国家重点研发中极端态课题组年度报告及成果展示
二、铝硅酸盐固废直接材料化及自洽设计方法
（1）磁场诱导铁相分离设备原型
围绕大宗铝硅酸盐固废铁相组分分离的关键科学问题，本课题构思电磁感应加热和磁场诱导析晶的多场耦合分离新技术原型。基于设计构思，分质分离炉技术原型包含电磁感应加热炉和磁场诱导析晶炉两部分。本年度工作采用课题三编写的多场耦合过程模型，针对磁场强度、线圈大小、电流强度等关键参数进行优化设计。详细论证各项控制参数和设计参数后，采用定制线圈等各项配件、项目内组装的方式搭建分质分离炉技术原型。由本课题自洽设计软件编写团队设计控制软件。由武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室提供专用空间等硬件配套设施，已完成分质分离炉技术原型的试制工作，并采用分质分离炉进行微晶玻璃、高铁相水泥和绝缘陶瓷的直接材料化实验。
图 3 分质分离炉装置原型
（2）建立材料化过程的自洽设计方法和软件
基于材料化过程多种铝硅酸盐固废的分配遴选和自洽设计的思想，采用MATLAB R2020a软件和MATLAB语言开发铝硅酸盐固废自洽设计软件，申请软件著作权。结合课题一热力学相图计算结果和课题二的材料化实验结果，对《大宗铝硅酸盐固废自洽设计软件》进行升级，开发2.0版本，并获批软件著作权。现采用《大宗铝硅酸盐固废自洽设计软件》2.0版本，指导微晶玻璃、高铁相水泥、绝缘陶瓷等材料的设计。
（3）铝硅酸盐固废直接材料化制备高铁低钙碳矿化熟料、微晶玻璃和轻质陶瓷
以课题一编制的相图热力学软件为指导，采用自洽设计软件进行配料设计，直接材料化制备高铁低钙碳矿化熟料、透辉石微晶玻璃和轻质陶瓷。揭示了新区域相图ΔC2S-CS-C2AS、ΔC2S-CS-C2F和ΔC2S-CS-C2MS2指导烧成新型负碳熟料的基础理论，为水泥行业“双碳战略”实施提供新思路。建立了金尾矿、花岗岩尾矿等大宗铝硅酸盐固废协同制备微晶玻璃和轻质瓷的基础理论和制备技术，技术成果具备显著的推广价值，并取得生产企业的应用报告。
本年度申报国家发明专利5项，其中授权1项。发表学术论文5篇，获得软件著作权1项。获得金尾矿直接材料化制备轻质瓷的企业应用证明1件。