1 概 述

隨著鋼鐵產(chǎn)量增加，鋼鐵廢渣量也增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)萊鋼）2005年的水渣產(chǎn)量超過(guò)200萬(wàn)t，鋼渣產(chǎn)量也在80萬(wàn)t以上。萊鋼遵循“廢物是放錯(cuò)了位置的資源”的原則，充分開(kāi)發(fā)固體廢物的綜合利用。目前，國(guó)內(nèi)高爐礦渣的主要利用途徑是用于生產(chǎn)水泥和礦渣微粉，但該方案投資大，經(jīng)濟(jì)效益低以及產(chǎn)品市場(chǎng)波動(dòng)大等，總的來(lái)說(shuō)，高爐礦渣的高效益利用途徑并不多，因此，尋求高爐礦渣高附價(jià)值綜合利用途徑，一直是人們所探索和追求的目標(biāo)。

作為高強(qiáng)、高檔、高附加值的微晶玻璃，在建筑、裝飾和工業(yè)上作耐磨、耐腐、耐高溫、電絕緣等材料方面具有極為廣闊的市場(chǎng)及前景。建筑微晶玻璃其原始玻璃組成基本上屬于CaO-MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)[1]，主晶相一般有硅灰石、鈣長(zhǎng)石、鈣黃長(zhǎng)石、透輝石等。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家長(zhǎng)期、大量的研究實(shí)踐[2]，發(fā)現(xiàn)以高爐礦渣為主要原料，添加適當(dāng)?shù)妮o助原料，可以生產(chǎn)性能優(yōu)良的礦渣微晶玻璃，且生產(chǎn)過(guò)程無(wú)再次污染，產(chǎn)品無(wú)放射性污染，市場(chǎng)供不應(yīng)求，礦渣微晶玻璃也被稱(chēng)為21世紀(jì)的綠色建材。因此，利用高爐礦渣制備性能優(yōu)良的礦渣微晶玻璃對(duì)于提高鋼鐵廢渣的利用率和附加值、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、減輕環(huán)境污染具有重要的意義。

2 礦渣微晶玻璃的生產(chǎn)

2.1 基本原理

高爐渣和基礎(chǔ)玻璃的主要成分含量對(duì)比見(jiàn)表1。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，高爐渣主要化學(xué)成分CaO、A12O3、SiO2是CaO—Al2O3—MgO—SiO2系統(tǒng)微晶玻璃的重要組成；R2O（K2O＋Na2O）、Fe203不僅有利于玻璃的熔制，還可以作為微晶玻璃的晶核劑[3]。高爐渣中除SiO2偏低外，其他成分都偏高，可以用硅砂作為二氧化硅的原料加入，既可提高SiO2的含量同時(shí)又降低其它成分的含量。在高爐渣中按比例加入硅砂、螢石等調(diào)整原料，經(jīng)充分混勻后，將其加熱至其高溫熔融狀態(tài)下，形成CaO—Al2O3—MgO—SiO2系的玻璃，并通過(guò)加入不同的氧化物可以調(diào)節(jié)出不同顏色的微晶玻璃。

表1 高爐渣和基礎(chǔ)玻璃的成分對(duì)比 %

2.2 生產(chǎn)工藝

就原理而言，建筑微晶玻璃的生產(chǎn)原則上可采用平板玻璃任何一種生產(chǎn)工藝，但是，微晶玻璃的熱處理制度和普通玻璃有著根本的區(qū)別。目前生產(chǎn)技術(shù)基本成熟的工業(yè)化生產(chǎn)工藝有壓延法和燒結(jié)法。

壓延成型工藝為前蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代所創(chuàng)[4]，流程為:配料→混合→熔化→壓延成型→熱切割→熱處理→冷加工→成品。用礦渣及其它玻璃原料混合熔化后拉制成平板狀晶化玻璃，再經(jīng)磨拋成為具有漂亮花紋的微晶玻璃，用于建筑裝飾。壓延微晶玻璃板幅面大、質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)量大。缺點(diǎn)是投資大，產(chǎn)品的品種規(guī)格較少，在國(guó)內(nèi)技術(shù)尚不成熟。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)以燒結(jié)法為主。燒結(jié)法包括熔融水淬燒結(jié)法和直接燒結(jié)法。一般利用鋼廠的鋼渣、高爐渣生產(chǎn)微晶玻璃常采用熔融水淬燒結(jié)法。熔融水淬燒結(jié)法微晶玻璃裝飾板生產(chǎn)工藝是將配合料在高溫熔制為玻璃，熔融好的玻璃由大塊料倒入水中淬冷，經(jīng)水淬后的玻璃易于粉碎為細(xì)小顆粒，再裝入特殊的模具中，采用與陶瓷燒結(jié)類(lèi)似的方法，將它們堆積在耐火材料�？騼�(nèi)進(jìn)行熱處理，讓玻璃粉在半熔融狀態(tài)下致密化，并成核析晶。

熔融水淬燒結(jié)法制備礦渣微晶玻璃的優(yōu)點(diǎn)是：（1）不需要通過(guò)傳統(tǒng)的玻璃成形階段，適合于需要較高熔制溫度的微晶玻璃生產(chǎn)；（2）玻璃經(jīng)水淬后，顆粒細(xì)小，表面積增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化；（3）可不使用晶核劑；（4）規(guī)格及厚度可變。其主要缺點(diǎn)：（1）能耗高；（2）對(duì)原料粉末顆粒要求嚴(yán)格，太細(xì)或太粗都會(huì)影響制品的致密度。為此，可以根據(jù)鋼廠的實(shí)際情況，采用熔融態(tài)高爐渣利用技術(shù)和蓄熱式燃燒技術(shù)，以及嚴(yán)格控制顆粒的粒度分布的方式，能有效地解決這些問(wèn)題。燃料采用鋼廠富余的高爐、焦?fàn)t煤氣，替代了國(guó)內(nèi)微晶玻璃生產(chǎn)廠普遍采用的石油液化氣、天然氣、重油等高成本燃料。生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

圖1  礦渣微晶玻璃生產(chǎn)工藝流程

各種原輔材料按比例配合混勻后，送入窯頭料倉(cāng)；然后把混勻原料送進(jìn)熔窯進(jìn)行高溫熔化，澄清后經(jīng)過(guò)流液道流入料池，流下時(shí)用加壓水槍沖水急冷，使玻璃體水淬成6mm以下的顆粒后脫水排升，再靠自身溫度烘干，過(guò)篩后提升至熟料倉(cāng)備用。再將玻璃晶體按各種規(guī)格裝車(chē)成型，推入晶化退火爐中高溫成型晶化退火；然后對(duì)成型晶化的產(chǎn)品進(jìn)行磨、拋、切裁、形成成品。

3 投資及效益分析

作為礦渣微晶玻璃主要原料的礦渣是冶金高爐的副產(chǎn)品，屬工業(yè)廢料，主要配料硅砂在自然界儲(chǔ)量非常豐富。萊鋼集團(tuán)當(dāng)前年產(chǎn)高爐礦渣在300萬(wàn)t左右，而且附近周邊地區(qū)的硅砂資源豐富，這就為礦渣微晶玻璃的生產(chǎn)提供了充足、低廉的原料保證。同時(shí)礦渣微晶玻璃的物化性能非常出色，可應(yīng)用于很多領(lǐng)域，因而，礦渣微晶玻璃性能優(yōu)良，應(yīng)用領(lǐng)域廣，有著很好的市場(chǎng)前景。

按照年產(chǎn)30萬(wàn)m2（厚度20mm）礦渣微晶玻璃生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，需設(shè)備投資3500萬(wàn)元，共需要400名工作人員，建設(shè)周期為1年，生產(chǎn)成本為300元/m2。目前微晶玻璃的市場(chǎng)售價(jià)為400元/m2。

利用鋼鐵渣生產(chǎn)微晶玻璃給鋼鐵渣的利用提供了一個(gè)新的途徑，不僅提高鋼鐵渣的有效利用率（原料中的鋼鐵渣總摻量可達(dá)55%以上），還可以在減少鋼渣的排放，改善環(huán)境的同時(shí)，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”的資源循環(huán)再利用。

4 應(yīng)用前景

近年來(lái)，由于微晶玻璃裝飾板色彩艷麗，色差小且永不褪色；結(jié)構(gòu)致密，紋理清晰；堅(jiān)硬耐磨，耐風(fēng)化，防腐蝕；不吸水，獨(dú)特的抗凍性和耐污染性，無(wú)放射性等優(yōu)點(diǎn)日益被人們所認(rèn)識(shí)和認(rèn)可，且其理化性能和裝飾效果遠(yuǎn)優(yōu)于天然石材和高檔建陶產(chǎn)品[5]。因此，人們可利用微晶玻璃裝飾板代替天然大理石或花崗巖等材料用作外墻、內(nèi)墻、地板、樓梯踏板、電梯井內(nèi)地板、立柱貼面、大廳柜臺(tái)面、衛(wèi)生間臺(tái)面、炊事案板等處的裝飾材料，也可用作陽(yáng)臺(tái)、門(mén)窗和分隔墻體的結(jié)構(gòu)材料，各種高檔家具、高檔珍貴工藝品的制作及其它各種用途的裝飾材料�，F(xiàn)已用于機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、辦公大樓、地鐵、賓館、酒店等高檔公用建筑和別墅等高檔住房場(chǎng)所。理化性能優(yōu)于天然石材和高檔陶瓷的建筑微晶玻璃裝飾板，將被廣大普通消費(fèi)者所接受，從而進(jìn)入普通百姓的家庭裝飾。建筑微晶玻璃行業(yè)一旦形成，其應(yīng)用前景將十分美好。

同時(shí)礦渣微晶玻璃的物化性能非常出色，可應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如具有很高的耐磨性、輕質(zhì)高強(qiáng)、很好的熱性能和化學(xué)耐腐蝕性能以及良好的絕緣性能等，可以代替鑄石和陶瓷用作建筑材料、裝飾材料和化工機(jī)械材料等；在采礦工業(yè)中可代替鋼材用作導(dǎo)槽、料斗溜槽的襯里，使用壽命可提高5～10倍；用作選煤廠水力旋流器中的錐體，使用壽命相當(dāng)于碳鋼或灰口鑄鐵的10～12倍；同時(shí)減輕重量20%；在防腐工程中，可用微晶玻璃裝飾板代替鑄石砌筑耐酸池、貯槽、電解槽；造紙工業(yè)的蒸煮鍋、酸性水解鍋、硫酸吸收塔、氯氣干燥塔、反應(yīng)器；石油化工設(shè)備的內(nèi)襯等以及防酸性氣體和液體的地面、墻壁。理化性能優(yōu)于鑄石的微晶玻璃板在防腐工程中應(yīng)用前景十分廣闊。用作管道輸送固體或水懸浮物及溶液時(shí)，其耐化學(xué)腐蝕性和耐磨性均好于同類(lèi)產(chǎn)品。因而，礦渣微晶玻璃性能優(yōu)良，應(yīng)用領(lǐng)域廣，有著很好的市場(chǎng)前景。從市場(chǎng)反饋的信息來(lái)看，目前幾家生產(chǎn)微晶玻璃的廠家生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況良好，產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供不應(yīng)求，而且目前國(guó)外尚無(wú)微晶玻璃的規(guī)模化生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品出口前景看好。

5 結(jié)束語(yǔ)

以高爐礦渣為主要原料生產(chǎn)礦渣微晶玻璃實(shí)用可行，符合國(guó)家的環(huán)保和產(chǎn)業(yè)政策，也符合萊鋼大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)生態(tài)萊鋼的戰(zhàn)略思想，同時(shí)具有良好的市場(chǎng)前景和環(huán)保效益。如果將礦渣微晶玻璃項(xiàng)目作為萊鋼創(chuàng)建“節(jié)約型企業(yè)”戰(zhàn)略的一部分，若能成功實(shí)施，將為我國(guó)大型鋼鐵企業(yè)綜合利用鋼鐵廢渣、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展探索了一條發(fā)展之路。該項(xiàng)目不僅可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵渣的合理綜合利用，保護(hù)環(huán)境，還能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，成為萊鋼發(fā)展非鋼產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊家寬，肖波，王秀萍，等.利用工業(yè)廢渣制備微晶玻璃進(jìn)展[J].玻璃與搪瓷，2002,（6）:47-52.

[2] 蔣偉鋒.高爐水渣綜合利用[J].中國(guó)資源綜合利用，2003，（3）：28-29.

[3] 鄧春明,肖漢寧,趙運(yùn)才.尾礦廢渣微晶玻璃[J].陶瓷工程，2001,（12）：23-26.

[4] 譚金華，微晶玻璃的生產(chǎn)工藝、現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].石材，2002,（4）：35-38.

[5] 曾利群,李坦平.建筑微晶玻璃引領(lǐng)新潮流[J].建材工業(yè)信息，2003,（8）：29-31.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”