凈水劑對陶瓷泥漿流動性影響的原因研究及解決方案

馮曉文 林慶娜 鐘春林 汪陽 蔣瑜琦 孫熠 胡智輝

摘 要：本文詳細介紹了陶瓷工業回收水的來源、產生的環節及特征，常用凈水劑的類型、凈化原理，陶企回收水處理的方式，使用回收水或處理后殘留有凈水劑的中水，用于陶瓷原料制備后泥漿出現性能變差的現象和原因分析。通過一系列試驗測定回收水和凈水劑對陶瓷泥漿流動性、觸變性影響的數據，尋找解決上述問題的方法，最后研發出一種針對回收水制備陶瓷泥漿的高適應性解膠劑。

關鍵詞：回收水；凈水劑；處理方法；回收水、泥漿響；高適應解膠劑

1 前 言

建筑衛生陶瓷是一種對資源高度依賴的產業，經過20多年的快速發展，已經從“資源消耗高、能源消耗高、環境污染高”三高，逐步轉向“綠色環保、節能低碳”的環境友好型，整個行業呈現出產量遞減、企業數量減少，單線產能增大，品牌集中度、生產智能化、自動化程度越來越高的現象。

隨著國家“雙碳”政策實施和環保管控力度的加大，陶瓷生產過程產生的各種廢水廢渣嚴禁外排，必須回收利用，而廢水中含有多種污染物，需要預先進行凈化才能使用。

由于污水的來源不一、成分復雜，直接使用不但對泥漿的性能產生較大影響，而且還導致噴霧造粒、坯體成型和燒成質量下降。

另外污水處理時，藥劑的加入無法做到精準控制，過少和過量都會對后續的原料制備造成影響，特別是凈水劑過量后，回收水用于陶瓷原料制備，球磨機在動態狀況下泥漿尚能保持流動性，但在放漿時泥漿流速會越放越慢，進入漿池后出現觸變、結皮現象，由于粘度大甚至導致攪拌機損壞，嚴重影響了陶瓷企業的正常生產。

通過深入陶瓷原料制備一線，觀察生產用水和原料，跟進生產全過程，檢測泥漿的流動性和觸變性，通過對數據分析，尋找泥漿流動性差的原因，提出解決的方法，同時研制開發一種既能保證正常的泥漿解膠又能消除殘留的凈水劑對泥漿流動性影響的、高適應性的陶瓷泥漿解膠劑。

2? 陶瓷原料制備用回收水的來源

2.1陶瓷工藝廢水主要來源及特征

近期生態環境部公開了《陶瓷工業廢水治理工程技術規范》（征求意見稿），在該技術規范中明確說明了陶瓷工業在生產過程中的廢水來源，主要分為：含泥廢水、含釉廢水、后加工廢水、含酚廢水和脫硫廢水五類。

2.2不同類型回收水的情況介紹

2.2.1含泥廢水

是泥料球磨、原料洗選、噴霧干燥、壓濾、設備沖洗，抹坯等工序產生的，是高濁度廢水，懸浮物主要由原料處理過程中產生的粒徑較小的固體顆粒和被沖洗到排水系統的漂塵組成，此類水雖然有害物質少，但直接用于原料制備，也會對泥漿性能產生影響，所以要預先進行凈化。

2.2.2含釉廢水

來自釉料球磨、施釉、洗邊、濕法除塵設備，釉料回收和設備沖洗等釉料制備、施釉工序，廢水量相對含泥廢水而言較小，主要污染物由懸浮顆粒物和低濃度CODcr組成，含有色料、墨水、釉料、粘合劑等，另外還有較多的重金屬化合物、酸、氟化物、石油等有機物，這種污水也需要先處理后使用，否則都會影響泥漿的流動性。

2.2.3后加工廢水

來自陶瓷磚研磨、拋光、磨邊、倒角工序。陶瓷拋光是在陶瓷研磨后為進一步提高表面精度，使用軟質彈性或粘彈性的工具和微粉磨料，使工件表面達到鏡面的光潔度。

在研磨、拋光、磨邊、倒角中會產生一定的含有瓷磚粉末、拋光劑和研磨劑的廢水，這部分水回收用于陶瓷原料加工，也會對的泥漿的流動性造成較大的影響。

2.2.4含酚廢水

這類廢水主要指煤制氣過程中產生的焦油酚水，它是熱煤氣凈化洗滌時產生的含酚廢水，由酚類、氰化物、焦油、懸浮物等有害物質組成。

近年來，隨著國家環保政策的加強，“煤改氣”政策的落實和實施，天然氣取代煤炭作為燃料逐年增加，回收水中的煤氣站廢水占比呈下降趨勢。

2.2.5脫硫廢水

也就是濕法脫硫環節產生的含硫廢水，水因吸附煙氣中的二氧化硫形成硫酸，因而該廢水呈酸性，直接外排水質不達標會對環境造成影響，所以要合理消化和利用，通常的方式是用于陶瓷原料制備，但因水呈弱酸性，對陶瓷泥漿的流動性、懸浮性、觸變性影響非常大，下面重點闡述以下脫硫廢水的情況。

我們知道煤氣中的硫絕大部分以H2S的形式存在，H2S隨煤氣燃燒后轉化成SO2，空氣中SO2含量超標會形成酸雨，危及人類的生存環境，也會對陶瓷制品質量產生影響，衡量熱煤氣潔凈度的一個重要指標就是發生爐煤氣中H2S的脫除程度。

陶瓷生產企業一般采用“雙堿法”處理脫硫廢水，該工藝綜合“石灰法”與“鈉堿法”的特點，既解決了設備內易結垢的問題，同時又具備鈉堿法吸收效率高的優點。

煙氣中SO2與水接觸溶解在其中，與水分子水合為亞硫酸：SO2+H2O→H2SO3，NaOH溶液吸收SO2生成亞硫酸鈉：NaOH+SO2→NaHSO3。

亞硫酸鈉與氫氧化鈣經過一系列反應最終生成的脫硫產物是石膏漿，具體為：CaSO3、CaSO4還有部分被氧化的Na2SO4及粉塵，由于含雜量高，一般都做廢棄處理。

處理后的水中如果SO2吸收不徹底或者亞硫酸鈉、硫酸鈣、亞硫酸鈣有殘留，利用這一部分水進行原料制備，就會影響泥漿的性質。

3回收水對陶瓷泥漿制備的產生的影響

回收水含有的 Al3+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 、 Cl-、SO42-對解膠劑的解膠能力有較強的影響，具體表現為泥漿流動性變差、易產生觸變，粘度大、水份偏高，球磨及噴霧造粒的能耗增加，顆粒級配不合理、假顆粒及微粉比例高，壓制成型后坯體致密度差、強度下降，對瓷坯質量有明顯影響。

回收水的科學處理和合理利用，對促進陶瓷產業的可持續發展，具體重要意義，同時也能推動了陶瓷化工新材料行業的技術進步。

4? 回收水的凈化處理

回收水常見的處理方式主要有以下三種：

（1）化學處理法

即利用化學藥劑之間的反應作用，降解水中的有害物質；

（2）生物處理法

主要是根據微生物的新陳代謝功能轉化廢水中的有機和無機物，使水體保持平衡；

（3）物理化學綜合處理法

物理化學法是根據物理現象，化學反應來分離或消融廢水中的殘余物。

5? 陶瓷企業常用的凈水劑及其作用

5.1凈水劑的選擇

陶瓷企業的回收水中主要的污染物是無機物、有機物、酚水等，絕大部分以懸浮狀態、膠體狀態和溶解狀態三種形態存在。

根據陶瓷企業回收水中的污染物類型和狀態，多選取物理化學綜合處理法，常用到的凈水劑有聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、堿式氯化鋁、聚丙烯酰胺、硫酸亞鐵、硫酸鋁、聚合硫酸鐵等，根據我們的了解，多數企業選擇用聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）

聚合氯化鋁是一種無機高分子混凝劑，簡稱聚鋁。

聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物或與其他單體共聚的聚合物統稱，聚丙烯酰胺是水溶性高分子中應用最廣泛的品種之一。

5.2凈水劑的作用

5.2.1聚合氯化鋁

聚合氯化鋁對水中膠體物質有強烈電中和作用，對水中懸浮物有優良的架橋吸附作用，對溶解性物質有選擇性的吸附作用。

聚合氯化鋁水溶性比較好，在溶解的過程中伴隨電化學、凝聚、吸附和沉淀等物理化學變化，絮凝體形成快而粗大、活性高、沉淀快、對高濁度水的凈化效果明顯。

5.2.2 聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物，因為其分子鏈中含有一定數量的極性基團，能通過吸附水中懸浮的固體粒子使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物。所以，它可加速懸浮液中粒子的沉降，有非常明顯的加快溶液澄清、促進過濾等效果。

6? 陶瓷企業回收水處理的方法

向污水中投入聚合氯化鋁，靠混凝劑的電中和、壓縮雙電層和吸附架橋作用，使污水中的細小懸浮物和一些大分子有機物脫穩凝聚成小“礬花”，小“礬花”相互碰撞結合成較大的絮凝體，在后續經過沉降分離。

而聚丙烯酰胺可使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，加速懸浮液中粒子的沉降，使污水達到絮凝、沉淀、澄清的效果。

也就是說聚合氯化鋁可以產生小“礬花”，而聚丙烯酰胺則可以讓小“礬花”聚集成團，快速形成絮凝體

這兩種凈水劑產品具有適用范圍較廣，適應能力強、處理效果理想、沉底速度快等特點。

雖然聚丙烯酰胺的凈水效果好，但單獨使用成本比較高昂，一般情況下聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺多采用搭配使用的方法，效果更為理想。這樣可以減少凈水劑用量，降低處理成本，增大釩花以及絮團的大小，同時達到預期的處理效果。

經過處理的污水及壓濾后的濾渣，會用到原料制備，但添加量要適宜，可以通過試驗確定。

7? 回收水處理不好對陶瓷泥漿的影響

陶瓷泥漿是粘土的微小顆粒在水中分散、并與水混合形成的半膠體懸浮液。在膠體化學中，固體的粘土、長石、石英是分散相或固相，水是介質或液相有40%以上的固體顆粒大于0.2微米的溶液，稱為半膠體或懸浮液，泥漿屬于半膠體的懸浮液。

回收水如果水質處理不徹底，對原料制備的影響，與直接使用回收水的影響效果相似，只是影響的程度不同而已。

如果處理后的水中殘留有凈水劑，利用這種回收水進行球磨加工，就會對泥漿的流動性、觸變性產生明顯的影響，凈水劑對于污水和泥漿會產生同樣的效果，其會導致部分泥漿顆粒聚集在一起，顆粒間距變小，陶瓷泥漿體系中形成絮凝結構，泥漿的粘度增大，流動性變差，出現明顯的觸變，特別是在泥漿運動速度慢或靜止狀態時，這種現象更嚴重。

8? 通過試驗驗證回收水和凈水劑對陶瓷泥漿的影響

8.1試驗的前期準備

8.1.1試驗用土樣

試驗選用廣東某陶瓷公司仿古磚坯體配方土和廣西某陶瓷公司瓷片配方土，試驗參數參照上述兩企業的漿料工藝規定，試驗用坯料的化學組成及漿料工藝參數見表2。

8.1.2試驗用土樣的預處理

根據我們長期研究、生產解膠劑的經驗，對于試驗用土樣的干燥不宜采用烘箱烘干的方式，這種方法干燥的泥料經快速球磨制的漿料，其性質和大生產有一定的差別，會使試驗結果產生偏差，建議在陽光下自然曬干。

干燥后的泥料用試驗用顎式破碎機制成粒徑10目以下的粉料，混合均勻后備用。

8.1.3試驗用水

試驗用水分別取自WM廠原料制備車間：含凈水劑處理的入球回收泥漿水① 不含凈水劑處理的入球回收泥漿水② 自來水。

8.1.4試驗用解膠劑

本次試驗由“廣東省新型陶瓷添加劑工程技術研究中心” 承擔，選用肇慶市歐陶新型材料有限公司的三種解膠劑，解膠劑的化學成分見表3.

8.1.5試驗設備儀器

見表4。

8.2 試驗過程

8.2.1水質對1#（仿古）漿料流動性的影響測試

稱取土樣200g

稱取水：100g

球磨時間：8 min

解膠劑加入量：見表5、6規定

8.2.2水質對2#（仿古）漿料流動性的影響測試

稱取土樣：200g

稱取水：100g

快速球磨時間：8min

解膠劑加入量：見表7、8規定

9? 解決漿料流動性差易產生觸變的措施

9.1未經處理的回收水不得直接用于原料制備

加強生產過程的管理，未經處理的污水嚴禁用于陶瓷原料制備，也不得私自排放，以免造成環保事件。

9.2科學使用回收水用于原料制備

9.2.1快速鑒別凈水劑殘留的方法

回收水用于大生產對漿料的影響，絕大部分是因其中殘留的凈水劑引起的，如何直觀的鑒別凈水劑有殘留，我們有一個簡單的辦法：

取一個干凈的500ml燒杯，里面放入約250ml未經處理的回收水（A），另取一個500ml燒杯，取適量的經過處理的回收水（B），然后將B倒入A，如果A中出現小“礬花”或絮狀物，則說明凈化后的水中殘留有凈水劑，這種辦法也是凈水劑廠快速檢測凈水劑是否有殘留的一個好辦法。

9.2.2消除凈水劑影響的方法

簡單的方法是采用反絮凝劑，反絮凝劑的作用機理主要是靜電斥力效應和空間位阻效應。

靜電斥力效應，是反絮凝劑分子在水中解離成大分子陰離子、并吸附在顆粒及其水化產物表面，使顆粒的ζ電位絕對值提高，顆粒間靜電斥力增大，破壞并抑制了體系中絮凝結構的形成，使體系中游離水增多。

間位阻效應又稱立體效應，主要是指分子中某些原子或基團彼此接近而引起的空間阻礙和偏離正常鍵角而引起的分子內的張力。

9.2.3反絮凝劑對利用回收水生產的陶瓷泥漿流動性的影響

在陶瓷泥漿生產制備過程中，含有絮凝劑的廢水會使得泥漿流速大，觸變差。反絮凝劑加入后，會作用在陶瓷泥漿表面，增加泥漿顆粒間的斥力，使泥漿中的游離水增多。同時，膠粒表面上的高分子長鏈張力增大，使得陶瓷泥漿中由于絮凝劑作用聚集在一起的粒子分散開來。

總之，通過添加反絮凝劑，使陶瓷泥漿中粒子間隔變大，靜電斥力增大，抵消絮凝劑在陶瓷泥漿生產制備過程中的影響。

9.3高度重視回收水的處理

大部分陶企對回收水處理的重要性認識不足，一旦出現泥漿流動性差、產生觸變的情況，首先想到的是解膠劑的問題，根據我們長期服務客戶的實踐表明，泥漿性能不好絕大部分的原因，是因為泥沙料質量波動及回收水使用不當造成的。

環保管控越嚴，陶瓷企業原料制備出現的問題越多，以前棄置不用的廢物都要常態化使用，所以回收水的處理對陶瓷企業影響重大，一要保證全部經過處理，二要科學處理，確保不出現處理不徹底或過度處理，三是回收水與自來水搭配合理使用，既要做到回收水能全部利用，又要盡可能減少回收水對泥漿的影響。

解膠劑生產企業要不斷的研究陶瓷原料制備出現的新情況，不能以不變應萬變，這樣只會坐以待斃，要有預見性，要研究高性能的解膠劑，以滿足陶瓷生產的需要。

10? 一種高適應性陶瓷泥漿解膠劑的研究和應用

10.1研制開發的意義和目標

通過一系列的試驗表明，當前陶瓷生產中遇到的泥漿解膠難的問題，絕大部分和所用原材料有很大關系，特別了廢水、廢渣的回收利用，成為陶瓷解膠的新痛點，也為陶瓷添解膠劑研究應用提出了新課題。

從生產實踐看，當下的陶瓷泥漿解膠，解膠劑產品應具備兩重功能，一是處理水，其次是泥漿解膠。

陶瓷泥漿解膠經過二十多年的發展，無論從產品還是技術都已成熟，但面對新的陶瓷發展形勢，解膠劑必須持續改型升級才能滿足泥漿解膠的新需要。研制一種高適應性陶瓷泥漿解膠劑迫在眉睫。

根據陶瓷企業必須回收使用污水制備泥漿的現狀，我們在原有產品的基礎上研制一種高適應性陶瓷泥漿解膠劑，這種產品能夠適應不同的水質，而且解膠范圍廣、解膠能力強。

10.2配方設計

采用硅酸鹽、磷酸鹽、有機分散劑等材料復配的方式，利用各組分的功效實現最終產品功能的提升。

配方研究的關鍵是各組分的配比，高性價比原材料的尋找和應用，客戶生產現場對產品使用效果的驗證。

10.3一種高適應性陶瓷泥漿解膠劑產品性能測試數據

如表10所示。

11? 結論

解膠劑是陶瓷生產不可或缺的重要添加劑，隨著常態化回收水的使用，陶瓷泥漿解膠必然會遇到許多新問題，傳統的解膠劑由于功能單一，已經不能適應泥漿解膠的新需求，基于此我們通過對回收水的來源、污染物因子，常用凈水劑品類、凈化原理，污水及凈化水對陶瓷泥漿流動性、觸變性的影響等研究和分析，探究出解決上述缺陷的方法和措施，研制一種高適應性陶瓷泥漿解膠劑，實現了回收水正常用于原料制備，解決了陶企生產的后顧之憂，為推動陶瓷解膠劑行業進步和陶瓷產業可持續發展盡綿薄之力。

實踐證明，對污水嚴格管理、科學使用凈水劑，再輔以高效廣譜的陶瓷解膠劑，就確保陶瓷原料制備的正常進行。

另外，對于凈水劑的使用，在投放前，要做到先測試后加藥，確保添加的比例要精準，減少凈水劑殘留對后期泥漿加工的影響。