茫茫风积沙变身“颜如玉”

  • 2020-09-22 09:21
  • 来源: 内蒙古日报

  实验室里不同规格的风积沙制陶瓷产品。本报记者 白莲 摄

  我国是陶瓷生产、消费和出口大国,然而,原料矿物的开采对土地消耗非常严重,寻求陶瓷生产的替代原料势在必行。沙漠资源蕴藏着巨大开发潜力,我区是中国沙漠最为集中的地区之一,风积沙资源或将成为推动陶瓷行业低成本绿色制造和生产模式转型的新的原料库。

  “沙子最大的优点,就是可以不用特殊配料,直接烧制成陶瓷。”史志铭手里拿着一块紫红色的陶瓷板向记者介绍。

  史志铭是内蒙古工业大学材料科学与工程学院的教授,近年来主攻功能陶瓷等新材料的合成技术与理论。目前,其团队研发出的风积沙陶瓷强度达到70兆帕以上,而优质建筑瓷砖强度标准为35兆帕,性能完全超越。

  深褐色的石英陶瓷、淡黄色的顽火辉石陶瓷、白色的莫来石陶瓷、淡青色的堇青石陶瓷……经过数年科研攻关,在史志铭教授的实验室内,看似微不足道的风积沙,已经变成了各色温润如玉的陶瓷制品。

  让风积沙“变害为宝”

  我国是陶瓷生产、消费和出口大国,城市和乡村基础建设、建筑装饰和工业各领域陶瓷的应用增加了原料的开采量。目前,国内外氧化物系陶瓷制品的生产主要依靠高品质粘土矿和石英矿等原料。然而,矿物开采对土地消耗非常严重,国家已经限制粘土的开采,陶瓷企业处于原料短缺和成本上升的形势之中,寻求陶瓷生产的替代原料势在必行。

  2012年,在一次沙漠考察中,史志铭脑海里产生了一个大胆的想法:沙漠资源取之不尽、用之不竭,是否可以用沙漠风积沙替代粘土烧制陶瓷?

  沙漠资源,蕴藏着巨大开发潜力。我区是中国沙漠最为集中的地区之一,沙区面积占全区土地总面积的35.5%。史志铭认为,风积沙资源或将成为推动陶瓷行业低成本绿色制造和生产模式转型的新的原料库。

  从2013年开始,史志铭带领科研团队调研国内外数十个沙漠、沙地,采集了几十种风积沙样本,深入研究各沙漠风积沙固有的物理化学性质,发现了风积沙陶瓷的合成原理,最终突破了合成陶瓷的技术瓶颈。他发现,随着添加物的变换,风积沙陶瓷制品彰显出令人惊叹的天然色彩和性能。

  目前,围绕氧化物系的陶瓷体系,团队已系统开发出五大类陶瓷材料,包括石英质、顽火辉石、莫来石、堇青石以及橄榄石-碳化硅复合陶瓷,风积沙结合粉煤灰开发出石英-长石复相陶瓷,利用风积沙颗粒开发出多孔陶瓷,实现了陶瓷的强度、硬度、通透率和热膨胀系数等性质的可调可控。

  根据市场的不同需求,风积沙陶瓷可被制成板材、管材、异形材、涂层等多形态产品,用于基础建设、建筑、冶金、机械、化工、矿山、环保等各个行业,陶瓷产品具有档次高、附加值高、成本低的突出优势。

  目前,史志铭教授带领的风积沙陶瓷研发团队在国内外占有重要的学术地位和突出的技术优势,他们还在探索研究更多可能,利用不同工艺开发更多用途的陶瓷材料和产品,引领风积沙陶瓷的发展方向。

  “不毛之地”也能大有作为

  史志铭告诉记者,在陶瓷原料中,风积沙所占比例为60-90%,原料价格极其低廉,加之我区电、气、人工等价格优势带来的产品市场竞争优势巨大,有助于促进形成陶瓷新型支柱产业。

  史教授算了一笔账,风积沙制陶项目一旦规模化、集群化落地实施,将会产生巨大的经济效益和社会效益。以中小规模产能6万吨/年估算,原料成本平均至少降低约680万元/年;年产值超过1.8亿元,投资回报周期小于3年。社会效益方面,使用风积沙制陶直接消耗风积沙的体积超过3万立方米,相当于长100米、宽100米、高3米的沙漠。此外,新增的平整沙地更便于绿化、农作物种植以及沙漠地区修路、送电、通讯等基础设施建设,产生沙漠生态修复和改善沙漠地区居民生活质量的双重效果。

  “用沙制陶,未来辐射面很宽,这项技术最大意义就是为沙产业提供一条工业化发展应用的新思维、新路子。”史志铭表示,该项技术的广泛应用,将实现经济效益、社会效益和生态效益的共赢,能够形成新技术-新材料-生态环境修复的工业化沙产业链条。

  现在,团队已获发明专利7项,发表论文15篇,获得相关科技奖一等奖1项。

  “让科研成果走出实验室,建成我区乃至全国的风积沙陶瓷研发示范基地”是史志铭教授最大的心愿,他欢迎有关部门和社会各界共同关注、参与这项技术的发展,推动科技成果尽快转化。(记者 白莲)

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责任编辑:曹桢 李国栋

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