摘 要：本文简单阐述了目前国内外利用工业废渣制备微晶玻璃的现状，以及利用工业废渣制备微晶玻璃的方法，并探讨工业废渣微晶玻璃的发展前景及值得关注的几个问题。目前，工业废渣的大量排放已造成严重的环境污染。因此，利用工业废渣制备微晶玻璃是解决废渣的有效途径，在陶瓷行业中值得大力推广。
关键词：微晶玻璃；工业废渣；发展前景
1 前言
微晶玻璃是一种经过控制结晶的具备精细显微结构的多晶材料，具有优良的机械强度、表面硬度、化学稳定性、热膨胀系数等物理、化学性能，而且广泛应用于建筑、机械工程、医学、电子技术、航天技术等领域。在国家科委制定的2010年社会发展纲要中，微晶玻璃被规划为国家综合利用行动的战略发展重点和环保治理的重点，被称为跨世纪的新材料[1]。
随着我国工业的迅速发展，各种各样的工业废渣也随之而出，其大量的工业废渣既占用土地，还容易造成大气污染、水质污染、河流堵塞等一系列环境问题。这些废渣中可能是带毒的危险品，因此只能堆放在特定的地区以防止泄露。如果将这些废渣用来制备成微晶玻璃，不仅可以减少其对人类的危害，而且还能美化环境。一般来说硅酸盐废料，例如：粉煤灰、高炉渣、金属冶炼废渣、污泥渣等被用于微晶玻璃的生产，因为硅酸盐废料中含有制备微晶玻璃所需的主要化学成份，以及P2O5、TiO2、Fe2O3等组分，有助于晶核的生成。近几年来，利用工业废渣制备微晶玻璃技术受到学者们和生产商的关注。因此，得到健康的发展，并取得很好的成效。
2 利用工业废渣微晶玻璃的国内外研究现状
2.1 国外的研究现状
发达国家经过三次工业革命的发展，工业生产已达到相当高的水平，然而，废渣排放量急剧的增加导致生活环境急剧恶化。1952年，著名的伦敦雾霾事件就是由于火力发电厂的排放物所造成。如何解决工业废渣成为各国学者关注的热点，尝试工业废渣生产微晶玻璃有着巨大的吸引力。1960年，前苏联Kitaigocodski首次成功采用压延法制成了矿渣微晶玻璃，建立了世界上第一条矿渣微晶玻璃生产线[2]。随后美国、日本、英国等发达国家也相继研制出不同的矿渣微晶玻璃。直到今天，各国学者已探索出不同工业废渣制备微晶玻璃的工艺技术[3]。
Hisashi Endo[4]在东京政府的支持下，根据污泥灰的化学成份试制出CAS系统微晶玻璃，于1996年采用吹氧间歇式熔渣工艺（Slag Bath O2 Melting Method，简称SBOM）以150 t/d的规模批量生产。E.Bernardo[5-8]系统地研究不同废渣混合制备微晶玻璃的方法，将长石矿渣、粘土砖废料、赤泥、粉煤灰、废玻璃等多种工业废料经过不同的搭配，制作出性能不同的微晶玻璃。M.Erol[9]等利用土耳其火电厂的粉煤灰，采用不同的热处理制度，生产出玻璃、微晶玻璃和陶瓷。比较玻璃、微晶玻璃、陶瓷的性能，可发现玻璃和微晶玻璃均比陶瓷的物理性能优越，这是由于粉煤灰颗粒最初不能聚集在一起，陶瓷样品不能很好地完成烧结过程，使陶瓷样品物理性能降低。Z.Karoly[10]等以市政固体焚烧炉产生的粉煤灰为主要原料，对比不同热处理温度制作的微晶玻璃硬度，发现提高CaO的比例能降低成核结晶温度，但是会降低微晶玻璃硬度。T.Toya[11-13]等以高岭土废渣、石英砂废渣、污泥灰、白云石为主要原料，做出六种不同配方的微晶玻璃。通过对比分析发现，高岭土废渣、白云石为原料制备出的微晶玻璃具有较高的抗弯强度和硬度，以石英砂废渣和高岭土废渣为原料制备的微晶玻璃则拥有优良的化学稳定性。
2.2 国内的研究现状
20世纪80年代，我国工业废弃物的治理引起人们的关注，国内学者相继投入到工业废渣制备微晶玻璃的研究热潮中。经过30年的发展，目前国内学者对工业废渣微晶玻璃的废渣成份、晶核剂选择、热处理制度，成品的成份、结构、性能的关系等方面都有详尽的分析[14]，主要原料包括冶金矿渣、尾矿渣、粉煤灰、磷渣等。根据不同的废渣、不同的组分可以适当添加不同的材料。
2.2.1冶金矿渣制备微晶玻璃
冶金矿渣一般是冶炼金属后排出的杂质经过一定的水淬处理形成大小适中的粒状废渣。各种冶金矿渣基本属于硅酸盐废料，个别矿渣可能富含该种金属的氧化物。如何根据不同化学组成添加原料以及选择晶核剂将成为其关键性的问题。CAS系统在国内已研究成熟，根据相图和经验可合理设计多种配方来寻求最优点。
炼钢工业在我国发展较快，钢渣微晶玻璃在早期已开始研究。程金树等人[15]以还原性钢渣为主要原料，掺入适量SiO2降低CaO、MgO的相对含量，生成主晶相为β硅灰石的微晶玻璃，废渣利用率达到50%左右。他们认为，烧结和晶化之间存在着竞争，晶化过快进行会使粘性增加，影响到烧结的正常进行。还原性钢渣含CaO、MgO较多，析晶速度较快，采用两次保温会使晶化过快。所以，程金树等人采用一次保温制备钢渣微晶玻璃，实验证明此法较为合理。
高炉渣是冶炼生铁时排出的废弃物，根据矿石品位的不同，每冶炼1～3吨生铁，就要产生1吨的高炉渣。高炉渣在我国主要用于水泥等建筑材料，产生的附加值较低，若用于生产微晶玻璃能创造更大的财富。肖汉宁[16]等人混合高炉渣和钢渣，加入ZrO2、Cr2O3晶核剂引出透辉石和普通辉石主晶相，晶化率达到90%，具有优越的耐磨性。Cr2O3是高炉渣微晶玻璃很有效的成核剂，可配合TiO2、氧化铁或氟化物使用。Cr2O3在矿渣熔体中具有较高的溶解度，由于它从过饱和的熔体中直接析出晶核或使液相预先分层，为晶核生成提供界面[17]。杨淑敏[18]等人利用新疆钢铁工业排出的高炉渣，加入少量钾长石降低烧结温度，制备出密度为2.81g/cm3、抗弯强度为87.76MPa、硬度为5.60GPa的微晶玻璃。
北京科技大学的马明生、史伟莉、王中杰等人对金川镍渣制备微晶玻璃进行了详细的研究。史伟莉[19]发现，经过还原熔炼的镍渣，铁的质量分数能够降到0.5%左右，再利用残余热量能降低微晶玻璃的生产成本。马明生[20]微观分析镍渣微晶玻璃在Cr2O3作用下的晶相结构及晶化过程。王中杰[21]以镍渣、高炉渣、石英粉为原料，按照比例25：75：10混磨制备基础玻璃。