陶瓷拋光廢渣循環(huán)利用新技術(shù)

摘要:本文主要論述了陶瓷拋光廢渣循環(huán)利用的新技術(shù)。將陶瓷拋光廢渣作為高檔釉面磚坯體的主要原料(加入量為16%～22%)，通過(guò)采用“特定階段延長(zhǎng)燒成時(shí)間、 縮小素?zé)c釉燒溫度差、調(diào)高底釉熔融溫度、調(diào)高面釉高溫粘度”的適應(yīng)性工藝，從而達(dá)到較大量摻入拋光磚廢渣生產(chǎn)釉面磚的目的。

關(guān)鍵詞:拋光廢渣;釉面磚;循環(huán)利用;新技術(shù)

1 前 言

我國(guó)是全球最大的瓷質(zhì)拋光磚生產(chǎn)基地，每年產(chǎn)生大量的拋光廢渣需要處理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每平米玻化成品磚產(chǎn)生拋光廢渣約3kg，僅佛山陶瓷產(chǎn)區(qū)，每年各種拋光廢渣的產(chǎn)生量已超過(guò)300萬(wàn)噸，如此大量的陶瓷廢料已經(jīng)不能簡(jiǎn)單地用填埋的方法來(lái)解決了，因?yàn)榇罅刻沾蓮U料的填埋，不但擠占了土地，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，還對(duì)水資源和土壤等造成了嚴(yán)重污染。

近幾年各陶瓷企業(yè)都非常重視污染的治理，開(kāi)展清潔生產(chǎn)活動(dòng)，主動(dòng)研究清潔生產(chǎn)的新技術(shù)，循環(huán)利用不可再生資源，從源頭消減污染物的產(chǎn)生，取得了可喜的成績(jī)。各種廢磚已大量被粉碎作原料使用，各類(lèi)陶瓷磚的污泥渣也開(kāi)始應(yīng)用到坯體配方中。但由于受技術(shù)上的局限，陶瓷拋光廢渣的回收利用一直沒(méi)有得到很好的解決，因?yàn)閽伖鈴U渣含有嚴(yán)重影響墻地磚燒結(jié)的雜質(zhì)，會(huì)造成產(chǎn)品發(fā)泡膨脹、破壞磚體。所以，要在陶瓷磚生產(chǎn)中大量利用拋光廢渣，必須進(jìn)一步深入研究，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

目前，拋光廢渣主要用途有四個(gè)方面:一是作水泥生產(chǎn)的原料，或免燒型廣場(chǎng)道路磚的填充物，都是作為低品質(zhì)低價(jià)值原料應(yīng)用;二是作為發(fā)泡劑和主要原料用在陶粒、多孔陶瓷和輕質(zhì)隔音保溫磚等產(chǎn)品的生產(chǎn)上。多孔陶瓷和輕質(zhì)隔音保溫磚理化性能優(yōu)良、裝飾效果獨(dú)特、規(guī)格可大可小、經(jīng)濟(jì)效益好，是廢料精用的好途徑;但由于這些產(chǎn)品的應(yīng)用面比較窄，市場(chǎng)銷(xiāo)量不大，還未能大量消化拋光廢渣;第三是作為少量摻入原料用于低溫?zé)Y(jié)的其它陶瓷磚上，如銻釩礦渣黑色瓷質(zhì)磚等，但也由于這些產(chǎn)品的市場(chǎng)銷(xiāo)量不大，不能大量消化拋光廢渣。因此，只有從技術(shù)上進(jìn)行突破，拋光廢渣才能在陶瓷墻地磚生產(chǎn)中大量循環(huán)利用。本文主要從拋光廢渣的發(fā)泡特性入手，通過(guò)采用“特定階段延長(zhǎng)燒成時(shí)間、縮小素?zé)c釉燒溫度差、調(diào)高底釉熔融溫度、調(diào)高面釉高溫粘度”的適應(yīng)性工藝，將拋光廢渣大量應(yīng)用到釉面磚的坯體中(用量高達(dá)16%～22%)，用以生產(chǎn)高檔釉面磚。經(jīng)大生產(chǎn)試驗(yàn)后，效果較好、生產(chǎn)穩(wěn)定，為拋光廢渣大量用于釉面磚生產(chǎn)開(kāi)辟了一條新途徑。

2 研制過(guò)程

2.1拋光廢渣性能的研究及其在坯料中摻入量的確定

2.1.1拋光廢渣的成分分析

拋光廢渣中不僅含有拋光磚坯的成分，還有拋光時(shí)帶入的大量拋光磨頭的碎屑(主要由磨頭的磨料以及磨料結(jié)合劑的碎屑組成)、煙氣脫硫時(shí)加入的堿性物質(zhì)和作為污水處理的絮凝劑等其它成分。尤其是拋光磨頭的碎屑，拋光磨頭主要含有碳化硅、金剛石、剛玉等成分，其中碳化硅可以在較高溫度下氧化并放出二氧化碳?xì)怏w;磨料結(jié)合劑中作為膠凝材料的主要有輕燒鎂礦，如果把它作為原料引入坯體中，這些成分在高溫煅燒時(shí)會(huì)氧化分解，容易導(dǎo)致坯體發(fā)泡或膨脹變形，這就是拋光廢渣難以大量摻入使用的原因。所以，研究拋光廢渣的工藝性能、尋找對(duì)應(yīng)的解決措施，是解決拋光廢渣在陶瓷磚生產(chǎn)上回收利用的關(guān)鍵。

經(jīng)分析，拋光廢渣的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

2.1.2拋光磚拋光過(guò)程各段廢渣的試燒對(duì)比

拋光生產(chǎn)線各段所用的磨頭有所不同，磨頭的磨料和結(jié)合劑也不完全相同，通過(guò)將各段拋光過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣進(jìn)行試燒，可以大致了解拋光廢渣的燒結(jié)溫度范圍。各段廢渣在不同溫度下的燒失量、收縮和燒后的吸水率如表2所示。從表2可看出，廢渣在1050℃時(shí)出現(xiàn)最大燒失量，在1090℃時(shí)出現(xiàn)最大的收縮量，隨后便開(kāi)始膨脹;而最低吸水率則出現(xiàn)在1138℃或以上。

從表2我們可以看出，拋光廢渣的燒失、收縮和吸水率與一般的陶瓷原料相比，有點(diǎn)反常，并不是隨溫度的變化而呈規(guī)律性的變化，由此可看出拋光廢渣的成分比較復(fù)雜。

2.1.3拋光廢渣在不同吸水率坯體中的燒結(jié)試驗(yàn)

為了研究拋光廢渣在坯體中應(yīng)用的可能性，進(jìn)行了拋光廢渣在不同吸水率坯體中的燒結(jié)試驗(yàn)，分別在廣場(chǎng)磚粉料、拋光磚粉料、釉面磚粉料中外加15%的拋光廢渣，并在不同溫度下試燒，加入廢渣的廣場(chǎng)磚和拋光磚坯料分別在1175℃和1230℃下煅燒，釉面磚坯料則在1090℃和1138℃下煅燒，測(cè)定燒后瓷坯的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。試燒結(jié)果表明，由于廣場(chǎng)磚和拋光磚的燒成溫度高，拋光廢渣在高溫下氧化分解，使坯體膨脹，而釉面磚燒成溫度較低，適應(yīng)拋光廢渣的燒結(jié)特性，因此，拋光廢渣在釉面磚中應(yīng)用的可能性最大;另外，素?zé)に囉欣谂黧w排放大量氣體，以及釉面磚坯體氣孔率高、收縮小、強(qiáng)度要求不高等特性，都為拋光廢渣的摻入使用創(chuàng)造了條件。

2.1.4拋光廢渣引入量的燒結(jié)試驗(yàn)

單一拋光廢渣料組成的坯料燒結(jié)溫度低，液相出現(xiàn)的溫度也低，高溫下分解的氣體容易形成氣泡，使坯體膨脹變形，因此，拋光廢渣無(wú)法單獨(dú)配料成坯體。但根據(jù)前面的試驗(yàn)研究，在釉面磚坯料中摻入一定量的拋光廢渣，只要配方合理，燒成控制得當(dāng)，有可能獲得較好的效果。為了確定廢渣的最佳摻入量，將不同摻入量的拋光廢渣均勻地分散在釉面磚坯料中，考察其液相出現(xiàn)溫度的改變，以及拋光廢渣高溫分解產(chǎn)生的氣體對(duì)釉燒過(guò)程的影響。通過(guò)多次試驗(yàn)，當(dāng)拋光廢渣摻入量在25%以下時(shí)，坯料不出現(xiàn)明顯膨脹，考慮到拋光廢渣成分的不穩(wěn)定性，確定摻入量為16%～22%。

2.2坯料配方試制

2.2.1坯用原料的選用

本項(xiàng)目所采用的坯用原料除拋光廢渣外，其它的原料與普通釉面磚基本相同，其化學(xué)組成見(jiàn)表4。

2.2.2 坯料配方的試制

通過(guò)多次試驗(yàn)，確定了釉面磚坯料中拋光廢渣的加入量在16%～22%比較合適，最終試制出適合釉面磚生產(chǎn)的坯料配方，其化學(xué)組成見(jiàn)表5。

2.2.3 粉料的制備及坯體素?zé)?/p>

將上述原料和坯用稀釋劑、水按配方準(zhǔn)確配料，入36t球磨機(jī)球磨，球磨細(xì)度為250目篩余3.5%～4.5%，漿料含水量為34%左右;漿料經(jīng)除鐵、過(guò)篩、噴霧造粒成一定顆粒級(jí)配和含水率的粉料，經(jīng)1500t壓機(jī)在245MPa壓力下壓制成形，產(chǎn)品規(guī)格為330mm×600mm。 通過(guò)干燥窯烘干后在1095±5℃溫度下素?zé)瑹蓵r(shí)間為50 min，燒成曲線如圖1所示。

2.3 釉料配方的試制

2.3.1 釉用原料的選用

釉用原料的種類(lèi)及其成分如表6所示。

2.3.2底、面釉配方的試制

由于在坯料配方中加入了16%～22%的拋光廢渣，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，底、面釉應(yīng)與坯體具有良好的匹配性。通過(guò)多次試驗(yàn)，調(diào)試出適應(yīng)性能較好的底、面釉配方，其化學(xué)組成分別見(jiàn)表7和表8。

2.3.3 釉料的制備及燒成

根據(jù)配方，分別將底、面釉的原料與適當(dāng)比例的羧甲基纖維素鈉、三聚磷酸鈉和水準(zhǔn)確配料，入1.5t球磨機(jī)球磨，控制釉漿細(xì)度為325目篩余0.2%～0.3%，含水量為29%左右;經(jīng)除鐵、過(guò)篩后在施釉線上用鐘罩淋底釉180g/片、面釉260g/片，經(jīng)輥筒印花后，入窯爐燒成。為了保證產(chǎn)品不發(fā)泡，應(yīng)嚴(yán)格控制燒成制度，縮小素?zé)c釉燒的溫度差;本試驗(yàn)采用的釉燒溫度為1130±5℃，素?zé)c釉燒的溫度僅相差40℃左右，燒成時(shí)間約52min，燒成曲線見(jiàn)圖2。

3結(jié)果與分析

按上述試制方法燒制的釉面磚強(qiáng)度高，經(jīng)測(cè)試，斷裂模數(shù)達(dá)28MPa;產(chǎn)品平整度高、后期變形小;坯體細(xì)膩柔白、釉面平滑、光澤度好、抗釉裂性好;采用輥筒印花，花色新穎、裝飾效果好，完全達(dá)到甚至高于原釉面磚的性能，提高了產(chǎn)品檔次。但由于拋光廢渣成分不穩(wěn)定，尤其是在高溫下易發(fā)泡，因此，用其生產(chǎn)釉面磚工藝難度大、影響因素較多，下面對(duì)各影響因素逐一進(jìn)行分析。

3.1 燒成制度的影響

從前面對(duì)拋光廢渣的性能分析可知，拋光廢渣在1138℃以上開(kāi)始膨脹。由此可見(jiàn)，要將拋光廢渣用于釉面磚生產(chǎn)中，最高燒成溫度應(yīng)控制在1138℃以下，以免因廢渣發(fā)泡而造成產(chǎn)品變形。

另外，拋光廢渣在1050℃時(shí)出現(xiàn)最大燒失量，說(shuō)明在該溫度下各種有機(jī)物發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣體。因此，在這一溫度附近，燒成速度應(yīng)盡量放慢，并采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?同時(shí)還應(yīng)注意助燃風(fēng)的配入量以及助燃風(fēng)與水煤氣的比例。在保證噴槍燃燒的前提下，助燃風(fēng)應(yīng)盡可能開(kāi)大一點(diǎn)，以保證有足夠的助燃風(fēng)帶入窯內(nèi)，同時(shí)也適當(dāng)減少水煤氣的帶入量，以免水煤氣內(nèi)的有害氣體過(guò)多加重了排氣的困難;同時(shí)，在此溫度區(qū)域的窯壓應(yīng)保持負(fù)壓，以利于窯內(nèi)氣體的流通。因此，窯頭的排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)根據(jù)窯壓適當(dāng)加大抽力，窯頂?shù)臏囟葏^(qū)域閘板應(yīng)盡可能往上提高。

拋光廢渣在1090℃時(shí)出現(xiàn)最大收縮，表明此時(shí)坯體的各類(lèi)礦物在此溫度區(qū)域反應(yīng)速度最快，生成的液相量加大，使得坯體內(nèi)的氣孔率逐漸變小，產(chǎn)品出現(xiàn)劇烈收縮。為了保證產(chǎn)品收縮均勻，在此溫度區(qū)域也應(yīng)采取保溫措施、延長(zhǎng)燒成時(shí)間，以免因窯內(nèi)的溫差過(guò)大而使產(chǎn)品收縮不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品變形。

3.2 底、面釉性能的影響

由前面的試驗(yàn)可知，拋光廢渣在1050℃時(shí)產(chǎn)生最大的燒失量、1090℃時(shí)出現(xiàn)最大收縮、1138℃時(shí)開(kāi)始發(fā)泡，因此，底、面釉的一些關(guān)鍵性能應(yīng)與以上三個(gè)溫度相適應(yīng):首先，因1050℃時(shí)廢渣產(chǎn)生大量的氣體，釉料的始融溫度應(yīng)選在此溫度附近，以保證此時(shí)釉料有最大的氣孔率，以利于氣體的排出。如始熔溫度過(guò)低，釉料過(guò)早出現(xiàn)液相而封閉氣孔，不利于氣體的排出，易造成針孔、氣泡等缺陷;若始熔溫度過(guò)高，則會(huì)因釉料的熔融時(shí)間不夠而造成釉面的平滑度、光澤度變差。

其次，拋光廢渣在1090℃時(shí)出現(xiàn)最大收縮，表明坯體在此溫度下出現(xiàn)了最大液相量。因此，為了保證生成良好的坯釉中間層，釉料也應(yīng)與坯體在此時(shí)同步熔融而出現(xiàn)液相;但由于1050℃到1090℃只有40℃的溫度差，坯體內(nèi)的氣體不可能全部排出，始終還是有部分氣體殘留下來(lái)。為了保證釉面的質(zhì)量，此時(shí)應(yīng)提高釉料在該溫度區(qū)間的高溫粘度，快速封閉氣孔，防止氣體排出;

再次，由于拋光廢渣在1138℃時(shí)開(kāi)始發(fā)泡，釉燒的最高溫度應(yīng)低于此溫度，而1090℃到1138℃也只有48℃的溫度差，在如此短的溫度區(qū)間內(nèi)面釉要完成從熔融到玻化的整個(gè)過(guò)程，就必須保證此時(shí)面釉產(chǎn)生最大的液相量并具有適當(dāng)?shù)母邷卣扯龋沟靡合嗄茉诙虝r(shí)間內(nèi)快速展開(kāi)，填平釉面因氣體排出所產(chǎn)生的小凹坑，保證產(chǎn)品的光澤度和平滑度。因此，要滿足以上三個(gè)方面的要求，釉料組成非常關(guān)鍵:高溫粘度大的石英、煅燒后氣體排放較少的燒滑石，在底釉中可適當(dāng)多加一些;在高溫中能產(chǎn)生大量液相及快速延展開(kāi)的Li2O、SrO等堿金屬及堿土金屬氧化物，在面釉中也應(yīng)適當(dāng)多加一點(diǎn)，以保證在短時(shí)間內(nèi)釉面玻化完全，從而提高釉面的光澤度和平滑度。

3.3 粉料性能的影響

由于拋光廢渣、瓷片污泥渣不但含有拋光磚、釉面磚的坯體和釉料成分，還含有磨頭碎屑以及污水處理時(shí)加入的硫酸鋁、丙烯酸等物質(zhì)，其中有些磨頭是用樹(shù)脂作粘接劑的，因而這些磨塊屑細(xì)度很小，它們的熔融揮發(fā)溫度較低，大概在500～600℃就開(kāi)始分解，產(chǎn)生大量氣體。噴霧造粒時(shí)塔內(nèi)的溫度大概在600℃左右，此時(shí)泥漿噴上去與高溫?zé)犸L(fēng)相遇產(chǎn)生渦流作用，使泥漿瞬間變成含水率為7%左右的粉料;此時(shí)，由于泥漿中的磨塊屑和部分有機(jī)物在此溫度下開(kāi)始分解，產(chǎn)生氣體，而這些氣體在短時(shí)間內(nèi)難以排出，殘留在粉料顆粒中，形成假顆粒，使粉料在沖壓時(shí)有大量氣體排出，影響了磚坯的致密度。另外，這些夾雜的假顆粒在粉料陳腐、運(yùn)輸過(guò)程中易破裂而變成無(wú)規(guī)則的細(xì)粉，在沖壓時(shí)會(huì)因細(xì)粉過(guò)多，流動(dòng)性差、排氣困難而造成坯體的致密度變差。

實(shí)驗(yàn)表明，摻入了拋光廢渣的噴霧粉料，其顆粒級(jí)配如與原釉面磚的粉料顆粒級(jí)配一致，則燒成時(shí)會(huì)因收縮不均勻造成磚坯的大小頭及磚形不穩(wěn)定等缺陷。為了增加坯體致密度，根據(jù)“緊密堆積”原理，只有當(dāng)大小不同的顆粒達(dá)到最佳比例時(shí)，其致密度最好。因此，在噴霧造粒時(shí)噴槍的角度、噴片的直徑及旋片的厚度，要根據(jù)實(shí)際的粉料顆粒度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證有合適的顆粒級(jí)配;另外，粉料在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)盡量減少落差震動(dòng)，以免破壞顆粒，建議將振動(dòng)大的槽式或圓式振篩，改成振動(dòng)小的輥筒篩進(jìn)行粉料過(guò)篩。

3.4 其它方面的影響

(1) 廢渣成分穩(wěn)定性的影響

由于坯料中不僅添加了16%～22%的拋光廢渣，還加了釉面磚污水坭廢渣，廢渣的總量較多、成分復(fù)雜，因此，每批廢渣的成分可能波動(dòng)較大。為使這些廢渣的成分相對(duì)穩(wěn)定，廢渣壓濾后，以每批1000t為一個(gè)均化單位，集中堆放后采用勾機(jī)進(jìn)行粗均化，陳腐后再取樣化驗(yàn)，調(diào)整配方后再加入使用，以保證每批廢渣的性能穩(wěn)定。

(2) 稀釋劑成分的影響

由于污水處理過(guò)程中添加了有機(jī)物，以及煙氣脫硫產(chǎn)生的含硫廢水對(duì)漿料的流動(dòng)性影響較大，所以漿料的稀釋劑成分的選用及配比也很關(guān)鍵，如控制不好，會(huì)造成漿料的流動(dòng)性差，不但影響球磨效率，還會(huì)造成后工序的不穩(wěn)定，如影響除鐵過(guò)篩的效率及噴霧造粒的質(zhì)量。

(3) 坯釉料細(xì)度的影響

試驗(yàn)表明，在保證產(chǎn)品不出現(xiàn)縮釉的前提下，適當(dāng)提高坯釉料的球磨細(xì)度，有利于坯釉在燒成中的結(jié)合性。

4結(jié)束語(yǔ)

拋光廢渣在釉面磚中的成功應(yīng)用，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。一方面，拋光廢渣用量占配方的16%～22%，每年廢渣用量達(dá)60000t以上，可節(jié)省原料費(fèi)、廢渣處理費(fèi)800萬(wàn)元以上;另一方面，因廢渣細(xì)度較小，球磨時(shí)間可在原基礎(chǔ)上縮短2h，因此每年可節(jié)約電費(fèi)約200萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

在獲得極大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，本項(xiàng)目還為政府正在推進(jìn)的節(jié)能減排工程做出了重大貢獻(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，企業(yè)都是專(zhuān)門(mén)雇請(qǐng)人員清理拋光廢渣，增大成本支出的同時(shí)，往往還會(huì)造成二次污染。因?yàn)閺U渣一般是通過(guò)填埋的方式處理，占用土地、污染地下水;此外，廢渣在運(yùn)輸過(guò)程中易滴漏、揚(yáng)塵，污染空氣。此技術(shù)的成功應(yīng)用，大大減少了拋光磚廢渣的排放量，對(duì)陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

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