利用高爐礦渣生產微晶玻璃的可行性分析
1 概 述
隨著鋼鐵產量增加，鋼鐵廢渣量也增加。據統計，萊蕪鋼鐵集團有限公司（簡稱萊鋼）2005年的水渣產量超過200萬t，鋼渣產量也在80萬t以上。萊鋼遵循“廢物是放錯了位置的資源”的原則，充分開發固體廢物的綜合利用。目前，國內高爐礦渣的主要利用途徑是用于生產水泥和礦渣微粉，但該方案投資大，經濟效益低以及產品市場波動大等，總的來說，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值綜合利用途徑，一直是人們所探索和追求的目標。
作為高強、高檔、高附加值的微晶玻璃，在建筑、裝飾和工業上作耐磨、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[1]，主晶相一般有硅灰石、鈣長石、鈣黃長石、透輝石等。經過國內外科學家長期、大量的研究實踐[2]，發現以高爐礦渣為主要原料，添加適當的輔助原料，可以生產性能優良的礦渣微晶玻璃，且生產過程無再次污染，產品無放射性污染，市場供不應求，礦渣微晶玻璃也被稱為21世紀的綠色建材。因此，利用高爐礦渣制備性能優良的礦渣微晶玻璃對于提高鋼鐵廢渣的利用率和附加值、增加企業經濟效益、減輕環境污染具有重要的意義。
2 礦渣微晶玻璃的生產
2.1 基本原理
高爐渣和基礎玻璃的主要成分含量對比見表1。從表中的數據可以看出，高爐渣主要化學成分CaO、A12O3、SiO2是CaO—Al2O3—MgO—SiO2系統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、螢石等調整原料，經充分混勻后，將其加熱至其高溫熔融狀態下，形成CaO—Al2O3—MgO—SiO2系的玻璃，并通過加入不同的氧化物可以調節出不同顏色的微晶玻璃。
表1 高爐渣和基礎玻璃的成分對比 %
|
2.2 生產工藝
就原理而言，建筑微晶玻璃的生產原則上可采用平板玻璃任何一種生產工藝，但是，微晶玻璃的熱處理制度和普通玻璃有著根本的區別。目前生產技術基本成熟的工業化生產工藝有壓延法和燒結法。
壓延成型工藝為前蘇聯在20世紀70年代所創[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、質量穩定、產量大。缺點是投資大，產品的品種規格較少，在國內技術尚不成熟。
國內現以燒結法為主。燒結法包括熔融水淬燒結法和直接燒結法。一般利用鋼廠的鋼渣、高爐渣生產微晶玻璃常采用熔融水淬燒結法。熔融水淬燒結法微晶玻璃裝飾板生產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，經水淬后的玻璃易于粉碎為細小顆粒，再裝入特殊的模具中，采用與陶瓷燒結類似的方法，將它們堆積在耐火材料模框內進行熱處理，讓玻璃粉在半熔融狀態下致密化，并成核析晶。
熔融水淬燒結法制備礦渣微晶玻璃的優點是：（1）不需要通過傳統的玻璃成形階段，適合于需要較高熔制溫度的微晶玻璃生產；（2）玻璃經水淬后，顆粒細小，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）規格及厚度可變。其主要缺點：（1）能耗高；（2）對原料粉末顆粒要求嚴格，太細或太粗都會影響制品的致密度。為此，可以根據鋼廠的實際情況，采用熔融態高爐渣利用技術和蓄熱式燃燒技術，以及嚴格控制顆粒的粒度分布的方式，能有效地解決這些問題。燃料采用鋼廠富余的高爐、焦爐煤氣，替代了國內微晶玻璃生產廠普遍采用的石油液化氣、天然氣、重油等高成本燃料。生產工藝流程如圖1 所示。
 |
圖1 礦渣微晶玻璃生產工藝流程
各種原輔材料按比例配合混勻后，送入窯頭料倉；然后把混勻原料送進熔窯進行高溫熔化，澄清后經過流液道流入料池，流下時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，過篩后提升至熟料倉備用。再將玻璃晶體按各種規格裝車成型，推入晶化退火爐中高溫成型晶化退火；然后對成型晶化的產品進行磨、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品，屬工業廢料，主要配料硅砂在自然界儲量非常豐富。萊鋼集團當前年產高爐礦渣在300萬t左右，而且附近周邊地區的硅砂資源豐富，這就為礦渣微晶玻璃的生產提供了充足、低廉的原料保證。同時礦渣微晶玻璃的物化性能非常出色，可應用于很多領域，因而，礦渣微晶玻璃性能優良，應用領域廣，有著很好的市場前景。
按照年產30萬m2（厚度20mm）礦渣微晶玻璃生產線設計，需設備投資3500萬元，共需要400名工作人員，建設周期為1年，生產成本為300元/m2。目前微晶玻璃的市場售價為400元/m2。
利用鋼鐵渣生產微晶玻璃給鋼鐵渣的利用提供了一個新的途徑，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55%以上），還可以在減少鋼渣的排放，改善環境的同時，產生可觀的經濟效益，實現“變廢為寶”的資源循環再利用。
4 應用前景
近年來，由于微晶玻璃裝飾板色彩艷麗，色差小且永不褪色；結構致密，紋理清晰；堅硬耐磨，耐風化，防腐蝕；不吸水，獨特的抗凍性和耐污染性，無放射性等優點日益被人們所認識和認可，且其理化性能和裝飾效果遠優于天然石材和高檔建陶產品[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、內墻、地板、樓梯踏板、電梯井內地板、立柱貼面、大廳柜臺面、衛生間臺面、炊事案板等處的裝飾材料，也可用作陽臺、門窗和分隔墻體的結構材料，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。現已用于機場、車站、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所。理化性能優于天然石材和高檔陶瓷的建筑微晶玻璃裝飾板，將被廣大普通消費者所接受，從而進入普通百姓的家庭裝飾。建筑微晶玻璃行業一旦形成，其應用前景將十分美好。
同時礦渣微晶玻璃的物化性能非常出色，可應用于很多領域，如具有很高的耐磨性、輕質高強、很好的熱性能和化學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、裝飾材料和化工機械材料等；在采礦工業中可代替鋼材用作導槽、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，使用壽命相當于碳鋼或灰口鑄鐵的10～12倍；同時減輕重量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；造紙工業的蒸煮鍋、酸性水解鍋、硫酸吸收塔、氯氣干燥塔、反應器；石油化工設備的內襯等以及防酸性氣體和液體的地面、墻壁。理化性能優于鑄石的微晶玻璃板在防腐工程中應用前景十分廣闊。用作管道輸送固體或水懸浮物及溶液時，其耐化學腐蝕性和耐磨性均好于同類產品。因而，礦渣微晶玻璃性能優良，應用領域廣，有著很好的市場前景。從市場反饋的信息來看，目前幾家生產微晶玻璃的廠家生產經營情況良好，產品在國內市場供不應求，而且目前國外尚無微晶玻璃的規模化生產廠家，產品出口前景看好。
5 結束語
以高爐礦渣為主要原料生產礦渣微晶玻璃實用可行，符合國家的環保和產業政策，也符合萊鋼大力發展循環經濟、建設生態萊鋼的戰略思想，同時具有良好的市場前景和環保效益。如果將礦渣微晶玻璃項目作為萊鋼創建“節約型企業”戰略的一部分，若能成功實施，將為我國大型鋼鐵企業綜合利用鋼鐵廢渣、實現可持續發展探索了一條發展之路。該項目不僅可以實現鋼鐵渣的合理綜合利用，保護環境，還能帶來可觀的經濟效益，成為萊鋼發展非鋼產業新的經濟增長點，在實現良好的社會效益和生態效益的同時，可實現經濟效益的最大化。
參考文獻：
[1] 楊家寬，肖波，王秀萍，等.利用工業廢渣制備微晶玻璃進展[J].玻璃與搪瓷，2002,（6）:47-52.
[2] 蔣偉鋒.高爐水渣綜合利用[J].中國資源綜合利用，2003，（3）：28-29.
[3] 鄧春明,肖漢寧,趙運才.尾礦廢渣微晶玻璃[J].陶瓷工程，2001,（12）：23-26.
[4] 譚金華，微晶玻璃的生產工藝、現狀及發展前景[J].石材，2002,（4）：35-38.
[5] 曾利群,李坦平.建筑微晶玻璃引領新潮流[J].建材工業信息，2003,（8）：29-31.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
