摘 要 本文詳細(xì)地介紹了各種礦渣微晶玻璃的研究現(xiàn)狀，指出了今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 微晶玻璃，礦渣，發(fā)展趨勢

1引言

目前，國內(nèi)工業(yè)廢渣量大、面廣，除少部分廢渣用來做路基、制成水泥外，大部分露天堆放，既占用了土地，還容易造成粉塵污染、泥石流、河道淤塞，磷、氟、重金屬等有害溶出物污染水源、危害環(huán)境。因此，開發(fā)高附加值產(chǎn)品，最大程度地處置、消耗這些工業(yè)固體廢棄物，已成為研究的熱點(diǎn)。

微晶玻璃具有一些特殊的性能，不僅可以替代工業(yè)及建筑業(yè)的傳統(tǒng)材料，而且將開辟全新的應(yīng)用領(lǐng)域，可作為結(jié)構(gòu)材料、功能材料、裝飾材料而獲得廣泛應(yīng)用。

礦渣微晶玻璃作為微晶玻璃領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分，是以各種冶金廢渣、工礦的尾砂和熱電廠的粉煤灰等為主要原料制備的微晶玻璃。礦渣微晶玻璃于1960年由前蘇聯(lián)Kitaigorodiski^[1]研制成功，并在1966年開發(fā)出第一條輥壓法制備礦渣微晶玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)線。隨后，世界各國都積極展開了礦渣微晶玻璃的研究開發(fā)，我國第一條微晶玻璃生產(chǎn)線于1993年由河南新鄭藝通建材公司建成。

2礦渣微晶玻璃的研究現(xiàn)狀

礦渣微晶玻璃的制備方法主要有熔融法^[2]、燒結(jié)法^[3]、壓延法^[4]、澆鑄法^[5]等，目前礦渣微晶玻璃的生產(chǎn)絕大部分采用燒結(jié)法。匡敬忠等^[6]在充分吸收熔融澆鑄法和燒結(jié)法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種制作尾礦微晶玻璃板的新方法—碎粒壓延法，這是一種通過控制水淬玻璃的顆粒級配及顆粒加入量生產(chǎn)微晶玻璃的工藝。

2.1工業(yè)廢渣微晶玻璃

目前，用來制備微晶玻璃的工業(yè)廢渣主要有鋼渣^[7]、鐵渣^[8]、鉻渣、鎳渣、磷渣^[9]、灰渣^[10]及復(fù)合渣^[11～12]等。

2.1.1金屬冶金廢渣

裴立宅等^[13]以鋼鐵工業(yè)廢渣和天然礦物為主要原料，用熔融法制備了CaO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃陶瓷，其主晶相為普通輝石[Ca(Mg，F(xiàn)e，Al)(Si，A_l)2O6]和透輝石[CaMg(SiO₃)₂]，密度達(dá)3.02g/cm³，吸水率小于0.04%，抗彎強(qiáng)度可達(dá)250MPa。姚強(qiáng)等^[14]采用熔融法制備微晶玻璃材料，探討了鋼渣微晶玻璃中引入ZrO₂對其顯微結(jié)構(gòu)以及性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明：添加ZrO₂的鋼渣微晶玻璃的主晶相仍為透輝石，晶粒形貌為顆粒狀；添加ZrO₂對鋼渣微晶玻璃的抗彎性能和顯微結(jié)構(gòu)有顯著影響：隨著ZrO₂添加量的增多，微晶玻璃的抗彎強(qiáng)度和晶相含量先增大后減?。籞rO₂添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，微晶玻璃具有細(xì)晶組織，晶相含量和抗彎強(qiáng)度最高。

肖漢寧等^[15]以鉻渣為主要原料制備了性能良好的微晶玻璃。當(dāng)鉻渣用量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))低于50%時(shí)，能很好地熔制玻璃；高于50%時(shí)，由于玻璃中Cr₂O₃含量過高，玻璃冷卻時(shí)易于析晶。當(dāng)鉻渣用量達(dá)到60%時(shí)，在玻璃熔體表面存在不混熔的鉻酸鉀鈉(K₃Na(CrO₄)₂)。隨著鉻渣用量的增加，微晶玻璃樣品中殘余Cr₆+的含量相應(yīng)增加，當(dāng)鉻渣用量不超過50%時(shí)，殘余Cr6+濃度低于國家規(guī)定的（0.5mg/L）排放標(biāo)準(zhǔn)。史偉莉等^[16]在實(shí)驗(yàn)室利用鎳渣提鐵同時(shí)用熔渣制備了建筑用微晶玻璃。通過適當(dāng)?shù)呐淞希酶邷剡€原工藝（還原溫度1500～1550℃，還原時(shí)間3h）將熔渣中鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)降到0.5%左右。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鎳渣微晶玻璃的主晶相為透輝石（CaO·MgO·2SiO₂），晶體形狀為短柱狀。

2.1.2其它廢渣

楊家寬等^[17]利用赤泥和粉煤灰制備微晶玻璃，赤泥的摻量在50%以上，兩種廢渣總的摻量可以達(dá)到90%以上?？刂苹A(chǔ)玻璃料中的SiO₂質(zhì)量百分含量在31%～44%、CaO含量在25%～31%，可以獲得熔化溫度低、熔料粘度小的微晶玻璃。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：最佳核化溫度約為697℃，最佳晶化溫度約為950℃。隨著晶化溫度的升高，赤泥-粉煤灰微晶玻璃主晶相鈣鐵透輝石（CaO（Fe，Mg）SiO₆）進(jìn)一步長大，次晶相鈣鋁黃長石（Ca₂Al₂SiO₇）開始規(guī)律地生長，呈均勻分布的態(tài)勢，最終主晶相和其它次晶相均勻地分布在玻璃基體中，形成了致密的微晶結(jié)構(gòu)。

2.2尾礦微晶玻璃

尾礦微晶玻璃研究較多的是利用金礦尾砂^[18]、銅尾礦、鐵尾礦、鉭鈮尾礦、鎢尾礦、高嶺土尾礦等來制備微晶玻璃。

2.2.1金屬尾礦尾砂

郭仁春等^[19]以金礦尾砂、白云石等為原料，Cr₂O₃為成核劑，制成了微晶玻璃及鑄石板材制品。制品中的主晶相是透輝石類固溶體，其它相含量微小。理化性能測試表明，該產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于天然大理石及花崗巖，適于做建筑材料、化工耐腐蝕材料或冶金、采礦工業(yè)用耐磨材料。

陳吉春^[20]以武鋼程潮鐵礦的低硅鐵尾礦為主要原料，以透輝石為主晶相，在尾礦利用率達(dá)60%的基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室成功地制備出了微晶玻璃。低硅鐵尾礦微晶玻璃組成范圍為(wt%)：SiO₂50～60；Al2O₃6～9；CaO8～13；MgO7～10；Fe₂O₃/FeO2～5；R₂O3～8；B₂O₃0～4；Sb₂O₃0～1；BaO0～1；晶核劑2～6。俞建長等^[21]以鉭鈮尾礦為主要原料，采用燒結(jié)法制備了硅灰石為主晶相的微晶玻璃，采用CaO-Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)相圖、XRD、DTA、正交試驗(yàn)法等手段探索出最佳熱處理工藝：基礎(chǔ)玻璃的熔化溫度為1450℃，核化溫度855℃、核化時(shí)間3h、晶化溫度920℃、晶化時(shí)間2h。尾礦摻入量可達(dá)50%，微晶玻璃的晶粒大小為100～300nm，分布均勻，晶相占60%以上。采用XRD和SEM等方法研究微晶玻璃結(jié)構(gòu)，其理化性能優(yōu)于陶瓷磚、天然花崗石和大理石。

匡敬忠等^[22]以鎢尾礦為主要原料，不添加晶核劑，采用澆注成形晶化法制備出尾礦微晶玻璃，其主晶相為β-硅灰石，鎢尾礦的用量為55%～75%。

2.2.2其它尾礦尾砂

陳國華等^[23]利用廣西北海的高嶺土尾礦，采用燒結(jié)法，在950℃以下低溫?zé)Y(jié)2h，制備了較低介電常數(shù)和線脹系數(shù)的α-堇青石微晶玻璃。配方為（wt%）：尾礦53.2；氧化鎂18.0；氧化鋁16.0；氧化鈰4.4；其它8.4。尾礦的利用率達(dá)50%以上。

3礦渣微晶玻璃的發(fā)展趨勢

目前，礦渣微晶玻璃的研究還需解決以下幾個(gè)問題：（1）擴(kuò)大礦渣微晶玻璃應(yīng)用領(lǐng)域。目前研究的礦渣微晶玻璃大多屬于CaO-Al₂O₃-SiO₂體系，今后需根據(jù)礦渣的實(shí)際組成，選擇新型體系，以制備出性能各異的微晶玻璃，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域；（2）繼續(xù)進(jìn)行礦渣微晶玻璃的基礎(chǔ)理論研究：深入徹底地研究各種組分對燒結(jié)過程及晶化機(jī)理的影響；研究玻璃顆粒的尺寸及熱處理工藝對礦渣微晶玻璃致密度的影響等。另外，加強(qiáng)晶核劑對礦渣微晶玻璃晶化機(jī)理的系統(tǒng)研究，引入多種易熔組分，降低玻璃的熔制溫度，達(dá)到節(jié)能和工業(yè)化生產(chǎn)的目的；（3）參考國外原料公司的先進(jìn)做法，對各種礦渣進(jìn)行分類和分級處理，使礦渣成為成分穩(wěn)定、粒度分級的真正商品化的二次原料資源基地；（4）加大復(fù)合渣微晶玻璃的深入研究，實(shí)現(xiàn)多種礦渣的優(yōu)勢互補(bǔ)，從而在保證微晶玻璃質(zhì)量的前提下增加吃渣量；（5）實(shí)現(xiàn)礦渣微晶玻璃材料設(shè)計(jì)的智能化。根據(jù)人工智能原理，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和專家系統(tǒng)理論，建立礦渣微晶玻璃材料設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)反復(fù)試驗(yàn)法效率低下的缺點(diǎn)，提高礦渣微晶玻璃材料設(shè)計(jì)的智能化水平^[24～27]。

4結(jié)語

工業(yè)廢渣和礦業(yè)尾礦是固體廢棄物的主要類型，同時(shí)又是一種巨大的潛在資源。利用各種廢渣制備高附加值的微晶玻璃不僅為綜合治理環(huán)境開辟了一條嶄新的途徑，還可以產(chǎn)生可觀的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，礦渣微晶玻璃有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

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Research Situation and Development Trend of Slag Glass-ceramics

Liu Hongjuan Ren Fujian Li Yiman

(College of Material Science and Chemical Engineering，China University of Geosciences Wuhan 430074)

Abstract: The research situation of varieties of slag glass-ceramics was introduced in detail，and its development trend was also pointed out.

Keywords: glass-ceramics，slag，development trend