建筑陶瓷干法制粉清潔化生產技術*

康建喜 陶曉文 劉 純

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

前言

傳統濕法制粉是將原料、球石、水按照一定的比例，在球磨機里研磨成一定含水量的泥漿，符合工藝要求的泥漿由陶瓷柱塞泵送入噴霧干燥塔內霧化、干燥， 成為含水量5%～7%的顆粒粉料。干法制粉工藝是將原料按照工藝配方要求進行粉磨， 滿足粉磨工藝要求的細粉經增濕、造粒，形成含水量約10%～12%的粉料顆粒，經干燥，得到含水量合適的粉料。

濕法制粉的主要設備為噴霧干燥塔，其造粒原理是泥漿在高壓力作用下， 霧化器將其霧化成適度細小的霧滴，霧滴在表面張力的作用下形成球狀，熱空氣(或其它氣體)與霧滴經過一段時間的直接接觸，實現熱交換，熱空氣帶走霧滴中的水分，從而形成空心球狀的粉料。該工藝雖然具有連續、操作簡單靈活、適應于大工業生產等優點，但該工藝制備粉料時，蒸發大量的水分(大約30%的水分)，需要消耗大量的熱能，排放大量的NOX、SO2、CO2及煙塵廢氣，從而導致巨大的能源浪費、資源浪費及環境污染，這是建筑陶瓷行業成為高能耗、高污染行業的主要原因之一。原料制備工序能耗大約占整個陶瓷磚生產工藝能耗的35%～40%。

隨著建筑陶瓷行業的迅速發展，我國陶瓷磚產量已連續多年穩居世界第一，但同時也存在資源、能源的大量消耗與“三廢”(廢氣，廢水，廢渣)排放之間的矛盾。盡管干法制粉技術與傳統的濕法制粉技術相比較，在大幅削減煙氣排放，節電、節水、節能等方面具有明顯優勢，但是很多廠家采用此項技術時，仍然存在著粉磨效率低、造粒效果差、制粉車間粉塵大等問題。筆者針對干法制粉在建筑陶瓷行業應用的現狀、優勢、清潔化制粉技術等方面進行綜述。

1 干法制粉清潔化工藝技術

干法制粉清潔化技術是指在陶瓷粉料的制備過程中，通過采用先進的工藝技術，包括原料均化、高效節能的粉磨系統、粉料造粒系統、粉料干燥系統、粉塵的捕集系統等工藝技術。同時加強粉料質量控制管理，合理使用資源和能源、在符合相關標準的條件下充分利用一切可利用的廢棄物，提高資源和能源的利用效率，減少或者避免污染物產生，降低制粉過程中粉塵與煙氣污染物的排放量，粉料性能與質量符合國家標準的要求，并在生產過程中對人類和環境無毒無害。

1.1 陶瓷干法原料的粉磨技術

陶瓷原料粉磨是陶瓷干法制粉中耗電最多的環節，它的節能、可靠穩定成為陶瓷干法制粉工藝中的重要因素，因此干法粉磨機成為陶瓷干法制粉中的關鍵設備之一。最早陶瓷干法原料磨機采用礦山研磨設備-雷蒙磨機，但因其產量小、研磨介質損耗大、壽命短，并且會帶入大量的鐵質污染，維修費用高，且難以達到原料工藝及要求的細度，難以推廣應用。而水泥行業原有的立式磨機則因為產量太大、裝機功率太大、能耗高、一次性投資大，也難以在建筑陶瓷行業推廣應用。近年來，隨著新型干法陶瓷制粉技術的發展，為了提高粉磨效率、節約能源、提高經濟效益，陶瓷干法粉磨設備在直接引用水泥行業煤粉機的基礎上，不斷進行著改進和發展。

1.1.1 陶瓷原料的預粉碎混合工藝技術

對于陶瓷行業而言，目前尚無標準的原料配方體系，盡管每家陶瓷企業常用的原料均為為粘土、石英、長石類等原料，但各家具有較大區別。相較于水泥行業而言，陶瓷原料的成分較多，原料的硬度大且差距大，含水率比較高。要使陶瓷粉磨效率提升，并保證原料配方成分的穩定性，就必須依據不同原料配方，制定不同的預粉碎、預混合工藝，使其滿足陶瓷立磨的粉磨工藝，實現連續化、穩定化的粉磨要求。

1.1.2 新型陶瓷立式磨機的粉磨工藝技術

針對陶瓷原料配方的多樣性，制定陶瓷立磨的粉磨工藝。為提高在粉磨過程中的粉磨效率，可將配方中不同硬度原料細度控制在一定的范圍內，使其在粉磨中可起到相互助磨的效果，進而實現粉磨效率提升；在磨機內部設計循環熱風干燥系統，使得原料水分適應陶瓷立式粉磨工藝；設計新型的磨輥結構，探索陶瓷立磨磨輥與磨盤的合理相對轉速，適應陶瓷粉磨工藝要求。

采用新型襯板，改善磨機部件及研磨件材質。目前陶瓷立磨常用的襯板有壓條式凸接、達凸波形、曲面環向階梯、錐面分級、螺旋凸棱形分級、角螺旋分級、圓角方形、環溝、橡膠、無螺旋襯板等。在改善易磨部件及研磨體材質方面，日益廣泛地采用各種合金鋼材料，提高耐磨性能，降低磨耗率，提高部件及研磨體使用壽命。

研制陶瓷立磨助磨劑，提高粉磨效率。助磨劑能夠消除陶瓷粉磨時物料結塊和物料粘糊研磨體及襯板的弊端，改善粉磨作用，有效地提高粉磨效率。

1.2 陶瓷干法制粉造粒工藝技術

干法制粉造粒工藝有多種方式，但其成形機理基本相同，均是通過高壓霧化水與干法粉磨后，達到工藝細度要求的粉料經過一段時間接觸，以濕化液核的表面張力吸附、團聚干細粉，同時粉料與霧化的增濕液核充分接觸，不斷包裹液核，經過碰撞、成核、團聚形成了一次造粒粉料。但是一次造粒顆粒整體較疏松，粒徑較小，必須再通過整粒機進行二次整粒，即通過外界機械力的強化、整合、優化，形成實心、表面相對光滑的顆粒。由成形機理可看出，影響干法制粉粉料質量的因素有：霧化液滴和干粉的粒徑、干粉與霧化液滴的接觸程度以及造粒機的強化作用等。越細的干粉與霧滴充分接觸后形成的顆粒也會越小，這就避免了大顆粒的產生，同時有利于干粉與霧化液滴充分接觸，提高粉料成粒率，避免干粉的浪費。在該工藝過程中，為使得霧化水與粉料充分接觸，得到更多的顆粒料，一般都會采取過濕造粒，即粉料的含水率一般都高于實際壓制成形需要粉料的含水率，在工藝上就需要將這部分水分干燥，需要一部分熱空氣。即使這樣，相比傳統的濕法制粉而言，整個制粉過程中因干燥的是過濕的水分，需要的熱量極其少，這樣排放的煙氣相比傳統濕法制粉也是非常少的，甚至有些工藝設計當中，會利用煙氣的余熱來干燥過濕的粉料，這樣在整個制粉過程中既可實現基本無煙氣排放，又可實現無燃燒清潔制粉。并且該工藝為短流程工藝，制粉工藝過程中大幅度節電節能。

1.3 干法制粉粉料的干燥技術

在目前各種類型干法制粉工藝設計中，為了使得霧化水能夠充分的濕化細粉，實現較好的造粒效果，一般都會使得造粒粉料的原始水分大于成形工藝所需粉料的水分，在工藝設計上，就要對造粒的過濕粉料進行干燥。

干燥熱源的供應。在現有的干法制粉粉料的干燥當中，需要設計一個單獨的熱源，來為過濕的粉料進行干燥，這部分需要的熱量相比傳統濕法制粉而言，需要的熱量極其少，它的功能只是將含水率10%～12%的粉料干燥到含水率6%～8%。對于余熱比較富裕的陶瓷廠，在素坯干燥后還有剩余的熱量，則將這部分余熱引至粉料干燥處，對過濕的粉料進行干燥，實現余熱利用的最大化，實現無燃燒粉料制備。如果這部分煙氣的余熱不足以干燥粉料，則要配一部分獨立的熱源作為補充，來實現粉料的干燥。

干燥的方式。對于過濕粉料的干燥，普遍采用振動流化床的方式來進行干燥。新型搖擺式振動流化床干燥采用特殊的驅動裝置，該驅動系統由電機、曲軸式凸輪回轉組件、拉桿驅動組件、振動梁、壓縮空氣橡膠彈簧組尼、變頻器等組成；振動流化床設備在驅動機構下產生振動，設備和物料層被抬起，這樣床子每抬起一下，就會產生向前和向上的分解運動，對物料的作用是向上拋起和向前驅動。通過這個運動，可以確保粉料在床子內的理想輸送運動，避免了有些顆粒由于返混而干燥時間過長，導致熱過敏。

新型振動流化床干燥可在高度方向的振幅將整體的物料層均勻地拋起足夠的高度，這樣瞬間穿過床板的空氣，能迅速輕易地在整個物料層底部充分布滿分布，因此該設備能夠將不容易流化的細粉、細顆粒物料充分的流化，而且流化度高。流化度的提高大大強化了干燥強度，而低開孔率又能夠大大降低氣流夾帶，降低尾氣中粉塵量。

新型振動流化床干燥可以確保對產品干燥時間進行非常精確的控制，使排出的物料溫度、含濕量非常均勻，產品沒有燒結、損壞、過熱現象。具有節能降耗、設備效率高、單臺產量大、可靠穩定等優點，可實現精確的工藝控制。

1.4 干法制粉車間的粉塵捕集技術

陶瓷干法粉料制備技術相比陶瓷濕法粉料制備技術而言，具有節電、節水、節能等特點，并且在粉料的制備過程中大幅度減少干燥的熱量、大幅度減少煙氣的排放，具有減排環保等眾多優點。但是在干法粉料制備過程中，從原料的加入一直到粉料的陳腐，整個過程中基本上均是陶瓷的干粉料在流動，如果對制粉系統的除塵設計不合理，粉料輸送設備選擇不合適，系統的除塵設施不得當，就會造成系統的揚塵點增多、制粉車間的工作環境惡化，同時系統產生的粉塵會對周圍環境產生污染。

1.4.1 干法制粉工序除塵的系統設計

國家環保部對于制粉車間的粉塵濃度限額為6 mg/m3(水泥行業的標準)，現有陶瓷干法制粉車間盡管做的很好，但是基本上都缺乏系統的除塵設計，往往是缺哪加哪，并沒有用干法的思維來做系統除塵設計。

針對于陶瓷行業原料的特性，首先要從源頭開始，做好工藝設計，減少揚塵點，樹立“凡有揚塵，就必除塵”的思維，盡最大可能實行密封輸送，參照水泥行業現有的成熟經驗，采用成熟、先進、合理的處理工藝，在投資、經濟、環保之間取得平衡，并具備適當的安全系數，做好系統的除塵設計。

1.4.2 采取適用、有效的工藝控制措施

選擇揚塵少的設備，陶瓷原料、粉料采取螺旋輸送、空氣斜槽、提升機等密閉式輸送設備；對于需皮帶機輸送的物料盡量降低物料落差，采用密閉輸送，減少粉塵外逸；原料、粉料儲存采用密閉圓庫，廠內物料的裝卸、倒運及物料的露天堆場等處，考慮噴水增濕或其他措施，減少揚塵。

1.4.3 提升陶瓷干法制粉車間智能、自動化的水平

作為一個粉料的制備車間，無論采取多少措施都難免不會排放一些粉塵。隨著各項控制技術的發展，企業環保意識和自動化水平的提升，陶瓷干法制粉車間一定會實現正常工作時車間無人化操作，工人大部分時間在室內作業，各生產工序設置有隔離的值班室。在辦公室電腦上完成各項操作，實現制粉車間無人化生產。

2 干法制粉工藝應用前景

從國內20世紀90年代開始，咸陽陶瓷研究設計院把干法制粉工藝與裝備結合，通過借鑒國外技術和經驗，開始研究陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術。相繼研發出了不同機理的干法制粉設備，如WZ2500型、WZ3000型臥式造粒機、LZ -1700型立式造粒機等系列設備。20世紀90年代中期，咸陽陶瓷研究設計院又開始研究開發與大噸位自動壓磚機配套的增濕造粒干法制粉生產線，并相繼研發出了新型輥筒式造粒機和振動流化干燥床。近年來，我國各陶瓷研究單位相繼進行了新一輪的干法制粉工藝及設備開發。2012年，義科節能研發的第一條干法制粉中試生產線在淄博投產。2013年，義科節能的“陶瓷干法制粉工藝及其裝備”通過了山東省科技廳組織的專家鑒定。2014年佛山市博暉機電有限公司與LB公司聯手打造的山東東鵬陶瓷干法制粉示范生產線投產。2016年，咸陽陶瓷研究設計院承擔的國家的“十二五”科技支撐課題“陶瓷磚新型干法短流程工藝關鍵技術與示范”通過了中國建筑材料聯合會組織的專家驗收。

干法制粉工藝替代濕法制粉工藝，可節約電耗20%，節約熱耗65%，節約水耗80%。在節省大量的資源和能耗的同時，能顯著降低產品成本，經濟效益明顯，這是推動陶瓷企業實施干法制粉工藝的內在動力。同時，近年來隨著國家宏觀經濟的發展，環保政策的調整，環保要求的提高，建筑陶瓷行業作為高能耗企業，節能降耗壓力巨大，節能減排政策的驅使成為干法制粉工藝外在的推動力。因此，干法制粉工藝在建筑陶瓷行業的推廣應用，對實現建筑陶瓷工業的綠色制造，實現建筑陶瓷工業可持續發展，具有重要的現實意義，其推廣應用前景較好。

3 結語

建筑陶瓷干法制粉技術具有節能、環保等眾多優勢，其發展前景一定是廣闊的，而清潔化生產技術將是其發展的重要保證。在陶瓷干法清潔化技術發展的道路上，社會、企業、員工都要重視清潔化技術，并逐步落實、完善、發展好干法制粉清潔化技術，使干法制粉清潔化技術能更加廣泛地應用于建筑陶瓷行業，實現建筑陶瓷工業的綠色制造。