中國粉體網訊 一般工業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題，還能減少資源的浪費。
微晶玻璃
微晶玻璃又稱玻璃陶瓷或結晶化玻璃，是將特定組成的基礎玻璃在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類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機非金屬材料，具有很高的機械強度、硬度，顯著的耐腐蝕、良好的抗熱沖擊性能，廣泛應用于建筑、日用、電子、化工、軍工、航空航天、生物和新型光學等領域。
自從前蘇聯利用尾礦廢渣制造微晶陶瓷后使得利用工業固體廢棄物制作微晶玻璃的出現為如何解決工業固體廢棄物開啟了一絲曙光。工業固廢通常含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3等，可作為生產微晶玻璃的原料，用于生產微晶玻璃是工業固體廢棄物重要的利用途徑。當前，隨著對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題的出現，國內外學者開始以工業廢棄物代替天然原料制備微晶玻璃。
工業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)燒結法
目前，用于制備微晶玻璃研究的工業固體廢棄物原料主要有：尾礦、工業廢渣等等。利用礦渣制備的微晶玻璃主要特點是廢渣利用率高、耐磨損和耐腐蝕性好、力學性能高，可廣泛應用于建筑、機械、化工等領域。
發泡陶瓷
尾礦作為一種硅酸鹽、碳酸鹽固體廢棄物，是一種不燃無機材料。利用尾礦制作不燃的微晶發泡陶瓷保溫板是綜合利用礦山固廢的新途徑。
微晶發泡陶瓷
微晶發泡陶瓷在業界有“固廢黃金”的美稱，是我國建筑陶瓷產業經過產業結構調整和轉型升級發展出現的標志性產品。其利用尾礦制備保溫板的過程就像面包的烤制一樣。經過連續球磨的超細尾礦微粉就像面粉，添加一定的長石、高嶺土輔料、發泡劑提高面團的“筋道”；這些面團布置于容器輥道之后，經過超過1200℃高溫焙燒，發泡劑釋放大量揮發性氣體，引起面團的整體膨脹，隨著溫度的降低，面團中氣體揮發后的氣孔保存下來，材料內部呈現密集的閉氣孔，最終獲得多孔、輕質的材料結構，這就是微晶發泡陶瓷。
鋁基陶瓷材料
煤基固廢物是煤炭在開采和加工過程中，產生的一類難以利用的工業固體廢棄物，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業鏈布局模式
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工藝來制備。其中，粉煤灰的成分和比例、添加劑的種類和數量、以及燒結溫度等因素都會對最終產品的性能產生顯著影響。
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制備機械強度高、耐酸堿腐蝕以及壽命長等具有優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得到鋁鹽溶液，浸出煤矸石中的Al3+，留下不與酸反應的非晶態SiO2，從而實現硅鋁分離，濾渣經除雜純化后得到氧化鋁。
氧化鋁-碳化硅粉體：采用煤矸石和碳質材料（活性炭、炭黑、無煙煤等）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，可在工業生產中使用，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，研究結果表明：在溫度為1500℃、氮氣流量為2L/min、保溫時間為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，可以使粉體結構更加致密，晶粒大小更加均勻。
此外，可利用煤矸石制備多孔莫來石、多孔堇青石和莫來石晶須。建議瞄準百萬噸級規模化的煤矸石綜合利用項目，分級分質梯級利用，打破行業界限，在工業固廢綜合利用領域尋求多元化的技術合作和多源固廢協同技術攻關，真正實現煤矸石綜合高效利用。
硅基陶瓷
太陽能作為清潔、安全、充足、廣泛的可再生能源成為當前發展的重點，而在晶體硅太陽能電池集成板的生產過程中，硅片的切割會產生大量的硅粉，由于含有大量的雜質被人們稱作“廢硅粉”，如何回收再利用成為了當前研究的熱點。
羅銅等提出利用太陽能級多品硅切片過程中產生的廢硅粉，經過分離提純后通過微波氮化生產Si3N4的新思路，實現太陽能級多品硅切屑的綜合利用，提高產品附加值。采用微波加熱直接氮化太陽能切割廢硅粉制備Si3N4粉體和燒結Si3N4陶瓷以SiC/Si3N4復合材料，與常規燒結方式相比，微波燒結能夠促進物相的擴散，提高材料的致密性，相對密度提高了4.77%，可有效提高SiC/Si3N4復合材料的熱擴散系數，提高了99.20%。
目前，將晶體硅切割廢料應用于耐火材料的資源化利用方法主要是通過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，可先對切割廢料進行酸洗處理。這些研究主要來源于東北大學，目前高附加值的硅粉的回收至今仍然沒有生產應用報道。
來源：
固廢綜合利用技術：工業固體廢棄物微晶玻璃種類
張子英等：工業固廢資源化利用在耐火材料方面的研究進展
羅銅：微波加熱工業廢硅粉制備Si3N4及其復合材料研究
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（中國粉體網編輯整理/空青）
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