以將原料中的一切有毒、有害的物質(zhì)變成新物質(zhì)——硅酸鹽，清理重金屬可能帶來危害。

　　經(jīng)過十多年不斷探索攻關(guān)，目前，賈培祥已經(jīng)在配方設(shè)計，成型工藝，晶化-退火工藝等方面取得打破。

　　在配方設(shè)計上，賈培祥及其團隊提出要充分利用礦渣的基本組成，如冶煉廢渣自然冷卻能夠形成強度比較高的晶體，在此基礎(chǔ)上，其團隊礦渣很大利用率可達(dá)到70％。在晶核劑的選用上，團隊采用復(fù)合晶核劑（主晶相是硅灰石、透輝石和尖晶石），能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶溫度少于950℃，晶化時間小于30分鐘的可操作性工業(yè)化生產(chǎn)工藝。

　　此外，團隊和蚌埠院聯(lián)合開發(fā)了二次成型施釉技術(shù)。由于礦渣微晶玻璃的主要原料是礦渣，而礦渣中的化學(xué)成分波動非常大，且含有較多的著色能力強的成分，比如鐵、錳、鉻等元素的氧化物，容易導(dǎo)致礦渣微晶玻璃的外觀質(zhì)量問題，尤其是作為建筑裝飾微晶玻璃需要各種顏色的產(chǎn)品，單純的礦渣微晶玻璃難以滿足建筑裝飾板材對顏色及外觀多樣化的要求。

　　為此，團隊提出利用礦渣微晶玻璃為載體，在微晶玻璃上面形成2～3mm的釉面微晶玻璃，從而可以生產(chǎn)出多種顏色的礦渣微晶玻璃，滿足了建筑裝飾材料的市場要求。

　　在成型工藝上，礦渣微晶玻璃的成型工藝是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，目前團隊在烏克蘭壓延技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實踐和研究，采用瀑布式預(yù)成型壓延機的改進(jìn)，改進(jìn)后的壓延機生產(chǎn)的微晶玻璃的厚度從原來8~12mm，增加到8~20mm，這種成型技術(shù)主要是解決了礦渣微晶玻璃的析晶上限溫度高（1180℃~1250℃），現(xiàn)在的成型溫度可以在1350℃~1400℃調(diào)整，真實做到從流液口流出的玻璃液，來多少走多少，完全解決了玻璃液在流液口處析晶導(dǎo)致生產(chǎn)周期短的問題。

　　賈培祥帶領(lǐng)團隊還設(shè)計了微晶玻璃板的熱切裝置，是在成型后的玻璃板進(jìn)晶化窯前還具有可塑性的時候，實施一個類似鍘刀形式的熱切，把玻璃板切出一條高層度約為三分二板厚的切痕，板材在晶化窯內(nèi)晶化的過程中體積產(chǎn)生大約5％的收縮率，在退火區(qū)微晶玻璃板就可以自動斷開，原板的長短可以用時間繼電器來控制，準(zhǔn)確、方便、可靠且運行成本低。

　　能否獲得高質(zhì)量的礦渣微晶玻璃，晶化工藝是不可或缺的重要技術(shù)，它是配方、熔制和成型工藝成果的結(jié)晶。因此在晶化-退火工藝方面，團隊采用復(fù)合晶核劑，實現(xiàn)玻璃的快速結(jié)晶；為克服成型溫度波動非常大的缺點，團隊在微晶玻璃核化之前設(shè)計了一個均熱帶，很好的解決了礦渣微晶玻璃斷面凈化不均勻的問題。

　　賈培祥表示，目前，我國高爐渣年出量1.5億噸以上，多年來，高爐渣主要用于生產(chǎn)水泥和礦渣微粉，但投入資金大、經(jīng)濟效益低、余熱不能有效利用。因此，利用熱熔渣生產(chǎn)的礦渣微晶玻璃板材被稱為跨世紀(jì)的新材料。

　　礦渣微晶玻璃的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，是一種非常好的結(jié)構(gòu)材料，既可以做工業(yè)用防護板材，也可以作為建筑裝飾材料，更可以作為建筑結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)微晶玻璃生產(chǎn)成本下降50％以上時，微晶玻璃性價比非常高，可以替代高等石材，減少對天然石材的開采，減輕對環(huán)境的破壞和污染，同時節(jié)約能源，創(chuàng)造了非常大的經(jīng)濟效益，具有很好的應(yīng)用前景，利用冶金熱熔渣生產(chǎn)高性能微晶玻璃的未來不可估量。

　　但與此同時，賈培祥也表示，當(dāng)前利用冶金熱熔渣生產(chǎn)高性能微晶玻璃中還存在一個難以克服的問題，即熱熔渣與輔助料攪拌均勻問題，希望各行各業(yè)的相關(guān)人士學(xué)者能夠關(guān)注冶金熱熔渣生產(chǎn)高性能微晶玻璃，共同探討解決方案。