浅谈人造玉产业化面临的几个问题与相应的对策

浅谈人造玉产业化面临的几个问题与相应的对策
作者：由伟
来源：《新材料产业》 2014年第10期
文/ 由伟
华北科技学院
人造玉，即以常见的一些工业固体废弃物和低值矿物为主要原料生产的新型材料，其外观与内在性能都与天然玉石非常接近。

人造玉主要用于工艺品和高档建材领域，从而能够实现对工业固体废弃物和低值矿物的高附加值利用。

该技术在矿业、冶金、建材、电力、煤炭、钢铁等行业具有重要的应用价值，而且具有完全的自主知识产权，至今已经获得了5项发明专利，并获得河北省煤炭工业协会科学技术2等奖等奖励。

在人造玉的研制和推广过程中，笔者遇到了一些问题，包括投资者的疑虑、市场状况、以及若干技术问题，它们在不同程度上影响了该技术的推广和应用。

在本文中，笔者对人造玉在技术开发和产业化推广中面临的几个问题进行分析，并提出相应的对策，希望与相关人士进行探讨。

一、对人造产品的观念
在人造玉的研制和推广过程中，许多人持有的观点是人造玉是人造产品，用户不会接受。

从研制人造玉的第一天一直到现在，笔者一直在认真地思考这个问题。

实际上，市场和用户能否接受和认可人造玉，关键在于其性价比的高低，而不在于它是天然产品还是人造产品。

人们喜欢玉石，根本原因并不是因为它们是天然产物，而是因为它们具有漂亮的外观和坚韧的内在性质，色泽温润、质地细腻，即古人所说的“玉，石之美者”。

而多数普通的石头，虽然天然形成，但由于不具备上述特点，所以人们并不喜欢。

反之，如果利用人工技术制造出“石之美者”——人造玉，如果它们也具有漂亮的外观和坚韧的内在性质，相信它们一定会受到人们的喜爱。

正是因为这一点，近年来，在国内外，人工宝石已经成为一个蓬勃发展的产业，广西梧州是我国的“人造宝石之都”，浙江浦江是“人造水晶之都”。

用人工技术生产的人造钻石——合成立方氧化锆，与天然钻石一起，在商场的珠宝柜台里展示、销售。

目前很多人耳熟能详的一个奢侈品品牌——施华洛世奇，其产品就是人造水晶。

现在，人造宝石产品已经广泛应用于珠宝首饰、服装、钟表、工艺品等领域。

另一种广受大众认可的人造产品是人造大理石，它们以有机物（树脂）为主要原料生产，外观与天然大理石相差无几，但是存在较多的缺陷，比如不耐高温、机械强度低、容易被刮伤或划伤，易老化、变色，还会产生裂纹、变形等，另外，有的产品还会释放有毒有害物质，危害身体健康。

即使存在这些缺陷，仍有很多人认为它的性价比高于天然大理石，更适合自身的情况。

天然产品和人造产品可以满足特定客户的不同需求，它们各有所长，不能互相取代。

二、与企业的合作模式
人造玉的原料是常见的工业固体废弃物和低值矿物，生产成本低，能够实现对工业固体废
弃物和低值矿物的高附加值利用，而且符合国家的相关政策，受到政府的鼓励和支持。

笔者这几年在和投资者接触的过程中发现，部分投资者仍旧担心产品不被市场认可，因为
他们还没有看到成型的人造玉产品，所以就无法判断它的销售情况，因此，他们不愿意承担这
种风险。

当然，也有一部分有远见的投资者认识到：高收益一般都伴随着高风险——市场情况不明朗，包含着巨大的风险，但同时也蕴含着巨大的商机。

所以，他们一直在和笔者保持着联络，
经过双方共同努力，脚踏实地，逐步开发出成型的人造玉产品并将其推向市场。

作为人造玉技术的拥有者和推广者，笔者一方面从内心里确立了“不完全依赖别人、不把
希望完全寄托在别人身上”的指导思想，另一方面也积极寻求和别人合作，用事实消除投资者
的疑虑，双方互惠互利。

这就需要探索合适的合作模式，多站在合作者的角度考虑问题，尽量
分散他们承担的风险。

为了达到这个目的，采用了如下的合作模式：笔者团队负责原料采购、配料、坯料制备和
成品加工工艺参数的制定等环节；合作者主要负责成品加工和市场销售。

这种合作模式的好处有3个：①分散了风险，双方共同承担风险，将风险进行了分解；②
充分发挥了双方的优势，各方只做自己最擅长的事情；③最大限度地保护了技术的知识产权，
不容易发生泄密。

人造玉能够应用在工艺品、建材、雕塑等领域，即使这几类产品也还能够细分为成百上千
的品种。

由于建材、雕塑类产品涉及的技术、设备、人员等更加复杂，需要的投资更大，产品
的不确定性增加，因此会伴随更大的风险。

为了避免好高骛远、分散精力，在产品的选择和定位方面，笔者团队制定的目标：在最近
的3 ～5年内，主要生产工艺品，具体包括商务礼品、首饰等。

三、技术问题
在人造玉产品的制造过程中，涉及到了几个重要的技术问题。

1. 除铁
有些品种的固体废弃物含有铁元素，如果其含量超过一定的限度时，用它们制备的人造玉
会呈棕色、灰色甚至黑色，这会极大地影响产品的外观。

因此，需要预先去除原料中的铁元素，降低它的含量，最后才能通过加入不同的着色剂，使人造玉呈现不同的颜色。

但是，在生产过程中，除铁的成本相当高，需要专用的设备和技术，流程比较复杂，这是
目前人造玉生产中的一个难点。

对于这一问题，笔者团队根据固体废弃物的含铁量，对要生产
的人造玉品种进行分类，比如，用含铁量低的原料生产人造白玉、宝石等品种。

对含铁量高的原料，主要用来生产墨玉、人造砚石、紫砂玉、黑曜石等品种，这些产品的
颜色本来就是褐色或黑色，因此不需要去除铁元素。

这样不仅保证了品质，还降低了生产成本。

2. 人造玉玉质显微结构的控制
从外观看，玉与玻璃、陶瓷、石头的最大区别是透明性。

玻璃是完全透明的，陶瓷和石头是完全不透明的，而玉的透明性介于它们之间，呈半透明或微透明。

因此，衡量人造玉产品的第一个指标就是它的透明性，称为“玉质”或“玉感”。

实验发现：人造玉的品质取决于它的显微结构，显微结构则通过化学成分和加工工艺来控制。

只有化学成分和加工工艺合适，生产的产品才会呈现较强的“玉质”和“玉感”，看起来确实像玉；否则，做出的产品要么完全透明，像玻璃一样，要么则完全不透明，看起来像陶瓷或石头。

此外，人造玉的手感、声音也都是通过化学成分和加工工艺来控制，质量好的人造玉密度较高，拿在手里沉甸甸的，有“压手”的感觉；用手指敲击时，声音清脆、悦耳、不发闷。

3. 人造玉的生产工艺
（1）生产设备
熔炼人造玉使用的设备主要是琉璃行业中普遍使用的坩埚窑。

这种窑可以以煤、天然气、油、电等为燃料，近几年的发展趋势是用电力，因为它可以更准确地控制温度，而且能对窑内的每个坩埚实行“个性化”控温，从而降低能源的浪费，同时对环境的污染也小。

但这种坩埚窑存在的一个缺点即它在生产时主要依靠手工操作，包括加料、出料，劳动条件比较恶劣，工人的劳动强度比较大。

为了克服这种窑炉的缺点，可以采用图1的窑炉。

这种窑炉从炉子的上方加料，熔化后的熔液自动从下方流到容器中，从而改善了工人的劳动条件，而且提高了生产效率。

（2）生产工艺
很多工业固体废弃物的铸造成型性能较差，为了改善这一点，保证产品的质量，如尺寸精度和形状精度等，需要对原材料进行成分优化。

实践证明，原料的成分越接近共晶成分，在液态时的流动性就越好，铸造成型性能就越好，在失蜡铸造时液体容易充型，产品不容易出现浇不足和冷隔等缺陷。

固体废弃物种类很多，品种、产地不同，各自的化学组成和形貌都可能存在很大的差异，图2分别是从山东和内蒙取的煤矸石样品的电子显微镜照片。

从照片可以看到，2地的煤矸石的形貌存在很大差别。

这些差别会影响人造玉产品的生产过程和最终的性能，因此需要根据具体的原料种类以及产品的性能目标进行成分设计与优化。

通过实验和生产过程发现，有时候，这种成分优化会涉及很复杂的化学反应，产生一些意想不到的结果。

比如，某一种添加剂对某种原料很有效，但是对别的原料可能就没有效果；即使对同一种原料、添加相同的添加剂，熔炼温度不同时，得到的产品也大相径庭。

图3是在同1种原料中加入同1种添加剂，但是熔炼温度不同时得到的2种截然不同的产品。

（3）与企业现有工艺的协调
在与企业合作的过程中，还会涉及到与企业现有生产工艺协调的问题。

比如，苏州某琉璃企业在生产琉璃时一直在产品中加氧化铅，而笔者的人造玉技术中则不需添加。

该企业提出，不加氧化铅生产的产品的密度、外观均较差，客户的评价可能要打折扣。

但是如果在配方中加入氧化铅，就需要首先保证相关操作人员的健康，而且还需要调整其他成分的种类和比例。

另外，在前期的合作过程（如失蜡铸造过程）中，笔者团队的无铅配方发生了渗模、粘模现象，导致生产的产品发生了质量问题。

为此，笔者团队调整了配方的成分，并探索了新的成型工艺参数，争取与对方企业的烧成制度坩埚材质相协调。

四、结语
人造玉由于其巨大的潜在市场价值，正受到越来越多的关注。

然而它的新颖性，对投资者来说也具有很大的不确定性，潜在的高收益伴随着巨大的市场风险。

希望笔者的思考、实践和对策，能够为广大业内人士带来帮助，共同推动此技术的产业化。

10.3969/j.issn.1008-892X.2014.10.012
致谢：本项目受河北省高等学校科学技术研究项目（项目编号：Z2013115）与中央高校基本科研业务费(项目编号：3142014128) 资助。