陶瓷磨料的研究现状及刚玉行业绿色发展

2020-07-18边华英王学涛李金勇

佛山陶瓷 2020年6期

边华英王学涛李金勇

摘要：文章简单介绍了河南省刚玉行业企业的产品结构状况，分析了《刚玉单位产品能源消耗限额》标准中电熔刚玉和烧结刚玉产品的单位能耗限额2级指标之间的差别，对我国陶瓷磨料研究和产业化现状进行综述，建议河南省刚玉行业企业适度落地发展陶瓷磨料产品项目，走社会效益良好的资源节约型可持续化绿色高质量发展道路。

关键词：陶瓷磨料;刚玉;单位产品能源消耗限额;绿色发展

1 前言

当前的改革已经进入到深水区，国家和地方要合力打好环境污染防治攻坚战，加强生态环境保护建设不动摇，企业的发展不再沿袭以前的快速发展模式，代之以绿色高质量发展路径。

河南省是国内刚玉行业企业数量最多的省份，产品主要包括棕刚玉、白刚玉、锆刚玉，以及亚白刚玉、黑刚玉、单晶刚玉、微晶刚玉、铬刚玉等系列，也包括采用相同原理生产的电熔镁铝尖晶石、电熔莫来石、电熔铝酸钙等产品。河南的洛阳、郑州、三门峡地区聚集了该省大多数的刚玉企业，约90%为棕刚玉生产企业，少数企业生产白刚玉、空心球、锆刚玉等产品。烧结刚玉产品主要在山东、浙江等地生产。刚玉行业上下游的关联企业还有铝矾土矿石开采、破粉碎和煅烧精炼（含均化煅烧铝矾土）、工业氧化铝生产、耐火材料制造、磨料磨具制造等企业。

2 从刚玉单位产品能源消耗限额看供给侧改革

在国标GB36892-2018《刚玉单位产品能源消耗限额》中对刚玉单位产品能源消耗所下的定义为以电熔或烧结的方法平均每生产1t合格刚玉消耗的能源总量。

对于标准中的相应指标设置，要求已经建成投产的企业其最低限额不高于其中的3级指标，而新建或改扩建的企业或是采用刚玉生产新工艺的企业不大于其中的2级指标，即对于棕刚玉和白刚玉，其2级指标分别为2300kW·h/t、1500kW·h/t，3级指标分别为2400kW·h/t、1680kW·h/t，而对于烧结刚玉来说，其2级和3级指标分别为109kg标煤/t、202kg标煤/t，折算为887kW·h/t和1644kW·h/t。[1]由此可见，烧结刚玉的2级单位产品能源消耗远远低于棕刚玉和白刚玉，3级单耗接近。但是，电熔产品和烧结产品在后期制成粒度料时还会产生较大的能耗差，电熔刚玉块破碎、筛分工序仍然需要消耗大量的电能，棕刚玉磨料进行后续的煅烧和镀覆烧结也有能耗，而对于烧结陶瓷磨料来说后期能耗较少，只有少量的筛选分级能耗。所以，陶瓷磨料是未来进行产品升级、进行供给侧改革的趋势和发展方向。

根据发改委《产业结构调整指导目录（2019年本）》，棕刚玉属于限制发展类，而白刚玉、锆刚玉以及其他电熔高温无机材料产品尖晶石、铝酸钙、莫来石等没有明确规定，普遍将其归入允许类。而根据鼓励类机械条款中的高档磨具磨料，则刚玉磨料品类中的锆刚玉磨料、单晶刚玉磨料、镀覆刚玉磨料、烧结微晶陶瓷刚玉磨料宜归入高档磨料品类的鼓励类进行发展，而作为磨料磨具和耐火材料生产基地的河南省更应该与时俱进进行陶瓷磨料的发展，以便在国内外产品市场中形成差异性和一定的竞争优势。

3 陶瓷刚玉磨料的研究及产业化现状

目前，国内烧结刚玉产品企业数量有限，产能也很小，特别是河南地域还没有真正投入生产的企业。烧结陶瓷刚玉磨料的产品标准首次发布于2015.04.30，这也从另一个方面说明陶瓷刚玉磨料是一种新发展起来的产品。根据对进口SG磨料的分析结果情况看，该标准要求的磨料Al2O3质量分数不低于99%的指标或许有必要进行修订。[2]

从文献情况来看，我国开始关注烧结法陶瓷刚玉的研究时间始于1989年，当年黎寿呈于《磨料磨具与磨削》杂志上发表了译文《SG磨料的选择》[3];其次是1991年吴元昌在《工具技术》杂志上发表的《刚玉磨料的新品种-SG磨料》[4]和陈德春1993在《磨料磨具与磨削》杂志上发表的《SG磨料磨具制造工艺综述》[5]。国内相关新型烧结磨料的科研成果报道和论文发表时间起始于1998年，当年6月岳隆明发表论文《新型陶瓷刚玉磨料CJY9106的研制》[6];同年9月叶伟昌在《机械设计与制造工程》杂志上报道了被誉为新一代磨料的由亚微米级Al2O3晶体采用溶胶-凝胶工艺合成并经烧结制成的新型陶瓷刚玉磨料已由我国七砂集团公司开发成功。之后于2000年郑召忠等发表了论文《高温烧结刚玉SG抛光微粉的研制》[7]，随后是李志宏等于2000年分别发表了论文《陶瓷刚玉磨料制造及应用进展》[8]和《陶瓷刚玉磨具制造及其磨削应用》[9]，以及2002年陈玮等发表的《微晶氧化铝磨料的特性及制造》[10]和张美湘等的《溶胶-凝胶法制备微晶α-Al2O3陶瓷的研究》[11]等。从文献内容来看，岳隆明和郑召忠的合成方法为固相烧结法，而李志宏、陈玮、张美湘研究的是采用溶胶-凝胶法进行微晶陶瓷磨料合成。但从产业化的实际情况来看国内真正的SG磨料生产起始于2010年之后，首家生产企业或许是山东鲁信四砂泰山磨料有限公司，然后是上海度朔公司（现为福清蓝金新材料科技有限公司）和苏州创元公司（现为苏州远东砂轮有限公司）。

陶瓷磨料主要包含陶瓷刚玉磨料（SG磨料）、柱状磨料和采用陶瓷、玻璃结合剂的堆积磨料，这些磨料都是河南省或我国应大力发展的新型磨料，其最大特点就是在其制备工艺中都采用了烧结工序，属于复合磨料，具有韧性高、磨料微晶化、磨削效率高的特点。这几种磨料的区别主要在于采用的制备方法和原料不同。SG磨料最早由诺顿公司发明，以溶胶-凝胶法制备，又称微晶陶瓷刚玉磨料，晶体尺寸处于亚微米级，普遍小于1μm，进口磨料的晶粒尺寸在300nm左右，晶粒形貌SEM图片见图1。柱状磨料主要用于重负荷磨削，又分为“溶胶-凝胶+挤出+烧结”刚玉质和“矾土+挤出+烧结”刚玉质两种。二者的生产工艺、成本和产品售价差别较大，但都是采用擠出工艺成型，微晶尺寸在微米级，基本上都大于1μm。这两种柱状磨料的晶粒形貌SEM图片分别见图2和图3。堆积磨料是由许多的细粒度磨料通过粘结剂的结合养护或烧结制成，粘结剂有橡胶、树脂、陶瓷、金属材质，磨料有刚玉、碳化硅、金刚石、立方氮化硼等材质，其磨粒微观结构示意图见图4。堆积磨料主要用于制造涂附磨具，非常适合数控砂带磨床使用，磨削时自锐性和耐用度好，不易堵塞、磨削热少，寿命长，磨削表面质量稳定[12]。这四种磨料产品是河南省刚玉企业当前应当适度布局上马的项目。

据报道，2019年8月参加郑州三磨展的陶瓷磨料企业分别是：圣戈班陶瓷材料（郑州）有限公司、科美公司、四砂泰益超硬研磨股份有限公司、山东鲁信四砂泰山磨料有限公司、山东东珩磨料磨具有限公司、青岛瑞克尔新材料科技有限公司、青岛雨荣新材料有限公司、淄博金纪元研磨材料有限公司、苏州远东砂轮有限公司、福清蓝金新材料科技有限公司，以及河南的三家企业洛阳润宝研磨材料有限公司、登封市蚂蚁磨料有限公司、郑州威源新材料有限公司。在陶瓷磨料研究及产业化方面，河南建筑材料研究设计院有限责任公司在持续进行关注和研发投入，研究成果《微晶烧结Al2O3陶瓷磨料研究》已于2019年1月通过了河南省科学院组织的科技成果评价，而且在河南省千名专家进百县帮万企的刚玉行业绿色发展帮服活动中对省内企业的生产现状、技术水平、环保情况进行了调研和总结，在三门峡的集中帮服活动中向三门峡市科技局提交了《三门峡市刚玉行业集中帮服活动技术报告》，并编写了《河南省“千名专家进百县帮万企”绿色发展服务活动刚玉行业污染防治技术方案》。

虽然，河南的这四家企业尚处于陶瓷磨料的研发或试生产阶段，但这也说明少数一些地方企业在主动探索走创新引领发展的道路，走供给侧改革的产品差异化高质量绿色发展道路。

4 结语

从环境攻坚战的设计思路来看，我们企业的发展必定不可再走以牺牲环境为代价的粗放式发展路子，必须将习近平主席讲的“绿水青山就是金山银山”用于指导企业的发展，主动关注科技创新，着手进行产品结构调整和供给侧改革，关注改变“两高一低”的高消耗、高排放、低效率的模式，不以透支子孙后代的资源和财富为代价进行发展，坚定不移地走经济效益和环境效益双赢的可持续发展道路。

参考文献

[1] GB 36892-2018 刚玉单位产品能源消耗限额[S] 中华人民共和国国家标准国家市场监督管理局中国国家标准化管理委员会联合发布 2018.11.19.

[2] JB/T 12205-2015 普通磨料陶瓷刚玉[S] 中华人民共和国机械行业标准中华人民共和国工业与信息化部发布 2015.04.30

[3] 黎寿呈译. SG磨料的选择[J] 磨料磨具与磨削，1989.3（51）：38-39.

[4] 吴元昌. 刚玉磨料的新品种-SG磨料[J]. 工具技术，1991. 25（8）：23-25.

[5] 陈德春. SG磨料磨具制造工艺综述[J]. 磨料磨具与磨削，1993.6：38-40.

[6] 岳隆明.新型陶瓷刚玉磨料CJY9106的研制[J].成都大学学报（自然科学版）1998.17（4）：5-12.

[7] 郑召忠，欧阳胜林，王国栋，等.高温烧结刚玉SG 抛光微粉的研制[J].现代技术陶瓷 2000.85（3）：27-31.

[8] 李志宏，夏晓风，詹欲生. 陶瓷刚玉磨料制造及应用进展[J].金刚石与磨料磨具工程 2000.117（3）：37-38.

[9] 李志宏，夏晓风，陈艳，等. 陶瓷刚玉磨具制造及其磨削应用[J].金刚石与磨料磨具工程 2000.118（4）：29-33.

[10] 陳玮，尹周澜，周海龙，等.微晶氧化铝磨料的特性及制造[J]轻金属 2002.12： 9-11.

[11] 张美湘，张金朝，宋鹏.溶胶-凝胶法制备α-Al2O3微晶陶瓷的研究[J].玻璃与搪瓷 2003.31（1）：20-22，27.