【原创】工业固废制备微晶玻璃的那些事儿

中国粉体网讯 微晶玻璃是介于玻璃与陶瓷之间的一种新型化工材料，是微晶相和玻璃相的组合体。与传统的玻璃、陶瓷工艺不同，其致密性更好，并且晶粒尺寸均匀分布，在加热条件下，能够很好地保持自己原有的特性，不会失透，很好地控制结晶。其内部晶体结构比许多陶瓷材料好得多，更均匀和致密，残余孔隙很少，并且它们的性能比相同材料的陶瓷好得多。作为一种新型化工材料，能够设计和控制以提供优异的性能。

微晶玻璃是以工业废弃物或者纯化学试剂为原料研制的多相复合新型材料，微晶玻璃的研制具有很明显的社会效益、经济效益。因为微晶玻璃具有优良的物理性能和化学性能，比原有的玻璃材料和陶瓷材料更加受到大众的认可。

其热膨胀系数范围广，具有机械强度高，抗热震性好，化学稳定性高；优异的耐高温性，高软化温度，高温下的高机械强度；良好的绝缘性能，高介电常数，低介电损耗因子等。与具有相似机械性能的金属相比，微晶玻璃不仅密度小，隔水，隔气，而且还具有比金属材料高得多的的耐腐蚀性。微晶玻璃因其具有优良的性能被广泛应用于各个领域。

当前，随着对微晶玻璃需求的增加，资源的紧缺以及固体废物处理处置等一系列问题的出现，国内外学者开始以工业废弃物代替天然原料制备微晶玻璃。原苏联最早将矿渣或者矿石作为原料制备矿渣微晶玻璃，随后西方各个国家也开始将矿渣和非金属矿物作为原材料制备矿渣微晶玻璃。

矿渣微晶玻璃的部分应用

新型建材

矿渣微晶玻璃与传统建材相比其性能更加优秀，种类繁多，外观上也更加出色，在高档建材市场被广泛应用。

化学工业

矿渣微晶玻璃的物理化学性能优良，其良好的耐腐蚀性可以用作储存腐蚀性液体的内衬、运送的管道或者阀门、甚至一些电解池或者反应池的内壁等。

机械工业

利用其高强度和优良的耐磨性的特点，可以取代钢等金属材料制造输送块状、粉状固体物料的料槽、料斗、管道内衬，储存物料的料库面板，球磨机内衬和研磨体，以及在强烈磨损条件下或腐蚀性介质中工作的机械零部件等。

工业固废制备微晶玻璃工艺

微晶玻璃主要制备工艺路线示意图(a)熔融法；(b)烧结法

工业固废制备微晶玻璃主要有两种工艺：熔融法和烧结法。

熔融法是指将固废原料加入一定量形核剂，在高温条件下熔化和均化形成玻璃熔体。然后，进行浇铸成型，稍加冷却定形后随即经过退火。经过退火处理后，再在一定温度条件下进行核化和晶化以获得微晶玻璃成品。

这种方法的优点是，对原料要求较低，高温熔融处理可以实现大部分原料的均质化，可制备形状复杂的微晶玻璃制品，整体技术工艺相对比较简单，便于机械化，大规模工业化生产。但是熔融温度较高，导致整体工艺路线能耗高是其产业化发展主要瓶颈，如何降低熔制温度，实现低能耗生产是亟须解决的问题。

烧结法也称为粉末冶金法，可进一步细分为熔融-烧结法和直接烧结法。

熔融-烧结法是将原料熔融后经水淬得到玻璃粉，再将玻璃粉进一步研磨、压制成型，最后通过高温烧结获得所需微晶玻璃制品的一种工艺。与熔融法相比，两种方法均需要熔融及二次加热处理。两种工艺的主要区别在于成型方式的不同。熔融法是采用浇铸工艺成型，而熔融-烧结法是将水淬后的玻璃碎粒制粉后在单向或多向压力作用下进行成型。因此，微晶玻璃成品形状的复杂性受到成型模具的极大限制。

直接烧结法，又称陶瓷烧结法，是将玻璃态或者晶态原料直接进行混匀磨细，然后进行烧结使原料粉体相互固溶形成玻璃，通过颗粒生长及颗粒间的黏性流动排出颗粒间的气体，同时发生核化和晶化等反应。晶化过程与烧结过程可以分开进行，也可合并作为一个过程，能否同时进行主要取决于坯体中液相含量及结晶状况。与熔融法和熔融-烧结法相比，直接烧结法最大的优势是没有高温熔融过程，工艺能耗大大降低。

各种工业固废原料制备微晶玻璃

目前，用于制备微晶玻璃研究的工业固体废弃物原料主要有以下类型：

(1)尾矿：铁尾矿、金尾矿、铜尾矿、钼尾矿、钽铌尾矿、钨尾矿、高岭土尾矿、花岗岩尾矿、石棉尾矿、稀土尾矿、锂辉石尾矿和钾长石尾矿等。

(2)工业废渣：高炉渣、钢渣、不锈钢渣、不锈钢酸洗污泥、磷渣、钛渣、铬渣、铜渣、镍渣、赤泥、铅锌渣、锌渣、酸洗硼镁渣(硼泥)、油页岩渣、锑炉渣和增钙水渣等。

(3)其它固体废弃物：粉煤灰、煤矸石、城市垃圾焚烧灰、废玻璃、铝土矿、高炉布袋除尘灰、高炉瓦斯灰、火山灰和火山凝灰岩等。

小结

制备微晶玻璃作为工业固废低成本、无害化、减量化的首选处理方式，随着固废的产量和积存量的逐渐增大以及微晶玻璃多功能化和高附加值的开发，越来越受到人们的广泛关注。

未来的主要研究方向应着重于：(1)降低能耗如开发新的添加剂降低熔化温度，利用工业固废余热；(2)完善扩大无添加剂纯工业固废微晶玻璃的制备；(3)评估工业固废微晶玻璃产品在实际应用过程中的可靠性和稳定性；(4)扩展工业固废制备微晶玻璃材料的高端应用范围；(5)开展工业固废生产微晶玻璃全工艺流程的综合研究，加强对核心装备设计和关键制造技术的研发。

资料来源：中国粉体工业：各种工业固废原料制备微晶玻璃研究综述

（中国粉体网编辑整理/平安）

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！