陶瓷原料選擇與資源綜合利用

朱敬賢+潘利敏+謝志軍+黃玲艷

摘 要：目前，我國陶瓷原料資源的開采缺乏科學合理的規劃和綜合利用措施，致使資源利用率很低。本文論述了陶瓷原料的選擇與資源綜合利用，對解決需求增長與資源短缺的問題提出了兩種參考方案。一是采用先進工藝技術對劣質原料優用；二是綜合利用工業固體廢棄物及尾砂，節約現有資源的同時也保護環境。同時，本文還重點論述了建設大型陶瓷原料生產基地，實現原料標準化對于資源綜合利用的重要性、緊迫性，并分析了當前遇到的困難。

關鍵詞：陶瓷原料； 資源；選擇；綜合利用；原料標準化

1 前言

陶瓷原料是陶瓷的根本，是陶瓷工業的糧食，是組織陶瓷生產的基礎。非金屬陶瓷原料是不可再生資源，而目前我國陶瓷原料資源的開采，缺乏科學合理的規劃和綜合利用措施，致使資源利用率很低。這就要求對資源進行綜合開發利用，以節約資源。隨著陶瓷工業的迅速發展，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。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。因此，從陶瓷原料選擇與資源綜合利用角度來看，工業固體廢棄物的再利用是一個很不錯的選擇。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。

2 采用先進工藝技術提高資源利用率

2.1 各類天然巖石的利用

為了更好地節約優質原料，降低成本，提高資源效益，各類天然巖石的應用就尤顯重要。硅灰石是一種低硅酸鈣類礦物，主要產于酸性侵入巖與不純的石灰巖的接觸變質帶中，在燒成中它是助熔劑，出現鈣長石的反應溫度比粘土質坯體生成莫來石的溫度低，出現液相的溫度也低。因此，硅灰石是一種適用于低溫快燒的陶瓷原料。透輝石是鏈狀結構的硅酸鹽類礦物，單斜晶系，晶體常呈粒狀或針狀。透輝石有與硅灰石相類似的性質，且熔點較硅灰石低，膨脹系數也較硅灰石小，變化緩慢。透閃石是一種雙鏈狀結構的硅酸鹽礦物，屬閃石族中的單斜角閃石亞族，透閃石的工藝性能與硅灰石相似。硅灰石、透輝石、透閃石和葉臘石等是快燒的好原料，其他，如霞石正長巖、鏗長石、珍珠巖、斜長巖和鈣鎂橄欖石等均可代替長石作為陶瓷的熔劑原料用于各類陶瓷制品中[1，2]。但是由于硅灰石、透輝石等低溫快燒原料都具有燒成范圍較窄的缺點，若沒有先進可靠的工藝技術和相應的設備，低溫快燒原料很難推廣。科研院校應與企業合作，在天然巖石的利用方面做些新工藝、新技術的應用研究，提高資源利用率。

2.2 低品質原料的除鐵增白方法

我國陶瓷原料資源豐富，但大多是含鐵較高的低品質原料，如：我國現有高嶺土儲量為4.8億t，而煤系高嶺土有100億t，但煤系高嶺土中大多含鐵較高。陶瓷原料由于含鐵高使其品質大大下降，產品的白度受到很大的影響，產品上不了檔次，難以滿足市場的需求，這就迫切要求對含鐵高的低品質原料進行加工處理。目前除鐵增白的方法有物理法、化學法和生物法。物理法分水洗法、磁選法和浮選法，其中，水洗法成本不高，但是對白度提高不大，而磁選法和浮選法對白度的提高效果較好。目前磁選法應用較廣，各種高梯度磁選機的研究和應用也得到了重視，因為高梯度磁選法產量大，利于機械化生產。化學法分為還原法、氧化法和還原氧化法，但化學法成本一般都很高，因此很少被使用。生物法微生物浸出技術成本較低，環境污染小，是一種有發展前景的新的增白方法。

3 綜合利用工業固體廢棄物、尾礦

3.1 工業固體廢棄物的利用

不少工業固體廢棄物可以作為建筑衛生陶瓷的原料，以擴大陶瓷原料資源的來源。廢棄物用于陶瓷方面的研究比較多，主要集中在建筑陶瓷、多孔陶瓷、高性能陶瓷中，其中，后兩者的應用還有待深入研究。用于建筑陶瓷生產的廢棄物主要是粉煤灰和工業廢渣；用于泡沫、多孔陶瓷和高性能陶瓷生產的廢棄物主要是粉煤灰和煤矸石。玻璃工業廢棄物在陶瓷工業中的應用主要是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，其燒結溫度為700～1000 ℃，大大降低了能源和天然資源的消耗。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。陶瓷工業固體廢料的再利用主要是對陶瓷廠自身產生的工業廢料加以回收利用，現在廢白瓷粉在陶瓷坯體中的循環利用技術已經非常成熟，并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、改善坯釉結合性能、提高釉面質量。

3.2 尾礦的利用

高嶺土、瓷石是陶瓷的主要原料，在礦山開采加工中大量尾砂的泛濫和廢棄， 給社會、環境帶來巨大危害，同時也是對礦產資源的極大浪費。通過攻關研究，在景德鎮實現了尾砂無尾礦選礦新工藝，對其選礦產品進行開發應用，以及直接以尾砂為主要原料研制出多種尾砂制品，具有很好的社會、環保和經濟效益， 從而使陶瓷原料尾砂綜合利用取得新進展，新突破[3]。只要尾礦沒有放射性，不危害人體健康且容易生成玻璃體，都可以考慮用作生產玻璃陶瓷的原料，利用尾礦及其它工業輔料生產的玻璃陶瓷主要用作建筑裝飾材料，它因具有機械強度高、耐腐蝕性好等優點而被譽為21世紀的建筑材料。

4 建設大型原料生產基地

提高資源利用率一個重要的任務就是提供性能穩定的陶瓷原料，因為提高和穩定陶瓷產品質量的根本是要穩定陶瓷原料，這就希望陶瓷原料深加工企業所產原料的化學組成、礦物組成、粒度組成等方面要在不影響生產的范圍內波動，才能保證生產處于一種穩定的狀態[4]。

4.1 建設大型原料生產基地所存在的問題

我國是一個陶瓷大國，陶瓷生產的歷史源遠流長，當然這與其得天獨厚的陶瓷資源是分不開的。但由于目前天然的優質原料越來越少，甚至出現枯竭， 數量眾多的是質量一般的原料，可謂是“好的不多，多的不好”。而且從全行業來看原料加工水平和監控水平都很低，難以滿足現代化陶瓷工業生產的要求，這就要求盡快建立規模化的原料生產基地，使我國原料深加工形成標準化、系列化和專業化生產。原料的標準化有利于陶瓷行業的發展，但目前仍存在很多問題和困難。

（1） 原料的產地不同，其形成年代、地質年代、成因及周圍環境等也各不相同，因而組成和性能也會有很大差別。因此，把所有的不同產地的原料性能穩定在某一范圍內，是需要大量的技術和資金支持。

（2） 礦山的開采不專業化，而且很多是私人開采，其技術含量低下，對資源的開采也很盲目，開采后也只是簡單的破碎就送到陶瓷廠。

（3） 精選加工的技術要求較高，生產成本較高，在我國的陶瓷生產企業中應當形成一種進高品質原料出高價位產品的氛圍。而目前的情況是大部分的中低檔產品自身的附加值較低，承受不起標準化原料的價位。原料標準化生產所面對的市場范圍仍然很窄。

（4） 我國的陶瓷企業是大而全、小而全，原料無固定的開采地點，造成了對礦山的濫采亂掘，這樣，一方面使得原料開采利用率很低，浪費了寶貴的資源，另一方面形成了不論產品檔次如何，大家都盡可能使用優質原料的局面，從而加速了資源的過快枯竭，而且傳統的生產模式使大多數陶瓷廠都有完備的原料加工體系， 幾乎是每家一個原料加工車間，一套設備。因此，有一部分生產企業對原料的標準化不夠重視。加之原料生產部門因其自身財力、人力所限，使原料很難達到標準化要求，并且原料標準化需要占據一部分原料加工投資，使大量的資金分散使用，不能從根本上解決問題。

4.2 建設大型原料生產基地的相關措施

首先，實現原料的標準化要有據可依。因此，有關部門應根據原料的產地、性能特點及應用情況，確定各種原料的質量標準，即其化學組成、礦物組成、粒度分布等一系列理化性能指標的相關數據范圍。根據產品品種、制品性能、產品質量檔次、生產工藝裝備水平等制定一系列陶瓷原料質量標準，使原料的標準化有一個共同的質量標準。如：長石可分為釉用長石、日用瓷用長石、衛生瓷用長石、墻地磚用長石等。原料標準化的過程就是利用各種選礦方法對陶瓷原料進行一系列的洗選加工，使其性能指標達到標準要求。其加工工藝大多為傳統方法，而且處理成本不高，因此，在標準化進程中現有技術裝備能達到要求，不需要再投資。比如：物理方法有分級法（水簸、水力旋流、風選、篩選） 、磁選法、超聲波法等，用這些方法可除去與原料顆粒以分離狀態存在的雜質。長石、石英、粘土等系列原料均可采用此方法。正如前述，陶瓷原料的標準化和系列化所追求的就是“穩定、均勻”、“物盡其用”，對此就應從礦山做起，實現礦山開采科學化、合理化，這才是長久之計。對此應對礦山進行生產勘探，系統地采樣進行分析測試，以查明礦石有益、有害組分的分布規律及附存狀態，以此固定礦石類型，確定開采塊段，從而計劃開采，合理利用礦山資源，保證原料的質量[5]。

再就是實現單一產品的標準化系列化，滿足不同用戶要求。為了實現此目標，我們可以從原料的均化入手。為了保證原料的穩定均一，還可采用二次均化。即首先在原料基地對各種原料按不同品位，分別進行預均化，然后將經過一系列工序加工成粉的各種原料，按不同品位分別入均化庫，然后再進行二次均化，從而實現單一產品的標準化和系列化。其生產工藝流程可以為：選料、水洗（粘土類）、預均化、粉磨、除鐵和均化。

（1） 預均化

預均化技術就是在原料的存、取過程中， 運用科學的堆取料技術，實現原料的初步均化， 使原料堆場或料庫同時具備儲存與均化的雙重功能。原料預均化的基本原理可以簡單形象地描述為“平鋪直取” 。就是在堆放原料時，由堆料機連續地把進來的物料，按一定的方式堆成盡可能多的相互平行、上下重疊、厚薄一致的料層。而在取料時，則通過選擇與堆放方式相適應的取料機和取料方式，在垂直于料層的方向上，同時切取料層。這樣，在取料的同時就完成了物料的混合均化， 起到了預均化的作用。

對每種原料按礦石的不同品位分別進行預均化。在堆料時將原料沿料堆軸線分層，逐漸進行堆料，而向料堆橫端進行切取，平行料堆是在堆料時沿橫向層層堆料。即實現橫向堆料，縱向切取，從而達到初步預均化的目的，保證原料質量的相對穩定[6，7]。

（2）粉磨分級

對于硬質原料，宜采用干法粉磨系統，而且為了適應大工業生產所要求的質量，應采用新型高效磨機。將磨機與分級機形成一閉路系統，粉磨的物料經分級機，按顆粒粗細而分級，這樣可生產出不同粒徑的系列產品，以滿足不同用戶的要求。而對于粘土，則先用水洗再超細粉碎分級，水洗可除去雜質，用分級機分級則可形成系列產品，如果粘土顆粒較粗，則可經過超細粉碎再分級。

（3）除鐵

原料含鐵的多少直接影響產品的白度和檔次，所以除鐵就顯得尤其重要。由于除鐵成本一般都較高，這就要求根據產品的要求選擇不同的除鐵方法。如果要求很高，可選擇二次除鐵和不同的除鐵方法并用。

（4）均化

將粉磨后的物料送到均化庫中進行均化。均化庫可采用兩種布置形式，一種是攪拌庫和均化庫分開的形式，也就是使出磨物料先進入攪拌庫，利用庫底充氣裝置分區輪換充氣，進行攪拌，攪拌后的原料再入儲存庫。另一種為了簡化工藝流程而可布置成雙層庫，上層為攪拌庫，下層為儲存庫。攪拌庫的原料，依靠重力卸入下面的儲存庫中。通過上述的二次均化即實現原料生產的簡單均化，這不能稱為標準化生產。不管是干法還是濕法，離開了在線檢測和在線調配，標準化生產就無從談起。

實現了單一產品的標準化系列化后，廠家就可以根據自己的需要進行配方了， 也就可以實現陶瓷坯料和釉料的標準化。有了成份穩定的單一產品，就不需要擔心配方后燒成產品的質量穩定性問題，這樣就提高了產品質量的穩定性，也節省了廠家研發費用。

5 結語

對陶瓷原料的綜合利用在我國現在還只是試驗研究階段，不過相信不久就會得到充分的應用，這是發展的需要。其實對陶瓷原料的綜合利用不是單個廠家所能完成的，這就需要合理的分工，建設大型的原料供應基地，實現原料的標準化和系列化；實現對礦山的綜合開采；用天然巖石等原料來代替其他優質原料；實現對劣質原料的應用，做到劣質劣用，優質優用，綜合利用工業固體廢棄物、尾礦，節約使用資源并且保護環境。生產環節的明確分工和把原料加工部分分散的廢料集中使用，使原料加工的技術裝備水平迅速提高，這樣不僅有利于提高原料的質量，也有利于相關行業的發展。質量穩定的優質、優價原料是我國陶瓷行業由大變強的前提條件，原料的標準化將使陶瓷行業走規模化發展的道路。在現有技術裝備水平基礎上，提高產品檔次，以利于全行業的發展。原料的標準化將帶動整個原料加工制造業的發展。天然優質原料越來越少，原料精加工將是必由之路， 因此，研究、開發出新型的原料生產工藝路線，并不斷降低生產成本，提高產品質量，把陶瓷行業帶入良性發展的軌道將是我們的最終目標。

參考文獻

[1] 于之東.陶瓷工業原料新資源的開發利用[J].河北陶瓷，1999，2

[2] 陳帆. 我國陶瓷原料工業發展的途徑[J]. 陶瓷導刊

[3] 徐希扯.景德鎮陶瓷原料標準化勢在必行[J]. 陶瓷導刊

[4] 孔海發.墻地磚原料標準化及坯料專業化生產探討[J].華夏陶

瓷網

[5] 朱申紅.礦產資源的綜合利用與無廢生產工藝的發展[J]. 金屬

礦山，1998，3

[6] 鄭水林.粉碎工程[M].北京：中國選礦科技情報網

[7] 鄭官慶，.試論無廢生產工藝的創建， 鈾礦治[J]，1998，04