中國(guó)粉體網(wǎng)訊  一般工業(yè)固體廢棄物通常含有豐富的氧化鋁、氧化硅、氧化鎂等氧化物，將工業(yè)廢渣資源化利用制備陶瓷材料，不但有助于解決固廢的污染問(wèn)題，還能減少資源的浪費(fèi)。

微晶玻璃

微晶玻璃又稱(chēng)玻璃陶瓷或結(jié)晶化玻璃，是將特定組成的基礎(chǔ)玻璃在加熱過(guò)程中通過(guò)控制晶化而制得的一類(lèi)含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。微晶玻璃是一種重要的新型無(wú)機(jī)非金屬材料，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度，顯著的耐腐蝕、良好的抗熱沖擊性能，廣泛應(yīng)用于建筑、日用、電子、化工、軍工、航空航天、生物和新型光學(xué)等領(lǐng)域。

自從前蘇聯(lián)利用尾礦廢渣制造微晶陶瓷后使得利用工業(yè)固體廢棄物制作微晶玻璃的出現(xiàn)為如何解決工業(yè)固體廢棄物開(kāi)啟了一絲曙光。工業(yè)固廢通常含有CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃等，可作為生產(chǎn)微晶玻璃的原料，用于生產(chǎn)微晶玻璃是工業(yè)固體廢棄物重要的利用途徑。當(dāng)前，隨著對(duì)微晶玻璃需求的增加，資源的緊缺以及固體廢物處理處置等一系列問(wèn)題的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始以工業(yè)廢棄物代替天然原料制備微晶玻璃。

工業(yè)固廢制備微晶玻璃工藝

微晶玻璃主要制備工藝路線示意圖(a)熔融法；(b)燒結(jié)法

目前，用于制備微晶玻璃研究的工業(yè)固體廢棄物原料主要有：尾礦、工業(yè)廢渣等等。利用礦渣制備的微晶玻璃主要特點(diǎn)是廢渣利用率高、耐磨損和耐腐蝕性好、力學(xué)性能高，可廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、化工等領(lǐng)域。

發(fā)泡陶瓷

尾礦作為一種硅酸鹽、碳酸鹽固體廢棄物，是一種不燃無(wú)機(jī)材料。利用尾礦制作不燃的微晶發(fā)泡陶瓷保溫板是綜合利用礦山固廢的新途徑。

微晶發(fā)泡陶瓷

微晶發(fā)泡陶瓷在業(yè)界有“固廢黃金”的美稱(chēng)，是我國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展出現(xiàn)的標(biāo)志性產(chǎn)品。其利用尾礦制備保溫板的過(guò)程就像面包的烤制一樣。經(jīng)過(guò)連續(xù)球磨的超細(xì)尾礦微粉就像面粉，添加一定的長(zhǎng)石、高嶺土輔料、發(fā)泡劑提高面團(tuán)的“筋道”；這些面團(tuán)布置于容器輥道之后，經(jīng)過(guò)超過(guò)1200℃高溫焙燒，發(fā)泡劑釋放大量揮發(fā)性氣體，引起面團(tuán)的整體膨脹，隨著溫度的降低，面團(tuán)中氣體揮發(fā)后的氣孔保存下來(lái)，材料內(nèi)部呈現(xiàn)密集的閉氣孔，最終獲得多孔、輕質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)，這就是微晶發(fā)泡陶瓷。

鋁基陶瓷材料

煤基固廢物是煤炭在開(kāi)采和加工過(guò)程中，產(chǎn)生的一類(lèi)難以利用的工業(yè)固體廢棄物，主要包括煤矸石、粉煤灰、煤氣化渣等。

煤基固廢處置和利用的產(chǎn)業(yè)鏈布局模式

粉煤灰：主要成分為硅、鋁、鐵、鈣等的氧化物，而高鋁粉煤灰中Al₂O₃的含量可達(dá)50％ ，接近中等品位鋁土礦中的含量，因此可以作為非鋁土礦資源生產(chǎn)Al₂O₃。

以粉煤灰為主要原料可制備多孔陶瓷整體材料、多孔陶瓷膜、陶粒、保溫隔熱材料等，這些材料通常添加不同的添加劑和采用特定的生產(chǎn)工藝來(lái)制備。其中，粉煤灰的成分和比例、添加劑的種類(lèi)和數(shù)量、以及燒結(jié)溫度等因素都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的性能產(chǎn)生顯著影響。

煤矸石：有大量的SiO₂（含量在30%~60%之間）和Al₂O₃（含量在20%~40%之間），而這些化合物又是常用的陶瓷生產(chǎn)原料，煤矸石本身也具有大量微孔和較高的比表面積。因此，完全可以利用煤矸石來(lái)制備機(jī)械強(qiáng)度高、耐酸堿腐蝕以及壽命長(zhǎng)等具有優(yōu)異性能的陶瓷等材料。

氧化鋁材料：煤矸石中的氧化鋁與酸反應(yīng)得到鋁鹽溶液，浸出煤矸石中的Al³⁺，留下不與酸反應(yīng)的非晶態(tài)SiO₂，從而實(shí)現(xiàn)硅鋁分離，濾渣經(jīng)除雜純化后得到氧化鋁。

氧化鋁-碳化硅粉體：采用煤矸石和碳質(zhì)材料（活性炭、炭黑、無(wú)煙煤等）為原料，采用碳熱還原法成功制備出高性能低成本的氧化鋁-碳化硅粉體，可在工業(yè)生產(chǎn)中使用，提高煤矸石的利用率。

塞隆陶瓷粉體：利用煤矸石、炭黑為原料，采用碳熱還原氮化法制備了β－Sialon粉體，研究結(jié)果表明：在溫度為1500℃、氮?dú)饬髁繛?L/min、保溫時(shí)間為4h的條件下，生成的β－Sialon相最多。另外，向制得的β－Sialon粉體中加入3%的Si₃N₄晶種，可以使粉體結(jié)構(gòu)更加致密，晶粒大小更加均勻。

此外，可利用煤矸石制備多孔莫來(lái)石、多孔堇青石和莫來(lái)石晶須。建議瞄準(zhǔn)百萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模化的煤矸石綜合利用項(xiàng)目，分級(jí)分質(zhì)梯級(jí)利用，打破行業(yè)界限，在工業(yè)固廢綜合利用領(lǐng)域?qū)で蠖嘣�化的技術(shù)合作和多源固廢協(xié)同技術(shù)攻關(guān)，真正實(shí)現(xiàn)煤矸石綜合高效利用。

硅基陶瓷

太陽(yáng)能作為清潔、安全、充足、廣泛的可再生能源成為當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)，而在晶體硅太陽(yáng)能電池集成板的生產(chǎn)過(guò)程中，硅片的切割會(huì)產(chǎn)生大量的硅粉，由于含有大量的雜質(zhì)被人們稱(chēng)作“廢硅粉”，如何回收再利用成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

羅銅等提出利用太陽(yáng)能級(jí)多品硅切片過(guò)程中產(chǎn)生的廢硅粉，經(jīng)過(guò)分離提純后通過(guò)微波氮化生產(chǎn)Si₃N₄的新思路，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能級(jí)多品硅切屑的綜合利用，提高產(chǎn)品附加值。采用微波加熱直接氮化太陽(yáng)能切割廢硅粉制備Si₃N₄粉體和燒結(jié)Si₃N₄陶瓷以SiC/Si₃N₄復(fù)合材料，與常規(guī)燒結(jié)方式相比，微波燒結(jié)能夠促進(jìn)物相的擴(kuò)散，提高材料的致密性，相對(duì)密度提高了4.77%，可有效提高SiC/Si₃N₄復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，提高了99.20%。  

目前，將晶體硅切割廢料應(yīng)用于耐火材料的資源化利用方法主要是通過(guò)氮化處理制備氮化硅，碳熱還原法制備碳化硅，為提高硅粉的回收率和純度，可先對(duì)切割廢料進(jìn)行酸洗處理。這些研究主要來(lái)源于東北大學(xué)，目前高附加值的硅粉的回收至今仍然沒(méi)有生產(chǎn)應(yīng)用報(bào)道。

來(lái)源：

固廢綜合利用技術(shù)：工業(yè)固體廢棄物微晶玻璃種類(lèi)

張子英等：工業(yè)固廢資源化利用在耐火材料方面的研究進(jìn)展

羅銅：微波加熱工業(yè)廢硅粉制備Si₃N₄及其復(fù)合材料研究

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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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