工業固體廢棄物在陶瓷工業中的應用

摘 要 本文綜述了工業固體廢棄物的來源及其在陶瓷工業中的應用，并展望了其應用前景#65377;

關鍵詞 工業固體廢棄物，陶瓷工業，應用

1引言

隨著工業生產的迅速發展，工業固體廢棄物的種類和數量也越來越多，不但對環境造成了污染而且還是一種資源的嚴重浪費，同時，廢棄物的處理問題也給企業帶來了無形的壓力#65377;隨著陶瓷工業的飛速發展，陶瓷礦產資源消耗巨大且浪費嚴重，造成許多優質陶瓷原料資源瀕臨枯竭，而且較高的價格也限制了其應用，所以目前工業固體廢棄物的再利用受到了世界各國的重視#65377;大力開發利用低質原料和工業廢料，不僅有利于優質陶瓷原料的保護，還可以降低生產成本，提高企業的經濟效益，有利于陶瓷行業的可持續發展#65377;

2 工業固體廢棄物

目前，在陶瓷行業中應用的工業固體廢棄物主要有各種工業尾礦#65380;廢渣#65380;廢料，如煤矸石#65380;粉煤灰#65380;赤泥#65380;金礦尾砂#65380;冶金礦渣#65380;化工廢渣#65380;玻璃廢料#65380;陶瓷廢料#65380;耐火材料廢料等^[1]#65377;

3工業固體廢棄物在陶瓷工業中的應用

3.1 工業固體廢棄物在制磚中的應用

以赤泥#65380;粉煤灰等工業固體廢料為原料，生產的高質量藝術型清水磚墻體材料可替代傳統的粘土磚#65377;此磚不但節能#65380;利廢，還具有質輕#65380;保溫#65380;隔音等優點#65377;

由于原料是工業廢料，其成分波動大，故應添加少量的天然礦物添加劑來調節制磚的工藝性能，并需對廢碴進行適當的陳腐#65380;均化等處理#65377;吳建峰等^[2]利用赤泥#65380;粉煤灰等工業廢料制備出高性能的清水磚，其氣孔率達40%～50%，抗折強度可達50～80MPa;燒成溫度范圍在1110～1140℃之間，在燒成溫度范圍內，樣品的性能和結構均可達標#65377;其制備工藝流程為:赤泥#65380;頁巖等原料-配料-球磨-造粒-陳腐-成形-裝飾-燒成#65377;

鄧斌等^[3]用石墨尾礦#65380;煤矸石#65380;粉煤灰#65380;垃圾焚燒灰等工業固體廢料制造出環保生態磚，其工藝如下:粘土#65380;長石等原料細磨-加入固體廢料-混合-造粒-壓制成形-干燥-燒成，其制品性能達到國際標準，且固體廢料的加入量達70%以上#65377;

3.2 工業廢料在陶瓷顏料中的應用

范恩榮^[4]利用一些工業廢料和選礦尾渣配制陶瓷顏料，作了如下研究:將含有2%#65380;4.2%#65380;6.6%的錳礦石浮選尾礦作為著色劑配合料制成的磚坯在1020℃下于氧化氣氛中燒成，可分別獲得具有均勻色澤的淡咖啡色#65380;深咖啡色和黑色磚#65377;

國外以紅色粘土為原料，以低品位錳礦為著色劑，以陶瓷生產的陶瓷片廢料磨成的細粉作瘠性料，研制成了紅色墻磚#65377;黃鐵礦渣可作為生產深紅色和櫻紅色磚的著色劑#65377;黃鐵礦渣是生產硫酸和亞硫酸紙漿的粉末狀廢料，其成分和顆粒度均勻，在燒成過程中，黃鐵礦渣可起到助熔#65380;改善燒結#65380;提高制品強度和耐寒性的作用#65377;工業實驗表明，生產櫻紅色和深紅色磚時鐵礦渣的引入量為6%～7%(體積比);生產深紅色磚也可以用鐵礦的選礦尾渣，其引入量一般為5%～25%(體積比)，這種磚應在氧化氣氛中燒成#65377;另外，還可以用煉鐵高爐灰#65380;紅色礦渣(鋁土礦生產氧化鋁的廢料)等來生產紅色磚#65377;

3.3 工業固體廢棄物在制備合成硅基陶瓷原料中的應用

以SiC，Si3N4，Sialon為代表的硅基陶瓷材料近年來發展迅速，但是這些陶瓷材料的合成，多用較純的硅源和碳源做原料，成本偏高#65377;煤矸石#65380;尾礦等廢棄物由于硅含量(SiO₂)較高，以其作為生產硅基陶瓷的硅源在理論上完全可行^[5]#65377;

根據煤矸石中SiO₂與C天然緊密結合的特點，何恩廣等^[6]分別以煤矸石#65380;石英砂與弱粘煤#65380;無煙煤做原料，用Acheson工藝合成了SiC#65377;研究表明:煤矸石的微觀結構有利于SiC在較低溫度下進行充分的合成反應#65377;煤矸石中的SiO₂(粒徑小于10μm)成球狀，被包覆在厚度小于5μm的碳有機質薄殼中;該結構有利于在反應溫度下由SiO₂產生的SiO氣相以較高的擴散壓力與外圍的C質形成徑向球面沖擊擴散，從而加快傳質過程，降低反應溫度#65377;

王曉剛等^[7]分別以硅質煤矸石#65380;高嶺石質煤矸石#65380;石英砂巖粉與煙煤混合合成了β-SiC#65377;所用原料全部來自煤礦資源，是“全煤化”合成SiC的新方法，可達到廢棄物資源化與控制污染的目的，并可降低能耗和生產成本#65377;如果進一步在氮氣保護下熱解活化煤矸石，確定最佳活化條件，然后酸浸除去其中的鋁，最終生成的SiC含量高達87.43%^[5]#65377;

電廠灰常常被用作制造Sialon(Si₂NO與Al₂O₃的固溶體)陶瓷的一種原料#65377;如Kudyba等^[8]進行了電廠灰合成Ca-α/β-Sialon的研究#65377;通過添加一定量的Ca元素調整原料化學成分的比例(Al/Si和Ca/(Si+Al))，在一定的溫度下合成了Ca-α/β-Sialon#65377;

3.4 玻璃工業廢棄物在陶瓷工業中的應用

有人將玻璃纖維廢料轉變成玻璃粉末，并將該粉末與添加劑混合物顆粒化處理，然后將顆粒狀粒子成形為陶瓷生坯，最后加熱燒結成為陶瓷產品，其燒結溫度只有700～1000℃，大大降低了能源和天然資源的消耗#65377;另外，還可以將赤泥與花崗石碎屑和碎玻璃混合，通過熔化和結晶生產玻璃陶瓷材料#65377;

4陶瓷工業固體廢料的再利用

當前，對陶瓷廠自身產生的工業廢料回收利用的研究已取得了突破性進展#65377;主要體現在以下方面:

4.1 陶瓷原料廢料在陶瓷自身生產中的再利用

廢白瓷粉在陶瓷坯體中的循環利用技術已經非常成熟，坯料中廢瓷粉的引入量一般為5wt%～10wt%#65377;廢白瓷粉在陶瓷釉中也得到了廣泛的應用，陶瓷釉中引入廢瓷粉，不僅可以充分利用廢陶瓷，利于環境保護，而且還可以降低釉料的燒成溫度#65380;改善坯釉結合性能#65380;提高釉面質量#65377;釉料中廢瓷的引入量可達20wt%～28wt%^[1]#65377;

廢料泥水經回收#65380;揀去雜物#65380;除鐵后，可添加到瓷磚的配料中#65377;沒有上釉的生坯可以全部化漿回用#65377;對上釉的生坯廢品，粗陶廠可按比例適當混入泥料重復使用，但大部分日用瓷廢坯不宜回用，否則將影響釉燒質量^[9]#65377;

4.2 陶瓷產品廢料在瓷磚中的應用

目前透水磚生產通常要用到陶瓷廢料#65377;陳平等^[10]以50%～70%陶瓷廢料與30%～50%的瓷石#65380;滑石等為基礎物料，加入一定比例的粘結劑和發泡劑，如煤粉#65380;木屑等，采用干壓法成形，并在1150～1200℃范圍燒成#65377;采用合適的工藝條件，調節好顆粒級配#65380;基礎配料的粒度和配比#65380;成形壓力及燒成制度等，制得了透水系數為 3.2×10-4㎝/s#65380;抗折強度為18.4MPa#65380;抗壓強度為19.7MPa的環保型滲水磚#65377;為了獲得良好的滲水磚強度，通常還要加入玻璃粉或高溫砂粒#65377;透水磚各相合適的比例為:玻璃相20%～30%，晶相30%～40%，氣孔相30%～40%#65377;此法可在一般的隧道窯或輥道窯中燒結，操作方便且有利于工業化大生產#65377;

陶瓷廢料在劈開磚中的應用也十分廣泛#65377;在劈開磚的生產過程中，通常把陶瓷廢料磨細到一定粒度后作為原料，較粗顆粒(8～30目)用作生產劈開磚的原料，能增加劈開磚的表面裝飾效果，其含量可在15wt%左右;篩下物(30目篩)可以作為生產劈開磚的一種原料直接摻入，然后與別的原料一起制成劈開磚#65377;該方法大大降低了原料成本，具有更大的市場競爭能力#65377;

陶瓷廢料還可應用在免燒磚和仿古磚等瓷磚工業中，效果良好#65377;

4.3 陶瓷廢料在生產多孔陶瓷中的應用

我國一些研究者經過多年的努力，研制出一種利用陶瓷廠廢料生產多孔陶瓷的工藝方法#65377;韓復興等^[11]對陶瓷廢棄物生產多孔陶瓷進行了研究#65377;首先將固體廢棄物加工成一定粒度的粉料備用，將各種原料稱量并混合均勻后，裝入不銹鋼模具中，放入電爐內燒制#65377;配料中以土粉作填充料，瓷粉作骨料，粉煤灰和釉粉作發泡基礎料，另有發泡劑煤粉和助泡劑硼酸#65380;硝酸鈉等#65377;粉料顆粒度見下表#65377;

配料時，先將發泡基礎料#65380;發泡劑和助泡劑混和均勻，并過100目篩三遍，然后加入填充劑和骨料，混勻后平攤于不銹鋼模內，置于電爐內燒制#65377;

該方法所研制出的多孔陶瓷容量低#65380;強度高，適用于新的墻體材料，亦可用于制造廣場透水磚#65377;利用建陶廠固體廢棄物生產多孔陶瓷，不需增添設備，廢料利用率高，經濟和社會效益好#65377;

4.4 陶瓷工業廢窯具#65380;廢模具的回收利用

由于目前輥道窯在陶瓷行業中的大量使用，輥棒的使用量隨之增大，其加工切割之后的邊角余料以及斷裂損耗量也隨之急劇增多，這些廢料如果無法回收，將會帶來污染和資源浪費#65377;

嚴東亮等^[12]以陶瓷輥棒廢料(莫來石-剛玉質)為主要原料(用量50%～70%)，以高嶺土#65380;滑石#65380;碳酸鈣和碳酸鋇等為輔料，經粉碎#65380;配料#65380;混料#65380;烘干后，在CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂或CaO-BaO-SiO₂-Al₂O₃體系中，采用等靜壓成形和低溫快燒工藝，生產出鋁含量為50%～60%#65380;性能優異的高檔耐磨的研磨介質，不但解決了輥棒廢料難處理的問題，還節約了礦物資源和能源，減少了環境污染，降低了研磨介質的生產成本#65377;

對于廢匣與其它廢窯具等經高溫燒成的廢料，宜在重新粉碎加工后用作硬質料#65377;可將其磨碎(粒徑在0.5mm以下)，然后按照一定的比例添加到瓷磚或其它產品的配料中#65377;廢匣缽在本廠可利用15%左右，其余可供給耐火材料廠#65377;

陶瓷生產過程中產生的廢石膏模可分兩個途徑處理:一是現場再生利用;二是送至水泥廠作原料使用#65377;再生工藝只能部分再生利用且不能重復再生，成本較高，有二次污染#65377;因此，國外大多是送往水泥廠作生產水泥的原料#65377;

4.5 陶瓷廢料在陶瓷工業中的其它用途

陶瓷廢料還可以用來制造陶粒新型建材制品，如佛山市陶瓷研究所以陶瓷廠的廢料做成的輕質陶粒為主要原料，輔以造孔劑和防水劑，采用一般的成形方法研制成一種新型多孔地鐵吸音材料，該吸音材料吸音頻率范圍寬，吸音效果明顯^[13]#65377;陶瓷廢料陶粒還能用于減震材料#65380;蓄水材料以及輕質陶粒混凝土骨料等材料的研制#65377;

5前景展望

隨著科技的發展#65380;能源和環保意識的進一步增強，以資源化和無害化為原則，以開發高附加值和多功能新材料為目標的工業固體廢棄物再利用手段已受到人們的廣泛關注#65377;由于陶瓷工業產品的生產特點，煤炭工業產生的煤矸石#65380;電力工業排放的粉煤灰和冶金工業產生的礦渣等，很大部分都可被陶瓷工業利用#65377;它們之間的共生和代謝關系，有利于工業系統循環經濟的發展#65377;相信在國家發展循環經濟的大格局下，陶瓷產業可以逐步打造成新型綠色產業，而且可以在發展相關產業循環經濟和加快建設節約型社會中做出更大的貢獻#65377;

參考文獻

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Utilization of Industrial Solid Waste in Ceramic Industry

Fu Peng1 Liu Weidong2

(1 Dept.of Materials ScienceLiaocheng UniversityLiaochengShandong 252000

2 Dept.of Materials ScienceSouth China University of TechnologyGuangzhouGuangdong 510640)

Abstract:In this paper，origin and utilization of industrial solid waste in ceramic industry were summarized，and the foreground of industrial solid waste in ceramic industry was also analyzed.

Keywords: industrial solid waste，ceramic industry，utilization