既“绿色”又“多色”的固废微晶玻璃

　　微晶玻璃又称玻璃陶瓷或结晶化玻璃，是将特定组成的基础玻璃在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。微晶玻璃是一种重要的新型无机非金属材料，具有很高的机械强度、硬度，显著的耐腐蚀、良好的抗热冲击性能，广泛应用于建筑、日用、电子、化工、军工、航空航天、生物和新型光学等领域。

　　微晶玻璃的结构和性能与陶瓷、玻璃均不相同，微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料，而玻璃则是非晶态或无定形体。

　　尽管微晶玻璃的结构、性能及生产方法与玻璃、陶瓷都有一定的区别，但是微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又有陶瓷的多晶特征，成为一类独特的新型材料。微晶玻璃具有很多优异的性能，其性能由晶相的矿物组成与玻璃相的化学组成及它们的数量决定。因而它集中了玻璃和陶瓷的特点，与传统玻璃相比，其软化温度、热稳定性、化学稳定性、机械强度、硬度比较高，并具有一些特殊的性能；与陶瓷相比，它的显微结构均匀致密、无气孔、表面光洁、制品尺寸准确，并能生产特大尺寸的制品。它不仅可以替代工业及建筑业的传统材料，而且将开辟全新的应用领域。

　　配方组分设计：冶金固废种类多样，成分差异化明显，根据微晶玻璃特性结合原料特点，合理进行组合设计，实现最大化利用冶金固废。对于固废综合利用具有较多未知性探索试验，主要表现在各类微量元素对于微晶玻璃制备的影响，如硫、铬、钒、钛、铁等。因此，要考虑微量元素有益作用的同时，还要考虑通过中和、还原等其他手段抑制有害作用的产生。铁在低含量和高含量不同状态时，在微晶玻璃中的作用完全不同，可以作为晶核剂，也可以是着色剂。微晶玻璃的制备和气氛有着极为重要的关系，同一个配方，氧化气氛和还原气氛生产出来的可能是两种产品。

　　多数固废中钙、镁等含量较高，对成型的影响较为明显，如何在保障固废利用率的同时解决成型带来的一系列问题是核心技术之一。

　　固废组分生产微晶玻璃，面临高温黏度较低、加速窑炉侵蚀等问题，因此设计组分包括体系选择时，需要充分考虑该因素，保障窑炉使用寿命也是关键技术之一。

　　固废元素种类多，物相组成复杂。要充分解析其理化性能，才能进行设计和开发，国内外还未有大量的相关研究课题作为支撑。

　　熔化：热利用效率与传统火焰窑相比提升近1倍，且无废气排除、无须脱硫脱硝，清洁环保。在固废微晶玻璃生产中，对于玻璃液熔制质量要求非常高，传统的火焰窑熔化技术不能满足固废微晶玻璃的熔化需求，因为在固废中含有大量的金属化合物，玻璃液的导热性能和传统的玻璃相比有着本质的区别，需要使用更加合理的温度控制手段，保障长期稳定的生产，这只有电熔窑才能实现。四川一名微晶科技股份有限公司（以下简称一名微晶）的全电熔压延法制备微晶玻璃专利就是该技术的核心，其掌握了全电熔窑炉大型化生产及装备技术。

　　成型：随着低膨胀微晶玻璃工业化成功后，微晶玻璃压延法才逐步得到推广，但是基于工业原料为主要原料进行生产和控制。微晶玻璃在成型过程中最大的问题是如何控制适合该体系的温度，是设备、工艺、组分系统的整体问题。在固废微晶玻璃生产过程中如何使上升道、料道、出料口、唇砖等部位的玻璃液组分均匀、温度均匀、黏度适合是成型的关键技术之一。一名微晶经过近10年的探索，从配方设计、工艺参数设定、设备优化等方面系统地解决了该技术难点。通过成型技术的控制使其板面平整度达到免磨抛、提高成材率也是一名微晶的核心技术之一。

　　退火晶化：传统微晶玻璃一般在成型之后经过冷却退火，再升温晶化，晶化完成后再进行退火、加工，既浪费能源又影响生产效率。一名微晶针对固废微晶的退火晶化开发了一次晶化手段，节约能耗近50%。同时，晶化是微晶玻璃重要的工艺环节，如何实现板材颜色和晶体生长的控制，一名微晶有成套的经验和技术。固废微晶玻璃要实现晶体均质化，就需要对微晶玻璃成核机理进行深入的研究。一名微晶在组分、温度、时间等重要因素上，进行了上千组试验，掌握了不同体系微晶玻璃成核及晶体生长的控制理论，通过近10年的生产实践，掌握了纳米、微米级晶体成核控制技术，从而保障产品质量和性能。目前生产的产品晶体含量超过60%，产品性能优于同类产品。

　　微晶玻璃是国家战略新材料，在建筑、节能环保、军事、医学等各领域都开发了相关微晶玻璃产品。目前，作为建筑装饰材料，不仅具备优于传统建筑材料，如耐酸碱、耐污、防滑、无辐射、强度高等优良特性，而且微晶玻璃的颜色不同于玻璃和陶瓷等传统材料，既受离子着色、晶体着色、胶体着色的综合影响，又受晶体种类、工艺、装备等影响。微晶玻璃多花色品种开发在行业内也是重大的技术难点。一名微晶掌握了微晶玻璃颜色控制机理技术，目前已可生产10余种固废微晶玻璃花色品种，在国内外属于领先水平。

　　赤泥的无害化处理和综合利用一直是一个世界性的大难题。一名微晶工艺流程如下：赤泥经汽车运入厂区赤泥中转棚，经赤泥预处理车间处理后，经皮带运输至Ⅰ级熔窑配料站，经配料后进入Ⅰ级熔窑进行铁氧化物还原分离操作，其中液态玻璃经中间溜槽进入Ⅱ级熔窑，液态铁水采用浇注机连续浇注成铁块，回收煤气经净化后输送至煤气柜暂存，全部用于焦炭及赤泥的烘干。玻璃液经Ⅱ级熔窑保温缓冲进一步沉铁分离后进入Ⅲ级熔窑生产微晶玻璃，经压延、退火、均化后得到微晶玻璃板材。整个生产过程无三废排放，又把其含的铁提炼出来，环保价值、社会价值和经济价值极高。全电熔压延微晶玻璃生产总工艺流程见图1。

　　我国铁矿石主要特点：一是贫矿多，富矿少，远远低于世界一些铁矿生产国富矿占总储量的比重；二是矿石成分复杂，共生伴生矿多，导致选矿难度大，开采成本高；三是菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、铁尾矿储量巨大，但传统的钢铁工艺无法利用，不具有经济价值。一名微晶技术与传统炼钢技术对比见图2。

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