陶瓷原料生產節能新技術探討

陳云峰

（清遠市簡一陶瓷有限公司，廣東 清遠 511500）

陶瓷工業有著悠久的歷史，但作為現代工業的重要組成部分，我國現代陶瓷工業在改革開放后開始發展。雖然起步較晚，但經過三十多年的發展，我國現代陶瓷工業只有在總產量上取得了長足的進步。除滿足國內需求外，還大量出口國外，在世界陶瓷市場占有很大份額。雖然近年來取得了很快的發展，但仍存在許多問題，最突出的問題是，我們所處的行業仍然是高耗能、高資源，發展這個行業往往會增加能源、環境和資源的負擔，對現代經濟社會的持續發展會起到副作用。

1 我國陶瓷原料生產過程中的耗能現狀

幾十年來，陶瓷生產量在不斷增加，我們打算出口到國外市場。在這里這個過程也消耗了大量的制作陶瓷需要的資源。隨著時間的轉移資源不斷減少，陶瓷產業的在發展方面也面臨著嚴峻挑戰。隨著陶瓷產量的增加，能源消耗也會消耗很快。雖然中國陶瓷產量很大，世界產量也在逐年增長，但原料生產和燒瓷等步驟都需要消耗大量能源。而近年來，陶瓷行業數量大、能耗高但缺少精品，同時工業廢氣、廢水的排放量也越來越大，與國家的“青山綠水”計劃相違背。根據我們的調查研究，目前陶瓷制品的生產工藝僅采用焚燒和干燥這兩個項目就需要耗費總能量的80%，同時在燒制過程中排放的含氮廢氣物也是空氣污染的重要來源。基于這些現狀，在陶瓷原料生產中提高節能新技術刻不容緩，這也是當前中國工業發展必須解決的問題之一。

2 陶瓷原料生產特點

2.1 陶瓷原料生產是高能耗、高污染的行業

在日本，陶瓷行業被稱為“熔爐工業”，因為它無法處理沒有焚化的燃料。因此，這是一個消耗能源和資源的行業，也是一個需要清空“三廢”的行業。陶瓷原料對環境的影響；它需要來自大自然的原材料和能源，這一能源和材料消耗的速度是非常快的。天然氣、廢水和固體廢物幾乎被直接排放或者丟棄，上述瓷磚企業的日能源消耗總量相當于燃燒2300 萬t 煤，每天產生的CO2約4100 萬t、SO2約46 萬t、NOx約58 萬t。

2.2 陶瓷原料生產窯中燃燒及熱利用特點

現代陶瓷原料生產中使用的大多數爐子都采用了清潔氣體燃料和明火燃燒。在過去的二十年中，陶瓷工業爐雖然在熱效率和熱利用率方面得到了改善，但自從使用陶瓷工業窯爐以來我國與國外同行業相對差距較為明顯，其中我國10%～15%為熱效率隧道窯、35%～40%為建筑石磨。陶瓷爐不僅是燃燒設備與傳熱設備，同樣也是提升燃燒效率和傳熱效率的重要因素。

3 陶瓷原料生產節能新技術的開發及應用

3.1 大型連續球磨機及粉磨設備的實施與推廣

球磨機廣泛應用于陶瓷行業，是必不可少的生產設備之一。磨機一般功率大，運行效率低，是陶瓷生產行業中最重要的用電設備。據有關報道表明，球磨機的耗電量約占生產線總耗電量的45%，占原料加工能力消耗的85%，合占總成本的8%～10%，因此，利用球磨機的節能效果對陶瓷企業來說是非常重要的。

研究表明，使用高噸位球磨機和變頻器控制有助于節約能源。發現變頻器調速，球磨機工作速度最佳，可提高球磨機的粉磨效率，節電10%～30%，與交替球磨機相比，采用連續大噸位球磨機進行精磨，產量可提高10 倍以上，與交替球磨機相比，可節省15%和30%的能源消耗，且易制成濃漿，它可以節省大量的能源，以地磚和地磚的年產量計算，全年需求25 億kW，每年可節約日用陶瓷100 億件，衛生潔具5500 萬臺電能。而且它使用橡膠襯里球磨機：通過降低球磨機的負荷可以提高總產量40%，并且使得單位產品電耗減少達到20%。在不同的工藝配方的泥漿中添加適當的助磨劑、減水劑，并且料、球、水的比例進行合理制定，可以有效地提升球磨機效率。球磨時，采用氧化鋁球，不但可以省時還可以節能。

3.2 干法造粒工藝及相應設備的研究及開發

球磨加工與噴霧干燥等復雜工藝工序可以通過干法制粉的方式進行縮減，節省大量能源和人力。在節能減排方面，這是一個非常大的發展前景，完全符合行業未來發展的需要。干法造粒技術，即使在20 世紀八九十年代已經做了大量的研究，但到目前為止干法造粒技術在國內外都失敗了，國內大部分超表面制粉設備都是從國外引進或模仿，自主創新缺席。這主要表現在間歇過程、單機出力小、能耗高、粒度分布不均勻等方面。粉末后處理，尤其是在陶瓷行業，研究較少。到目前為止，主要采用球磨工藝。鋼球生產的粉末粒度粗，生產過程間歇，能耗高，污染重。如何為這個傳統行業使用新技術和新設備顯得特別重要。干法造粒有巨大的發展前景，但技術的增長也是較為困難的。若是僅僅依托于陶瓷公司解決技術難題，很難對已有的技術問題進行突破。有必要更多地依靠行業的科研機構和設備制造商來推動干法制粒工藝的產業化。

3.3 發展循環經濟實現節能減排

我國陶瓷生產歷史悠久，但對于傳統陶瓷原料而言，其生產技術還是相當落后。統計據發改委統計，陶瓷產品每年消耗礦產原料1.2 億t 以上，許多地方發生了陶瓷原料枯竭的狀況。這種形勢的演變迫切需要有新的陶瓷原料資源，徹底利用一些劣質原料和工業廢料。據統計，我國陶瓷廢棄物年產量約1000 萬t，陶瓷廢棄物的堆積不僅影響占地，還影響空氣質量。科學家已經開發了許多利用這些陶瓷廢料的產品，例如，通過使用陶瓷廢料作為填料來制備透水磚；使用陶瓷拋光磚生產未燒陶瓷制品和輕質隔熱陶瓷磚；使用陶瓷廢料作為基本原料，與水泥和高強度黏合劑一起制備未燒矩形磚；利用陶瓷廢料生產的陶瓷材料具有輕質、耐腐蝕、抗凍、抗震、隔熱、隔音、防潮等功能，可少量用于混凝土和墻體保溫。這些措施不僅僅是為了保護環境，同樣是為了資源的循環利用，并且可以實現保護能源和減少減排放的目的。

3.4 提高生產自動化及管理水平

自動控制技術是一種高效節能的方法，在國外得到了廣泛的應用。主要用于自動爐子控制，使窯爐的調節控制更加精確，對節省能源、這對于穩定燃燒過程和提高燃燒質量是非常有用的。同時也為優化爐況提供了可靠的數據訓練。實驗表明微復雜控制系統已被接受，該窯工作的狀況可以實現自動調節，并且可以通過自動控制來控制燃燒過剩的空氣系數，從而實現降低不完全燃燒燃料與廢氣傳熱的目的；通過降低氣體的熱量來降低燃燒時間，提高產量和質量，降低能耗能源消耗。表明燃料損耗增加了3%，廢氣中易燃成分的數量增加1%，如果可接受微型復雜或儀表微機控制系統的自動控制，可節約0%～5%的能源。

4 節能減排的措施

4.1 實現陶瓷原料的專業化、標準化和系列化生產

了解陶瓷原料的專業化、標準化、系列化，可以充分利用資源，節約成本能量。具有以下優點：原材料的有效利用主要通過促進原材料的系統化和專業化等方面來提升，并且改善了原材料的來源，提高了原材料的應用范圍與化學穩定性，保證產品的質量；節約建設車間成本，將分散性易于間斷改進，便于連續處理集中專業原料處理，提高了設備的有效利用率；這減少了工廠的原材料儲備，節省了生產場地的投資，減少了因以上原因造成的城市揚塵和噪聲污染。

4.2 積極開發低溫快燒原料

在陶瓷的燒紙中，窯內溫度越高所需要的溫度越高。實踐可得，當窯內溫度減少100℃，則每件產品的熱量可減少10%以上、時間縮短10%、產量增加10%、熱耗降低4%。由此可知，就節能而言，燃燒溫度的降低低于陶瓷制品是非常重要的。低溫快速燃燒過程的保證對于陶瓷制品低溫燃燒來說是極其重要的一環。某廠通過添加低品質原料，使拋光磚的燒成溫度降低到980℃，能耗降低28%。現在不同國家成立的陶瓷研究機構已成功篩選出幾種低溫陶瓷原料和低溫液體原料。目前可利用的材料的有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母、葉蠟石等。

5 結語

“十二五”規劃一旦完成，整個陶瓷產業的發展將實現目標，取得進步，但仍將面臨新的挑戰陶瓷工業的可持續發展戰略對環境保護和節能方面有了更高的要求。陶瓷原材料的生產需要進一步的技術創新，節能減排，最終實現資源、能源、環境和企業效益的平衡。在未來，可以與國際高水平相比，讓陶瓷產業保持綠色健康發展。