陶瓷磨料的研究現(xiàn)狀及剛玉行業(yè)綠色發(fā)展

邊華英 王學(xué)濤 李金勇

摘 要：文章簡單介紹了河南省剛玉行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀況，分析了《剛玉單位產(chǎn)品能源消耗限額》標(biāo)準(zhǔn)中電熔剛玉和燒結(jié)剛玉產(chǎn)品的單位能耗限額2級指標(biāo)之間的差別，對我國陶瓷磨料研究和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，建議河南省剛玉行業(yè)企業(yè)適度落地發(fā)展陶瓷磨料產(chǎn)品項(xiàng)目，走社會效益良好的資源節(jié)約型可持續(xù)化綠色高質(zhì)量發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：陶瓷磨料;剛玉;單位產(chǎn)品能源消耗限額;綠色發(fā)展

1 前 言

當(dāng)前的改革已經(jīng)進(jìn)入到深水區(qū)，國家和地方要合力打好環(huán)境污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)不動搖，企業(yè)的發(fā)展不再沿襲以前的快速發(fā)展模式，代之以綠色高質(zhì)量發(fā)展路徑。

河南省是國內(nèi)剛玉行業(yè)企業(yè)數(shù)量最多的省份，產(chǎn)品主要包括棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉，以及亞白剛玉、黑剛玉、單晶剛玉、微晶剛玉、鉻剛玉等系列，也包括采用相同原理生產(chǎn)的電熔鎂鋁尖晶石、電熔莫來石、電熔鋁酸鈣等產(chǎn)品。河南的洛陽、鄭州、三門峽地區(qū)聚集了該省大多數(shù)的剛玉企業(yè)，約90%為棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)，少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)白剛玉、空心球、鋯剛玉等產(chǎn)品。燒結(jié)剛玉產(chǎn)品主要在山東、浙江等地生產(chǎn)。剛玉行業(yè)上下游的關(guān)聯(lián)企業(yè)還有鋁礬土礦石開采、破粉碎和煅燒精煉（含均化煅燒鋁礬土）、工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)、耐火材料制造、磨料磨具制造等企業(yè)。

2 從剛玉單位產(chǎn)品能源消耗限額看供給側(cè)改革

在國標(biāo)GB36892-2018《剛玉單位產(chǎn)品能源消耗限額》中對剛玉單位產(chǎn)品能源消耗所下的定義為以電熔或燒結(jié)的方法平均每生產(chǎn)1t合格剛玉消耗的能源總量。

對于標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)指標(biāo)設(shè)置，要求已經(jīng)建成投產(chǎn)的企業(yè)其最低限額不高于其中的3級指標(biāo)，而新建或改擴(kuò)建的企業(yè)或是采用剛玉生產(chǎn)新工藝的企業(yè)不大于其中的2級指標(biāo)，即對于棕剛玉和白剛玉，其2級指標(biāo)分別為2300kW·h/t、1500kW·h/t，3級指標(biāo)分別為2400kW·h/t、1680kW·h/t，而對于燒結(jié)剛玉來說，其2級和3級指標(biāo)分別為109kg標(biāo)煤/t、202kg標(biāo)煤/t，折算為887kW·h/t和1644kW·h/t。[1]由此可見，燒結(jié)剛玉的2級單位產(chǎn)品能源消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于棕剛玉和白剛玉，3級單耗接近。但是，電熔產(chǎn)品和燒結(jié)產(chǎn)品在后期制成粒度料時還會產(chǎn)生較大的能耗差，電熔剛玉塊破碎、篩分工序仍然需要消耗大量的電能，棕剛玉磨料進(jìn)行后續(xù)的煅燒和鍍覆燒結(jié)也有能耗，而對于燒結(jié)陶瓷磨料來說后期能耗較少，只有少量的篩選分級能耗。所以，陶瓷磨料是未來進(jìn)行產(chǎn)品升級、進(jìn)行供給側(cè)改革的趨勢和發(fā)展方向。

根據(jù)發(fā)改委《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》，棕剛玉屬于限制發(fā)展類，而白剛玉、鋯剛玉以及其他電熔高溫?zé)o機(jī)材料產(chǎn)品尖晶石、鋁酸鈣、莫來石等沒有明確規(guī)定，普遍將其歸入允許類。而根據(jù)鼓勵類機(jī)械條款中的高檔磨具磨料，則剛玉磨料品類中的鋯剛玉磨料、單晶剛玉磨料、鍍覆剛玉磨料、燒結(jié)微晶陶瓷剛玉磨料宜歸入高檔磨料品類的鼓勵類進(jìn)行發(fā)展，而作為磨料磨具和耐火材料生產(chǎn)基地的河南省更應(yīng)該與時俱進(jìn)進(jìn)行陶瓷磨料的發(fā)展，以便在國內(nèi)外產(chǎn)品市場中形成差異性和一定的競爭優(yōu)勢。

3 陶瓷剛玉磨料的研究及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)燒結(jié)剛玉產(chǎn)品企業(yè)數(shù)量有限，產(chǎn)能也很小，特別是河南地域還沒有真正投入生產(chǎn)的企業(yè)。燒結(jié)陶瓷剛玉磨料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布于2015.04.30，這也從另一個方面說明陶瓷剛玉磨料是一種新發(fā)展起來的產(chǎn)品。根據(jù)對進(jìn)口SG磨料的分析結(jié)果情況看，該標(biāo)準(zhǔn)要求的磨料Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99%的指標(biāo)或許有必要進(jìn)行修訂。[2]

從文獻(xiàn)情況來看，我國開始關(guān)注燒結(jié)法陶瓷剛玉的研究時間始于1989年，當(dāng)年黎壽呈于《磨料磨具與磨削》雜志上發(fā)表了譯文《SG磨料的選擇》[3];其次是1991年吳元昌在《工具技術(shù)》雜志上發(fā)表的《剛玉磨料的新品種-SG磨料》[4]和陳德春1993在《磨料磨具與磨削》雜志上發(fā)表的《SG磨料磨具制造工藝綜述》[5]。國內(nèi)相關(guān)新型燒結(jié)磨料的科研成果報(bào)道和論文發(fā)表時間起始于1998年，當(dāng)年6月岳隆明發(fā)表論文《新型陶瓷剛玉磨料CJY9106的研制》[6];同年9月葉偉昌在《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程》雜志上報(bào)道了被譽(yù)為新一代磨料的由亞微米級Al2O3晶體采用溶膠-凝膠工藝合成并經(jīng)燒結(jié)制成的新型陶瓷剛玉磨料已由我國七砂集團(tuán)公司開發(fā)成功。之后于2000年鄭召忠等發(fā)表了論文《高溫?zé)Y(jié)剛玉SG拋光微粉的研制》[7]，隨后是李志宏等于2000年分別發(fā)表了論文《陶瓷剛玉磨料制造及應(yīng)用進(jìn)展》[8]和《陶瓷剛玉磨具制造及其磨削應(yīng)用》[9]，以及2002年陳瑋等發(fā)表的《微晶氧化鋁磨料的特性及制造》[10]和張美湘等的《溶膠-凝膠法制備微晶α-Al2O3陶瓷的研究》[11]等。從文獻(xiàn)內(nèi)容來看，岳隆明和鄭召忠的合成方法為固相燒結(jié)法，而李志宏、陳瑋、張美湘研究的是采用溶膠-凝膠法進(jìn)行微晶陶瓷磨料合成。但從產(chǎn)業(yè)化的實(shí)際情況來看國內(nèi)真正的SG磨料生產(chǎn)起始于2010年之后，首家生產(chǎn)企業(yè)或許是山東魯信四砂泰山磨料有限公司，然后是上海度朔公司（現(xiàn)為福清藍(lán)金新材料科技有限公司）和蘇州創(chuàng)元公司（現(xiàn)為蘇州遠(yuǎn)東砂輪有限公司）。

陶瓷磨料主要包含陶瓷剛玉磨料（SG磨料）、柱狀磨料和采用陶瓷、玻璃結(jié)合劑的堆積磨料，這些磨料都是河南省或我國應(yīng)大力發(fā)展的新型磨料，其最大特點(diǎn)就是在其制備工藝中都采用了燒結(jié)工序，屬于復(fù)合磨料，具有韌性高、磨料微晶化、磨削效率高的特點(diǎn)。這幾種磨料的區(qū)別主要在于采用的制備方法和原料不同。SG磨料最早由諾頓公司發(fā)明，以溶膠-凝膠法制備，又稱微晶陶瓷剛玉磨料，晶體尺寸處于亞微米級，普遍小于1μm，進(jìn)口磨料的晶粒尺寸在300nm左右，晶粒形貌SEM圖片見圖1。柱狀磨料主要用于重負(fù)荷磨削，又分為“溶膠-凝膠+擠出+燒結(jié)”剛玉質(zhì)和“礬土+擠出+燒結(jié)”剛玉質(zhì)兩種。二者的生產(chǎn)工藝、成本和產(chǎn)品售價(jià)差別較大，但都是采用擠出工藝成型，微晶尺寸在微米級，基本上都大于1μm。這兩種柱狀磨料的晶粒形貌SEM圖片分別見圖2和圖3。堆積磨料是由許多的細(xì)粒度磨料通過粘結(jié)劑的結(jié)合養(yǎng)護(hù)或燒結(jié)制成，粘結(jié)劑有橡膠、樹脂、陶瓷、金屬材質(zhì)，磨料有剛玉、碳化硅、金剛石、立方氮化硼等材質(zhì)，其磨粒微觀結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。堆積磨料主要用于制造涂附磨具，非常適合數(shù)控砂帶磨床使用，磨削時自銳性和耐用度好，不易堵塞、磨削熱少，壽命長，磨削表面質(zhì)量穩(wěn)定[12]。這四種磨料產(chǎn)品是河南省剛玉企業(yè)當(dāng)前應(yīng)當(dāng)適度布局上馬的項(xiàng)目。

據(jù)報(bào)道，2019年8月參加鄭州三磨展的陶瓷磨料企業(yè)分別是：圣戈班陶瓷材料（鄭州）有限公司、科美公司、四砂泰益超硬研磨股份有限公司、山東魯信四砂泰山磨料有限公司、山東東珩磨料磨具有限公司、青島瑞克爾新材料科技有限公司、青島雨榮新材料有限公司、淄博金紀(jì)元研磨材料有限公司、蘇州遠(yuǎn)東砂輪有限公司、福清藍(lán)金新材料科技有限公司，以及河南的三家企業(yè)洛陽潤寶研磨材料有限公司、登封市螞蟻磨料有限公司、鄭州威源新材料有限公司。在陶瓷磨料研究及產(chǎn)業(yè)化方面，河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司在持續(xù)進(jìn)行關(guān)注和研發(fā)投入，研究成果《微晶燒結(jié)Al2O3陶瓷磨料研究》已于2019年1月通過了河南省科學(xué)院組織的科技成果評價(jià)，而且在河南省千名專家進(jìn)百縣幫萬企的剛玉行業(yè)綠色發(fā)展幫服活動中對省內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀、技術(shù)水平、環(huán)保情況進(jìn)行了調(diào)研和總結(jié)，在三門峽的集中幫服活動中向三門峽市科技局提交了《三門峽市剛玉行業(yè)集中幫服活動技術(shù)報(bào)告》，并編寫了《河南省“千名專家進(jìn)百縣幫萬企”綠色發(fā)展服務(wù)活動剛玉行業(yè)污染防治技術(shù)方案》。

雖然，河南的這四家企業(yè)尚處于陶瓷磨料的研發(fā)或試生產(chǎn)階段，但這也說明少數(shù)一些地方企業(yè)在主動探索走創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展的道路，走供給側(cè)改革的產(chǎn)品差異化高質(zhì)量綠色發(fā)展道路。

4 結(jié) 語

從環(huán)境攻堅(jiān)戰(zhàn)的設(shè)計(jì)思路來看，我們企業(yè)的發(fā)展必定不可再走以犧牲環(huán)境為代價(jià)的粗放式發(fā)展路子，必須將習(xí)近平主席講的“綠水青山就是金山銀山”用于指導(dǎo)企業(yè)的發(fā)展，主動關(guān)注科技創(chuàng)新，著手進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和供給側(cè)改革，關(guān)注改變“兩高一低”的高消耗、高排放、低效率的模式，不以透支子孫后代的資源和財(cái)富為代價(jià)進(jìn)行發(fā)展，堅(jiān)定不移地走經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙贏的可持續(xù)發(fā)展道路。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 36892-2018 剛玉單位產(chǎn)品能源消耗限額[S] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 國家市場監(jiān)督管理局 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合發(fā)布 2018.11.19.

[2] JB/T 12205-2015 普通磨料 陶瓷剛玉[S] 中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 中華人民共和國工業(yè)與信息化部發(fā)布 2015.04.30

[3] 黎壽呈譯. SG磨料的選擇[J] 磨料磨具與磨削，1989.3（51）：38-39.

[4] 吳元昌. 剛玉磨料的新品種-SG磨料[J]. 工具技術(shù)，1991. 25（8）：23-25.

[5] 陳德春. SG磨料磨具制造工藝綜述[J]. 磨料磨具與磨削，1993.6：38-40.

[6] 岳隆明.新型陶瓷剛玉磨料CJY9106的研制[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）1998.17（4）：5-12.

[7] 鄭召忠，歐陽勝林，王國棟，等.高溫?zé)Y(jié)剛玉SG 拋光微粉的研制[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷 2000.85（3）：27-31.

[8] 李志宏，夏曉風(fēng)，詹欲生. 陶瓷剛玉磨料制造及應(yīng)用進(jìn)展[J].金剛石與磨料磨具工程 2000.117（3）：37-38.

[9] 李志宏，夏曉風(fēng)，陳艷，等. 陶瓷剛玉磨具制造及其磨削應(yīng)用[J].金剛石與磨料磨具工程 2000.118（4）：29-33.

[10] 陳瑋，尹周瀾，周海龍，等.微晶氧化鋁磨料的特性及制造[J]輕金屬 2002.12： 9-11.

[11] 張美湘，張金朝，宋鵬.溶膠-凝膠法制備α-Al2O3微晶陶瓷的研究[J].玻璃與搪瓷 2003.31（1）：20-22，27.

[12] 栗正新，王兆武.堆積磨料的研究開發(fā)與應(yīng)用[J]中原工學(xué)院學(xué)報(bào)2016，27（3）：50-53.