利用陶瓷廢渣生產綠色陶瓷產品

摘 要：本文研究了利用陶瓷廢渣生產綠色陶瓷產品。在對陶瓷廢渣特性識別的基礎上，通過對原礦原料、半熟料廢渣、熟料廢渣的性能檢測，確定最佳配料配方；通過采用低溫快燒技術，開發使用坯體增強劑，實現了廢水、廢渣零排放，廢氣污染物大幅下降，使廢渣使用比例達到80%以上，生產出性能優于GB∕T4100－2006標準的綠色陶瓷產品。

關鍵詞：陶瓷廢渣；能耗；低溫快燒技術；坯體增強劑；綠色陶瓷

1 引 言

傳統陶瓷產品雖然創造了人類需要的物質和精神財富，但是未能充分利用資源，且消耗大量能源，產生大量排放物，造成了較為嚴重的環境污染。綠色陶瓷是指合理利用自然資源，在生產制作過程中無環境污染、能耗低，使用時無害于人類健康的陶瓷產品。其在生產、使用、廢棄和再生循環過程中與生態環境相協調，滿足最少資源和能源消耗、最小或無環境污染、最佳使用性能、最高循環再利用率，并對人類的生活無毒害[1-3]。筆者所在公司經過三年的研究，完成了高摻量使用陶瓷磚廢渣等固廢物的課題，不但完全消化了本公司產生的廢渣，而且還吸納了社會上的陶瓷磚廢渣，實現了陶瓷廢渣全循環利用生產綠色陶瓷產品。

2 研究方法

2.1識別陶瓷工業廢渣的特性

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、廢渣、廢料，如煤矸石、粉煤灰、赤泥、金礦尾砂、冶金礦渣、化工廢渣、玻璃廢料、陶瓷廢料、耐火材料廢料等[4]。陶瓷生產污水處理系統沉淀物，經壓濾去水后形成的污水泥，其成分與陶瓷原料非常接近，只是混入了大量雜質，難于利用；坯體廢料主要是指陶瓷制品煅燒前所形成的廢料，包括上釉坯體廢料及無釉坯體廢料，此類廢料經過分類處理，揀去雜物、除鐵后可直接化漿加以循環利用；燒成廢料是陶瓷制品經煅燒后生成的廢料（通稱陶瓷廢磚），主要是燒成廢品和在拋光、貯存、搬運中損壞的產品，這類廢料需要經過粉碎加工，通過調整生產配方，摻入少量廢料進行循環利用；瓷質磚及厚釉磚等經刮平定厚、研磨拋光及磨邊倒角等一系列深加工，產生大量的拋光磚廢渣，由于廢渣中含有氯離子，加入配方中容易造成瓷磚針孔起泡，難以利用；廢釉料、水洗泥加工、泥漿過篩等二次廢渣，噴霧干燥塔燃燒的水煤漿廢渣等，此類廢渣成分復雜，難于利用；選礦廢渣、煤氣站廢渣，此類廢渣成分復雜，也難以循環利用，一直以填埋處理。

2.2 廢渣的管理和分類利用

2.2.1廢渣按分類堆放、均化、加強檢測、調整配料

首先控制廢坯、廢泥的來源穩定，通過多次抽樣檢測，發現廢坯及廢泥的化學成分和瓷質磚料相近，一般帶有顏色，將顏色相近的集中堆放與陳腐，提高其可塑性并保證呈色的穩定；將廢瓷磚按外觀顏色分類堆放；泥漿過篩等二次廢渣、水煤漿廢渣經過檢測，根據成分特性分類，加工成一定細度的粒子用作陶瓷坯體骨料，既降低了原材料成本，又減少因陶瓷工業廢渣帶來的污染，同時提高了瓷磚本身的藝術裝飾效果。

2.2.2充分利用鈣、鎂特性，節約能耗

廢渣中鈣、鎂含量一般比較高，在生產過程中可以充分利用其助熔特性，促進低溫快速燒成，節約能耗；部分廢泥陳腐時間較長，可以利用其粘性較好的特性提高坯體強度。

2.3配方研制與工藝技術參數

2.3.1原料的選用

對收集到的陶瓷廢渣進行系統分類，具體分析它們的化學成分，一般陶瓷廢渣的成分見表1。

配方中由于廢渣含量比較多，需要適當增加泥的含量，以提高坯體強度；在燒成低溫階段適當放緩升溫速度，以充分燃燒廢渣中的有機物。坯料礦物配方組成見表2。

2.3.2粉料制備

對陶瓷廢坯與白泥進行球磨，泥漿細度控制在250目篩余1.5%~3.0%，經噴霧干燥塔造粒；對陶瓷廢磚粒進行機械粉碎，選擇粒度在60~120目的顆粒；對粉煤灰、水洗泥殘渣進行篩選，選擇60~150目的顆粒；按配方配比計量輸送至撈粒機內均勻混合撈粒，在撈粒過程中添加分散劑等添加劑，保證顆粒的均勻性；成形的工作壓力控制在20~22MPa，壓制周期為6~10次/min，干燥溫度為140~170℃，干燥時間控制在15~25min。產品生產的工藝流程見圖1。

2.3.3燒成工藝的調整

工業廢渣含鈣、鎂等低溫成分較多，對促進燒結有一定幫助，但廢渣中有機物含量也相對較高，需要在低溫階段放慢燒成速度，充分排除有機物，否則會對產品質量產生影響。經過幾個月的反復實驗與結果測試分析，確定了燒成曲線：燒成溫度1180℃，燒成周期28~35 min，燒成曲線見圖2。

2.4關鍵技術及要點

2.4.1對難處理的固體廢料進行精加工

要盡量多地利用陶瓷工業廢渣，就要研究各種廢渣的特性。如廢坯及廢泥的化學組成和瓷質磚料相近，可將其與白泥等粘性原料一起球磨陳腐；廢瓷磚、泥漿過篩等二次廢渣、水煤漿廢渣、選礦尾渣等需加工成一定細度的粒子用作為坯體骨料。通過精加工處理后，陶瓷工業廢渣的加入量可超過80%。

2.4.2采用低溫快燒技術，實現廢水、廢渣零排放，廢氣污染物大幅下降

廢磚等熟料廢渣的燒失量幾乎為零，燒成過程不象生料那樣發生各種物理化學變化，熱膨脹系數小，可適應快燒，節約能耗，降低產品成本。淘洗泥二次廢渣、水煤漿廢渣、選礦尾渣等顆粒廢渣不需要經過球磨與造粒，只需水選篩選，燒成收縮小；采用撈粒工藝與骨料均勻混合，促進燒結。根據國外相關測試，在高溫區降溫100℃，節能高達13%，因此采用低溫快燒技術節能效果顯著。

2.4.3對不同廢渣顆粒進行撈料，形成獨特的藝術效果

對不同廢渣顆粒進行撈料，形成獨特的藝術效果，利用廢渣顆粒的尺寸配比和顏色搭配，可以將天然的花崗巖、戈壁砂模仿得惟妙惟肖。

3 產品性能

加入80%陶瓷工業廢渣的產品，其性能達到GB∕T4100－2006標準，優等品率達到96％以上，具體的性能指標見表3。

4 討 論

（1） 在回收的陶瓷廢渣中，有相當一部分為硬質材料，因此提高熟料廢渣的細度，是改善坯體燒結性能的重要措施，本項目選用高效率、節能、粉塵污染小的干法粉碎技術和設備，選用粉料顆粒度分選穩定的篩分設備，把陶瓷硬質廢渣加工成陶瓷生產用的精制原料。對于一般坯體用的廢渣，控制入球磨的粒度是10~60目；對于廢渣精制原料，其顆粒度穩定地控制在狹小的范圍內，且經處理后雜質和鐵質含量低，保證符合工藝要求；

（2） 廢磚等熟料廢渣的燒失量幾乎為零，燒成過程不象原礦那樣發生各種物理變化和化學反應，可適應快燒，但由于其為瘠性料，會使生坯強度下降，也影響燒結強度；廢磚等熟料經常混合有半熟料，半熟料廢渣混有雜質，易產生斑點、熔洞，但對生坯強度有好處，燒成過程參與各種物理變化和化學反應，可彌補熟料廢渣產生液相不足的弱點，有利生坯強度和燒結強度的提高。

（3） 不同吸水率的熟料廢渣，以及不同成分的半熟料廢渣，其燒結性能都要互相適應。因此本項目在對各類廢渣均化的基礎上，除了考慮化學成分滿足陶瓷磚性能的要求外，選擇了熟料廢渣多于半熟料廢渣的互補原則（該原則符合廢磚回收的特點）；又考慮到熟料廢渣回收種類的比例情況，選用吸水率低的廢渣多于吸水率高的廢渣；考慮到原礦原料對熟料廢渣在燒結過程中生成玻璃相方面的補償，加入了適量的礦化劑，以滿足工業生產的需要。

（4）廢渣中的生料和熟料難于聚合，為了解決以瘠性料為主的坯料粘性和燒結活性差的問題，使盡量多的陶瓷固體廢渣得到利用，我們除了采用粘性好的粘土、適當增加粘土的含量以外，還開發了新型坯體增強劑，有效解決了坯料可塑性差的問題，開發的聚丙烯酸鈉坯體增強劑具有更好的增強效果。聚丙烯酸鈉在干燥后，分子結構仍為長鏈狀，可以在陶瓷顆粒之間架橋，產生交聯作用而形成不規則網狀結構，將陶瓷顆粒緊緊包裹，起到纖維增加坯體強度的類似作用。同時適當提高瘠性料的球磨細度，增大坯體成形壓力來提高燒結活性。下一步計劃通過科學調整配方和改善生產工藝，進一步提高廢渣的加入量。

（5） 燒成溫度與能耗的關系極大。研究表明，當燒成溫度從1400℃降至1200℃時，能耗可降低50%～60%。由此可見， 降低陶瓷產品的燒成溫度對于節能具有十分重要的意義[7]。本項目采用低溫快燒技術，降低燒成溫度20℃以上，節約能耗；采用高速燒嘴，提高氣體流速，強化氣體與制品之間的傳熱，比傳統燒嘴節約燃料10%～20%[6]。生產過程不產生新的污染，實現廢水、廢渣零排放，廢氣污染物大幅下降，達到綠色環保生產要求。

由于收集的陶瓷廢渣存在燒成溫度、吸水率的差異，因此，需要根據陶瓷廢渣的特點，尋找他們之間的共性，研制出燒成溫度寬的燒成曲線。

（6） 采用新的撈料工藝，為陶瓷外墻的花色開發提供了廣闊的空間。在生產中將各種顆粒按配方定量配比輸送到自動撈料機里均勻混合，定點定時往機腔內噴霧（含稀釋的增強液溶劑），保證混合時顆粒水分含量在7%~8%，避免在成形工序中分層開裂，過程控制比普通斑點瓷質磚以及大顆粒瓷磚的工藝要求更加細致嚴格，形成的裝飾效果更具特色，產品質量更加穩定。

5 結語

通過利用陶瓷生產過程中產生的大量陶瓷廢料、水煤漿廢渣、生產加工廢渣等工業廢渣生產綠色環保陶瓷，產品具有獨特的裝飾效果，有效節約了環境資源，符合我國能源政策。生產過程不產生新的污染，符合清潔生產要求，也為工業廢物的污染處理開辟了一條新的途徑。

參考文獻

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[5] 楊輝，郭興忠，樊先平，等.我國建筑陶瓷的發展現狀及節能減排[J].中國陶瓷工業，2009，16:23

[6] 譚紹祥，譚漢杰.廣東陶瓷行業節能和發展循環經濟的現狀問題與對策[J].陶瓷， 2004， 4: 11.

[7] 冼志勇，劉樹，曾令可.陶瓷行業應對節能減排的措施[J].佛山陶瓷，2009，6:13.

Producing Healthy Ceramic Products Using Ceramic Industrial Wastes

LUO Shu-fen

（Foshan Rongzhou NO.2 Building Ceramics Factory Co.， Ltd.，Foshan528000，China)

Abstract：In order to save energy， reduce emissions and achieve clean production， ceramic industrial wastes including residual minerals， partly sintered wastes and sintered wastes were distinguished， characterized and added in raw material with optimum proportions. With the assistance of low temperature fast firing technique and new ceramic body reinforcing agent， zero emission of waste water and solid waste material was achieved. Pollutant concentrations of exhaust gas were dramatically decreased and the utilization ratio of ceramic industrial wastes was up to 80%. In this way， ceramic industrial wastes were effectively utilized and green ceramic tiles with better performance than national standard GB/T4100-2006 were produced in a process with low energy consumption and no pollution.

Key words：ceramic industrial wastes；energy；low temperature rapid firing technology；body enhancers；green ceramic