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冶金熔渣生产高性能微晶玻璃

中国建材报 2018/10/9 10:14:33

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中国玻璃网】微晶玻璃是一种由适当组成的玻璃颗粒经烧结与晶化,制成的由结晶相和玻璃相组成的质地坚硬、密实均匀的复相材料。

  矿渣微晶玻璃是以冶金渣、尾矿等工业废渣及天然矿物为主要原料,引入一定量的晶核剂、助熔剂等辅助原料,经配料、熔化、成型、退火、晶化等工序制成的一种微晶材料。

  微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性,可用于建筑幕墙及室内高档装饰,还可用作机械上的结构材料,电子、电工上的绝缘材料,大规模集成电路的底板材料,化工与防腐材料和矿山耐磨材料等。

  随着我国工业化进程的加快,各种矿渣、尾矿大量排放和堆积,造成了极为严重的环境问题。传统微晶玻璃多数以天然矿物或纯化学物质生产,而矿渣微晶玻璃则以各种废弃尾矿为主要原料,不但原料丰富,且制备的微晶玻璃某些优异的性能和消耗工业废渣的特点是其他材料不可比拟的。

  但是,当前矿渣微晶玻璃在生产过程中却面临着生产成本过高,产品无市场竞争力的现状。通过分析矿渣微晶玻璃的成本构成可以发现,其原料成本在10%~15%,燃料成本高达60%以上。

  因此,如何降低原料、燃料成本,提高产品竞争力成为行业钻研的课题。

  安徽华慧晶甲微晶材料有限公司的贾培祥总工程师就是众多钻研者中的一个。近日,在一次技术交流会上,贾培祥向记者分享了他和他的团队在微晶玻璃生产方面的突破,希望能给行业人士带来一些启发。

  贾培祥表示,利用工业废渣,尤其是冶炼热熔渣的热焓,生产高性能微晶玻璃效果很好,热熔渣温度可达1400℃以上,约为420kCal/Kg·℃,每吨渣含有相当60kg标准煤的热量,可以节约近80%的能源,使得矿渣微晶玻璃的生产成本大幅下降50%以上,再加上环保方面的效益,利用冶金热熔渣生产高性能微晶玻璃将具有显著效益。

  高炉热熔渣是冶炼生铁时高炉中排放出来的,是冶金工业中排放量很大的一种渣,给生态环境造成极为严重的负担。通过成分检测发现高炉热熔渣的主要成分及重量百分数含量为:SiO2(10~20%)、CaO(40~50%)、Al2O3(2~10%)及Fe2O3(15~25%)。

  利用冶金热熔渣生产高性能微晶玻璃,一方面,可以节约能源,降低产品的生产成本;另一方面,1500℃的高温可以将原料中的一切有毒、有害的物质变成新物质——硅酸盐,消除重金属可能带来危害。

  经过十多年不断探索攻关,目前,贾培祥已经在配方设计,成型工艺,晶化-退火工艺等方面取得突破。

  在配方设计上,贾培祥及其团队提出要充分利用矿渣的基本组成,如冶炼废渣自然冷却能够形成强度比较高的晶体,在此基础上,其团队矿渣很大利用率可达到70%。在晶核剂的选用上,团队采用复合晶核剂(主晶相是硅灰石、透辉石和尖晶石),能够实现结晶温度少于950℃,晶化时间小于30分钟的可操作性工业化生产工艺。

  此外,团队和蚌埠院联合开发了二次成型施釉技术。由于矿渣微晶玻璃的主要原料是矿渣,而矿渣中的化学成分波动较大,且含有较多的着色能力强的成分,比如铁、锰、铬等元素的氧化物,容易导致矿渣微晶玻璃的外观质量问题,尤其是作为建筑装饰微晶玻璃需要各种颜色的产品,单纯的矿渣微晶玻璃难以满足建筑装饰板材对颜色及外观多样化的要求。

  为此,团队提出利用矿渣微晶玻璃为载体,在微晶玻璃上面形成2~3mm的釉面微晶玻璃,从而可以生产出多种颜色的矿渣微晶玻璃,满足了建筑装饰材料的市场要求。

  在成型工艺上,矿渣微晶玻璃的成型工艺是生产过程中的关键技术,目前团队在乌克兰压延技术的基础上进行了实践和研究,采用瀑布式预成型压延机的改进,改进后的压延机生产的微晶玻璃的厚度从原来8~12mm,增加到8~20mm,这种成型技术主要是解决了矿渣微晶玻璃的析晶上限温度高(1180℃~1250℃),现在的成型温度可以在1350℃~1400℃调整,真正做到从流液口流出的玻璃液,来多少走多少,彻底解决了玻璃液在流液口处析晶导致生产周期短的问题。

  贾培祥带领团队还设计了微晶玻璃板的热切装置,是在成型后的玻璃板进晶化窑前还具有可塑性的时候,实施一个类似铡刀形式的热切,把玻璃板切出一条深度约为三分二板厚的切痕,板材在晶化窑内晶化的过程中体积产生大约5%的收缩率,在退火区微晶玻璃板就可以自动断开,原板的长短可以用时间继电器来控制,准确、方便、可靠且运行成本低。

  能否获得高质量的矿渣微晶玻璃,晶化工艺是不可或缺的重要技术,它是配方、熔制和成型工艺成果的结晶。因此在晶化-退火工艺方面,团队采用复合晶核剂,实现玻璃的快速结晶;为克服成型温度波动较大的缺点,团队在微晶玻璃核化之前设计了一个均热带,很好的解决了矿渣微晶玻璃断面净化不均匀的问题。

  贾培祥表示,目前,我国高炉渣年出量1.5亿吨以上,多年来,高炉渣主要用于生产水泥和矿渣微粉,但投资大、经济效益低、余热不能有效利用。因此,利用热熔渣生产的矿渣微晶玻璃板材被称为跨世纪的新材料。

  矿渣微晶玻璃的应用领域十分广泛,是一种非常好的结构材料,既可以做工业用防护板材,也可以作为建筑装饰材料,更可以作为建筑结构材料。当微晶玻璃生产成本下降50%以上时,微晶玻璃性价比非常高,可以替代高档石材,减少对天然石材的开采,减轻对环境的破坏和污染,同时节约能源,创造了较大的经济效益,具有很好的应用前景,利用冶金热熔渣生产高性能微晶玻璃的未来不可估量。

  但与此同时,贾培祥也表示,当前利用冶金热熔渣生产高性能微晶玻璃中还存在一个难以克服的问题,即热熔渣与辅助料搅拌均匀问题,希望各行各业的专家学者能够关注冶金热熔渣生产高性能微晶玻璃,共同探讨解决方案。

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