利用高爐礦渣生產微晶玻璃的可行性分析
1 概 述
隨著(zhu)鋼鐵產(chan)(chan)量增(zeng)加(jia),鋼鐵廢(fei)(fei)渣(zha)(zha)量也增(zeng)加(jia)。據統計,萊蕪(wu)鋼鐵集團有限公司(簡稱萊鋼)2005年的(de)水渣(zha)(zha)產(chan)(chan)量超過200萬(wan)t,鋼渣(zha)(zha)產(chan)(chan)量也在(zai)80萬(wan)t以上。萊鋼遵循(xun)“廢(fei)(fei)物是(shi)放錯了(le)位置的(de)資源”的(de)原則,充分開(kai)發固體廢(fei)(fei)物的(de)綜合(he)利(li)用(yong)。目前(qian),國(guo)內高(gao)(gao)爐礦(kuang)渣(zha)(zha)的(de)主要(yao)利(li)用(yong)途徑是(shi)用(yong)于生產(chan)(chan)水泥和礦(kuang)渣(zha)(zha)微粉(fen),但該方案投(tou)資大,經濟效(xiao)(xiao)益(yi)低以及產(chan)(chan)品市場波動大等(deng),總的(de)來說,高(gao)(gao)爐礦(kuang)渣(zha)(zha)的(de)高(gao)(gao)效(xiao)(xiao)益(yi)利(li)用(yong)途徑并(bing)不多,因(yin)此,尋求(qiu)(qiu)高(gao)(gao)爐礦(kuang)渣(zha)(zha)高(gao)(gao)附(fu)價值綜合(he)利(li)用(yong)途徑,一直(zhi)是(shi)人們(men)所(suo)探(tan)索和追求(qiu)(qiu)的(de)目標。
作(zuo)為高(gao)(gao)(gao)強、高(gao)(gao)(gao)檔、高(gao)(gao)(gao)附加(jia)值的(de)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃(li)(li),在建(jian)筑、裝飾和(he)(he)工業(ye)上(shang)作(zuo)耐磨、耐腐(fu)、耐高(gao)(gao)(gao)溫、電絕(jue)緣等材料方面具(ju)有(you)極為廣闊(kuo)的(de)市場(chang)及前(qian)景。建(jian)筑微(wei)晶(jing)(jing)玻璃(li)(li)其原(yuan)始(shi)玻璃(li)(li)組成(cheng)基本上(shang)屬于CaO-MgO-Al2O3-SiO2系(xi)統(tong)[1],主晶(jing)(jing)相一般(ban)有(you)硅灰石(shi)(shi)、鈣長(chang)(chang)石(shi)(shi)、鈣黃長(chang)(chang)石(shi)(shi)、透輝石(shi)(shi)等。經過國內外科(ke)學家長(chang)(chang)期、大量的(de)研(yan)究實(shi)踐[2],發現(xian)以高(gao)(gao)(gao)爐(lu)礦(kuang)(kuang)渣(zha)為主要原(yuan)料,添加(jia)適當的(de)輔助原(yuan)料,可以生產性(xing)能(neng)優良的(de)礦(kuang)(kuang)渣(zha)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃(li)(li),且生產過程無再(zai)次(ci)污染,產品無放射性(xing)污染,市場(chang)供不應(ying)求(qiu),礦(kuang)(kuang)渣(zha)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃(li)(li)也被(bei)稱為21世(shi)紀的(de)綠色(se)建(jian)材。因(yin)此,利(li)用高(gao)(gao)(gao)爐(lu)礦(kuang)(kuang)渣(zha)制備性(xing)能(neng)優良的(de)礦(kuang)(kuang)渣(zha)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃(li)(li)對于提高(gao)(gao)(gao)鋼鐵廢渣(zha)的(de)利(li)用率和(he)(he)附加(jia)值、增加(jia)企業(ye)經濟效益、減輕環境污染具(ju)有(you)重要的(de)意義。
2 礦渣微晶玻璃的生產
2.1 基本原理
高爐(lu)渣(zha)(zha)和基礎玻璃(li)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)成(cheng)分(fen)(fen)含量對比(bi)見表(biao)1。從(cong)表(biao)中(zhong)的(de)(de)(de)數據可(ke)以看出(chu),高爐(lu)渣(zha)(zha)主(zhu)要(yao)(yao)化(hua)學成(cheng)分(fen)(fen)CaO、A12O3、SiO2是CaO—Al2O3—MgO—SiO2系統(tong)微(wei)晶(jing)玻璃(li)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)(yao)組成(cheng);R2O(K2O+Na2O)、Fe203不(bu)(bu)僅有(you)利于(yu)玻璃(li)的(de)(de)(de)熔(rong)制,還可(ke)以作(zuo)為(wei)微(wei)晶(jing)玻璃(li)的(de)(de)(de)晶(jing)核劑[3]。高爐(lu)渣(zha)(zha)中(zhong)除SiO2偏低(di)外,其(qi)他成(cheng)分(fen)(fen)都(dou)偏高,可(ke)以用硅(gui)砂(sha)作(zuo)為(wei)二氧化(hua)硅(gui)的(de)(de)(de)原料(liao)加(jia)入,既可(ke)提(ti)高SiO2的(de)(de)(de)含量同(tong)時(shi)又降低(di)其(qi)它(ta)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)含量。在高爐(lu)渣(zha)(zha)中(zhong)按比(bi)例加(jia)入硅(gui)砂(sha)、螢石等調整原料(liao),經(jing)充分(fen)(fen)混勻后,將其(qi)加(jia)熱至(zhi)其(qi)高溫熔(rong)融狀態下(xia),形成(cheng)CaO—Al2O3—MgO—SiO2系的(de)(de)(de)玻璃(li),并通過加(jia)入不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)氧化(hua)物可(ke)以調節出(chu)不(bu)(bu)同(tong)顏色(se)的(de)(de)(de)微(wei)晶(jing)玻璃(li)。
表1 高爐(lu)渣和基(ji)礎玻(bo)璃的成分對比 %
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2.2 生產工藝
就(jiu)原理而言,建筑微(wei)晶玻璃的生產(chan)原則上可(ke)采用平板(ban)玻璃任何一種生產(chan)工藝(yi),但是(shi),微(wei)晶玻璃的熱處理制度和普通(tong)玻璃有(you)著根(gen)本的區別。目前生產(chan)技術(shu)基本成熟的工業化(hua)生產(chan)工藝(yi)有(you)壓延法(fa)和燒結法(fa)。
壓(ya)延成(cheng)(cheng)型(xing)工藝為前蘇(su)聯在20世紀70年代所創(chuang)[4],流程為:配料(liao)(liao)→混合(he)→熔(rong)化→壓(ya)延成(cheng)(cheng)型(xing)→熱(re)切(qie)割→熱(re)處(chu)理→冷加工→成(cheng)(cheng)品。用(yong)礦渣及(ji)其它玻(bo)(bo)璃(li)原料(liao)(liao)混合(he)熔(rong)化后(hou)拉制(zhi)成(cheng)(cheng)平板狀晶化玻(bo)(bo)璃(li),再經磨拋成(cheng)(cheng)為具有漂亮花紋的微晶玻(bo)(bo)璃(li),用(yong)于建筑(zhu)裝飾。壓(ya)延微晶玻(bo)(bo)璃(li)板幅(fu)面大、質量穩定、產量大。缺點是投資大,產品的品種規格較少(shao),在國內(nei)技術尚(shang)不成(cheng)(cheng)熟。
國內(nei)現(xian)以燒結(jie)法(fa)(fa)(fa)(fa)為(wei)主。燒結(jie)法(fa)(fa)(fa)(fa)包括(kuo)熔(rong)融(rong)水(shui)淬(cui)燒結(jie)法(fa)(fa)(fa)(fa)和直接燒結(jie)法(fa)(fa)(fa)(fa)。一般利(li)用(yong)鋼廠的(de)鋼渣(zha)、高(gao)爐渣(zha)生產微晶玻(bo)(bo)璃(li)常采用(yong)熔(rong)融(rong)水(shui)淬(cui)燒結(jie)法(fa)(fa)(fa)(fa)。熔(rong)融(rong)水(shui)淬(cui)燒結(jie)法(fa)(fa)(fa)(fa)微晶玻(bo)(bo)璃(li)裝飾板生產工藝是將(jiang)(jiang)配合料(liao)在高(gao)溫熔(rong)制為(wei)玻(bo)(bo)璃(li),熔(rong)融(rong)好的(de)玻(bo)(bo)璃(li)由大塊料(liao)倒(dao)入(ru)水(shui)中(zhong)淬(cui)冷,經水(shui)淬(cui)后的(de)玻(bo)(bo)璃(li)易于粉碎為(wei)細小(xiao)顆粒(li),再裝入(ru)特(te)殊的(de)模(mo)具中(zhong),采用(yong)與(yu)陶瓷燒結(jie)類似的(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa),將(jiang)(jiang)它(ta)們堆(dui)積在耐火(huo)材料(liao)模(mo)框(kuang)內(nei)進行(xing)熱處理(li),讓玻(bo)(bo)璃(li)粉在半熔(rong)融(rong)狀態(tai)下(xia)致密化(hua),并成(cheng)核析晶。
熔(rong)(rong)融水淬(cui)燒結法制備礦渣微晶(jing)玻(bo)璃(li)的(de)(de)(de)(de)優點是:(1)不(bu)需(xu)要通過傳統的(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)成(cheng)形階段,適合(he)于需(xu)要較高(gao)熔(rong)(rong)制溫度(du)的(de)(de)(de)(de)微晶(jing)玻(bo)璃(li)生(sheng)產(chan);(2)玻(bo)璃(li)經水淬(cui)后,顆粒細小,表(biao)面(mian)積增加,比熔(rong)(rong)融法制得的(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)更易(yi)于晶(jing)化;(3)可不(bu)使(shi)用晶(jing)核(he)劑;(4)規格及(ji)(ji)厚度(du)可變(bian)。其主要缺點:(1)能耗高(gao);(2)對(dui)原(yuan)料粉末顆粒要求嚴格,太細或太粗都會影響制品的(de)(de)(de)(de)致密度(du)。為此,可以根據(ju)鋼廠的(de)(de)(de)(de)實際(ji)情況,采(cai)(cai)用熔(rong)(rong)融態高(gao)爐渣利用技術和蓄(xu)熱式燃(ran)燒技術,以及(ji)(ji)嚴格控制顆粒的(de)(de)(de)(de)粒度(du)分布的(de)(de)(de)(de)方式,能有效地解決這些問題(ti)。燃(ran)料采(cai)(cai)用鋼廠富余的(de)(de)(de)(de)高(gao)爐、焦(jiao)爐煤氣(qi),替(ti)代了國(guo)內微晶(jing)玻(bo)璃(li)生(sheng)產(chan)廠普遍(bian)采(cai)(cai)用的(de)(de)(de)(de)石油液化氣(qi)、天然氣(qi)、重油等高(gao)成(cheng)本(ben)燃(ran)料。生(sheng)產(chan)工藝流程如圖1 所示。
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圖1 礦渣微晶(jing)玻璃(li)生(sheng)產工藝流程
各(ge)種原輔(fu)材料(liao)按(an)比例配合混勻(yun)后(hou)(hou)(hou),送入(ru)(ru)窯頭料(liao)倉;然后(hou)(hou)(hou)把混勻(yun)原料(liao)送進(jin)熔(rong)窯進(jin)行高溫(wen)熔(rong)化(hua),澄(cheng)清后(hou)(hou)(hou)經過流(liu)液道流(liu)入(ru)(ru)料(liao)池,流(liu)下時用(yong)加壓水(shui)槍沖水(shui)急冷(leng),使(shi)玻璃(li)體(ti)水(shui)淬成6mm以下的顆粒后(hou)(hou)(hou)脫水(shui)排(pai)升(sheng)(sheng),再靠自身(shen)溫(wen)度烘(hong)干,過篩后(hou)(hou)(hou)提升(sheng)(sheng)至熟料(liao)倉備用(yong)。再將玻璃(li)晶(jing)體(ti)按(an)各(ge)種規格(ge)裝車(che)成型(xing),推入(ru)(ru)晶(jing)化(hua)退(tui)火爐中(zhong)高溫(wen)成型(xing)晶(jing)化(hua)退(tui)火;然后(hou)(hou)(hou)對成型(xing)晶(jing)化(hua)的產(chan)品(pin)進(jin)行磨、拋、切(qie)裁、形成成品(pin)。
3 投資及效益分析
作為(wei)礦(kuang)(kuang)渣(zha)(zha)微(wei)(wei)(wei)晶(jing)(jing)玻璃主(zhu)要原料(liao)的礦(kuang)(kuang)渣(zha)(zha)是(shi)冶金高爐(lu)的副產(chan)品(pin),屬工業廢料(liao),主(zhu)要配(pei)料(liao)硅砂在(zai)自然(ran)界儲量非(fei)常(chang)(chang)豐富。萊鋼集團當前年產(chan)高爐(lu)礦(kuang)(kuang)渣(zha)(zha)在(zai)300萬t左右,而且附近周(zhou)邊地區的硅砂資(zi)源豐富,這就(jiu)為(wei)礦(kuang)(kuang)渣(zha)(zha)微(wei)(wei)(wei)晶(jing)(jing)玻璃的生(sheng)產(chan)提供了充足、低廉的原料(liao)保證(zheng)。同時礦(kuang)(kuang)渣(zha)(zha)微(wei)(wei)(wei)晶(jing)(jing)玻璃的物化性(xing)能(neng)非(fei)常(chang)(chang)出色,可應用(yong)于很(hen)(hen)多領(ling)域,因而,礦(kuang)(kuang)渣(zha)(zha)微(wei)(wei)(wei)晶(jing)(jing)玻璃性(xing)能(neng)優(you)良,應用(yong)領(ling)域廣,有(you)著(zhu)很(hen)(hen)好的市場前景。
按照年產(chan)30萬m2(厚度20mm)礦渣微晶玻璃生(sheng)(sheng)產(chan)線設(she)計(ji),需(xu)設(she)備投資3500萬元,共需(xu)要400名(ming)工(gong)作人員(yuan),建設(she)周期為(wei)1年,生(sheng)(sheng)產(chan)成(cheng)本為(wei)300元/m2。目前微晶玻璃的(de)市場售價為(wei)400元/m2。
利(li)(li)(li)用(yong)(yong)鋼(gang)鐵(tie)渣(zha)生(sheng)產(chan)微晶(jing)玻璃給鋼(gang)鐵(tie)渣(zha)的(de)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)提供了一個新的(de)途徑,不僅提高鋼(gang)鐵(tie)渣(zha)的(de)有(you)效利(li)(li)(li)用(yong)(yong)率(原(yuan)料中(zhong)的(de)鋼(gang)鐵(tie)渣(zha)總摻量可(ke)達55%以上),還可(ke)以在(zai)減少(shao)鋼(gang)渣(zha)的(de)排(pai)放,改善環(huan)境的(de)同時(shi),產(chan)生(sheng)可(ke)觀的(de)經濟(ji)效益(yi),實(shi)現(xian)“變廢(fei)為(wei)寶”的(de)資源循(xun)環(huan)再利(li)(li)(li)用(yong)(yong)。
4 應用前景
近年來,由于(yu)微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)板(ban)色彩(cai)艷麗,色差小(xiao)且(qie)永不褪色;結構致密,紋理清晰(xi);堅硬(ying)耐磨,耐風化,防腐(fu)蝕;不吸水,獨特的(de)(de)抗凍(dong)性(xing)(xing)和(he)耐污染性(xing)(xing),無放(fang)射性(xing)(xing)等(deng)優點日(ri)益(yi)被人(ren)們所認識和(he)認可(ke),且(qie)其理化性(xing)(xing)能和(he)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)效果遠優于(yu)天然(ran)(ran)石材和(he)高檔(dang)建陶產品[5]。因此(ci),人(ren)們可(ke)利用微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)板(ban)代替天然(ran)(ran)大理石或花崗巖等(deng)材料用作外墻(qiang)、內墻(qiang)、地(di)(di)板(ban)、樓梯(ti)踏板(ban)、電梯(ti)井內地(di)(di)板(ban)、立柱貼面、大廳柜(ju)臺面、衛(wei)生間(jian)臺面、炊事案板(ban)等(deng)處的(de)(de)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)材料,也(ye)可(ke)用作陽(yang)臺、門窗和(he)分隔(ge)墻(qiang)體的(de)(de)結構材料,各(ge)種高檔(dang)家具(ju)、高檔(dang)珍(zhen)貴工藝品的(de)(de)制(zhi)作及其它各(ge)種用途的(de)(de)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)材料。現已用于(yu)機場(chang)、車站(zhan)、辦公大樓、地(di)(di)鐵(tie)、賓館(guan)、酒店等(deng)高檔(dang)公用建筑(zhu)(zhu)和(he)別墅等(deng)高檔(dang)住房(fang)場(chang)所。理化性(xing)(xing)能優于(yu)天然(ran)(ran)石材和(he)高檔(dang)陶瓷的(de)(de)建筑(zhu)(zhu)微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)板(ban),將被廣大普通(tong)消費者所接受,從(cong)而進(jin)入普通(tong)百姓的(de)(de)家庭裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾(shi)。建筑(zhu)(zhu)微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)行業一旦形成,其應用前景將十分美好。
同(tong)(tong)時礦渣(zha)微(wei)(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)(li)的物化(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)(neng)非常出(chu)色(se),可(ke)應用(yong)(yong)于很多領域,如(ru)具有(you)很高(gao)的耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)(xing)、輕質高(gao)強、很好(hao)的熱性(xing)(xing)能(neng)(neng)和化(hua)(hua)學耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)以(yi)及良好(hao)的絕緣性(xing)(xing)能(neng)(neng)等(deng)(deng)(deng),可(ke)以(yi)代替鑄石(shi)和陶瓷(ci)用(yong)(yong)作建(jian)筑(zhu)材(cai)(cai)料(liao)、裝(zhuang)飾材(cai)(cai)料(liao)和化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)機械材(cai)(cai)料(liao)等(deng)(deng)(deng);在(zai)采礦工(gong)(gong)(gong)業(ye)中(zhong)可(ke)代替鋼(gang)材(cai)(cai)用(yong)(yong)作導槽、料(liao)斗溜(liu)槽的襯里,使用(yong)(yong)壽命可(ke)提(ti)高(gao)5~10倍;用(yong)(yong)作選煤廠(chang)水(shui)力旋(xuan)流器中(zhong)的錐體(ti),使用(yong)(yong)壽命相當(dang)于碳鋼(gang)或灰口鑄鐵的10~12倍;同(tong)(tong)時減(jian)輕重(zhong)量20%;在(zai)防腐(fu)工(gong)(gong)(gong)程中(zhong),可(ke)用(yong)(yong)微(wei)(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)(li)裝(zhuang)飾板代替鑄石(shi)砌筑(zhu)耐(nai)(nai)(nai)酸池(chi)、貯槽、電解槽;造紙工(gong)(gong)(gong)業(ye)的蒸煮鍋(guo)、酸性(xing)(xing)水(shui)解鍋(guo)、硫(liu)酸吸收塔、氯(lv)氣(qi)干燥塔、反應器;石(shi)油化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)設(she)備的內(nei)襯等(deng)(deng)(deng)以(yi)及防酸性(xing)(xing)氣(qi)體(ti)和液體(ti)的地面、墻壁。理化(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)(neng)優于鑄石(shi)的微(wei)(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)(li)板在(zai)防腐(fu)工(gong)(gong)(gong)程中(zhong)應用(yong)(yong)前(qian)(qian)(qian)景十分廣(guang)闊。用(yong)(yong)作管道輸送固體(ti)或水(shui)懸浮物及溶液時,其耐(nai)(nai)(nai)化(hua)(hua)學腐(fu)蝕性(xing)(xing)和耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)(xing)均好(hao)于同(tong)(tong)類產(chan)品(pin)(pin)。因而,礦渣(zha)微(wei)(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)(li)性(xing)(xing)能(neng)(neng)優良,應用(yong)(yong)領域廣(guang),有(you)著很好(hao)的市場(chang)前(qian)(qian)(qian)景。從(cong)市場(chang)反饋的信息來看,目(mu)前(qian)(qian)(qian)幾家生產(chan)微(wei)(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)(li)的廠(chang)家生產(chan)經營(ying)情況良好(hao),產(chan)品(pin)(pin)在(zai)國(guo)內(nei)市場(chang)供不應求(qiu),而且(qie)目(mu)前(qian)(qian)(qian)國(guo)外尚無微(wei)(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)(li)的規模化(hua)(hua)生產(chan)廠(chang)家,產(chan)品(pin)(pin)出(chu)口前(qian)(qian)(qian)景看好(hao)。
5 結束語
以高爐礦(kuang)渣為(wei)主要原料生(sheng)產(chan)(chan)礦(kuang)渣微晶(jing)(jing)玻(bo)璃實用可(ke)(ke)行,符合國家的(de)(de)(de)環(huan)保(bao)和產(chan)(chan)業政策,也符合萊(lai)鋼(gang)大力(li)發(fa)展(zhan)(zhan)循環(huan)經(jing)濟、建設(she)生(sheng)態萊(lai)鋼(gang)的(de)(de)(de)戰略(lve)思想,同時具有良好的(de)(de)(de)市(shi)場(chang)前景和環(huan)保(bao)效益(yi)。如(ru)果將礦(kuang)渣微晶(jing)(jing)玻(bo)璃項(xiang)目作為(wei)萊(lai)鋼(gang)創(chuang)建“節約型(xing)企業”戰略(lve)的(de)(de)(de)一部分,若(ruo)能(neng)成(cheng)功實施(shi),將為(wei)我國大型(xing)鋼(gang)鐵(tie)企業綜(zong)合利(li)用鋼(gang)鐵(tie)廢渣、實現(xian)可(ke)(ke)持續發(fa)展(zhan)(zhan)探(tan)索了(le)一條發(fa)展(zhan)(zhan)之路。該項(xiang)目不僅可(ke)(ke)以實現(xian)鋼(gang)鐵(tie)渣的(de)(de)(de)合理綜(zong)合利(li)用,保(bao)護環(huan)境(jing),還能(neng)帶(dai)來可(ke)(ke)觀的(de)(de)(de)經(jing)濟效益(yi),成(cheng)為(wei)萊(lai)鋼(gang)發(fa)展(zhan)(zhan)非鋼(gang)產(chan)(chan)業新的(de)(de)(de)經(jing)濟增長點,在實現(xian)良好的(de)(de)(de)社會效益(yi)和生(sheng)態效益(yi)的(de)(de)(de)同時,可(ke)(ke)實現(xian)經(jing)濟效益(yi)的(de)(de)(de)最大化。
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