利用陶瓷废渣生产绿色陶瓷产品

摘 要：本文研究了利用陶瓷废渣生产绿色陶瓷产品。在对陶瓷废渣特性识别的基础上，通过对原矿原料、半熟料废渣、熟料废渣的性能检测，确定最佳配料配方；通过采用低温快烧技术，开发使用坯体增强剂，实现了废水、废渣零排放，废气污染物大幅下降，使废渣使用比例达到80%以上，生产出性能优于GBMT4100－2006标准的绿色陶瓷产品。

关键词：陶瓷废渣；能耗；低温快烧技术；坯体增强剂；绿色陶瓷

1 引 言

传统陶瓷产品虽然创造了人类需要的物质和精神财富，但是未能充分利用资源，且消耗大量能源，产生大量排放物，造成了较为严重的环境污染。绿色陶瓷是指合理利用自然资源，在生产制作过程中无环境污染、能耗低，使用时无害于人类健康的陶瓷产品。其在生产、使用、废弃和再生循环过程中与生态环境相协调，满足最少资源和能源消耗、最小或无环境污染、最佳使用性能、最高循环再利用率，并对人类的生活无毒害[1-3]。笔者所在公司经过三年的研究，完成了高掺量使用陶瓷砖废渣等固废物的课题，不但完全消化了本公司产生的废渣，而且还吸纳了社会上的陶瓷砖废渣，实现了陶瓷废渣全循环利用生产绿色陶瓷产品。

2 研究方法

2.1识别陶瓷工业废渣的特性

目前， 在陶瓷行业中应用的工业固体废弃物主要有各种工业尾矿、废渣、废料，如煤矸石、粉煤灰、赤泥、金矿尾砂、冶金矿渣、化工废渣、玻璃废料、陶瓷废料、耐火材料废料等[4]。陶瓷生产污水处理系统沉淀物，经压滤去水后形成的污水泥，其成分与陶瓷原料非常接近，只是混入了大量杂质，难于利用；坯体废料主要是指陶瓷制品煅烧前所形成的废料，包括上釉坯体废料及无釉坯体废料，此类废料经过分类处理，拣去杂物、除铁后可直接化浆加以循环利用；烧成废料是陶瓷制品经煅烧后生成的废料（通称陶瓷废砖），主要是烧成废品和在抛光、贮存、搬运中损坏的产品，这类废料需要经过粉碎加工，通过调整生产配方，掺入少量废料进行循环利用；瓷质砖及厚釉砖等经刮平定厚、研磨抛光及磨边倒角等一系列深加工，产生大量的抛光砖废渣，由于废渣中含有氯离子，加入配方中容易造成瓷砖针孔起泡，难以利用；废釉料、水洗泥加工、泥浆过筛等二次废渣，喷雾干燥塔燃烧的水煤浆废渣等，此类废渣成分复杂，难于利用；选矿废渣、煤气站废渣，此类废渣成分复杂，也难以循环利用，一直以填埋处理。

2.2 废渣的管理和分类利用

2.2.1废渣按分类堆放、均化、加强检测、调整配料

首先控制废坯、废泥的来源稳定，通过多次抽样检测，发现废坯及废泥的化学成分和瓷质砖料相近，一般带有颜色，将颜色相近的集中堆放与陈腐，提高其可塑性并保证呈色的稳定；将废瓷砖按外观颜色分类堆放；泥浆过筛等二次废渣、水煤浆废渣经过检测，根据成分特性分类，加工成一定细度的粒子用作陶瓷坯体骨料，既降低了原材料成本，又减少因陶瓷工业废渣带来的污染，同时提高了瓷砖本身的艺术装饰效果。

2.2.2充分利用钙、镁特性，节约能耗

废渣中钙、镁含量一般比较高，在生产过程中可以充分利用其助熔特性，促进低温快速烧成，节约能耗；部分废泥陈腐时间较长，可以利用其粘性较好的特性提高坯体强度。

2.3配方研制与工艺技术参数

2.3.1原料的选用

对收集到的陶瓷废渣进行系统分类，具体分析它们的化学成分，一般陶瓷废渣的成分见表1。

配方中由于废渣含量比较多，需要适当增加泥的含量，以提高坯体强度；在烧成低温阶段适当放缓升温速度，以充分燃烧废渣中的有机物。坯料矿物配方组成见表2。

2.3.2粉料制备

对陶瓷废坯与白泥进行球磨，泥浆细度控制在250目筛余1.5%~3.0%，经喷雾干燥塔造粒；对陶瓷废砖粒进行机械粉碎，选择粒度在60~120目的颗粒；对粉煤灰、水洗泥残渣进行筛选，选择60~150目的颗粒；按配方配比计量输送至捞粒机内均匀混合捞粒，在捞粒过程中添加分散剂等添加剂，保证颗粒的均匀性；成形的工作压力控制在20~22MPa，压制周期为6~10次/min，干燥温度为140~170℃，干燥时间控制在15~25min。产品生产的工艺流程见图1。

2.3.3烧成工艺的调整

工业废渣含钙、镁等低温成分较多，对促进烧结有一定帮助，但废渣中有机物含量也相对较高，需要在低温阶段放慢烧成速度，充分排除有机物，否则会对产品质量产生影响。经过几个月的反复实验与结果测试分析，确定了烧成曲线：烧成温度1180℃，烧成周期28~35 min，烧成曲线见图2。

2.4关键技术及要点

2.4.1对难处理的固体废料进行精加工

要尽量多地利用陶瓷工业废渣，就要研究各种废渣的特性。如废坯及废泥的化学组成和瓷质砖料相近，可将其与白泥等粘性原料一起球磨陈腐；废瓷砖、泥浆过筛等二次废渣、水煤浆废渣、选矿尾渣等需加工成一定细度的粒子用作为坯体骨料。通过精加工处理后，陶瓷工业废渣的加入量可超过80%。

2.4.2采用低温快烧技术，实现废水、废渣零排放，废气污染物大幅下降

废砖等熟料废渣的烧失量几乎为零，烧成过程不象生料那样发生各种物理化学变化，热膨胀系数小，可适应快烧，节约能耗，降低产品成本。淘洗泥二次废渣、水煤浆废渣、选矿尾渣等颗粒废渣不需要经过球磨与造粒，只需水选筛选，烧成收缩小；采用捞粒工艺与骨料均匀混合，促进烧结。根据国外相关测试，在高温区降温100℃，节能高达13%，因此采用低温快烧技术节能效果显著。

2.4.3对不同废渣颗粒进行捞料，形成独特的艺术效果

对不同废渣颗粒进行捞料，形成独特的艺术效果，利用废渣颗粒的尺寸配比和颜色搭配，可以将天然的花岗岩、戈壁砂模仿得惟妙惟肖。

3 产品性能

加入80%陶瓷工业废渣的产品，其性能达到GBMT4100－2006标准，优等品率达到96％以上，具体的性能指标见表3。

4 讨 论

（1） 在回收的陶瓷废渣中，有相当一部分为硬质材料，因此提高熟料废渣的细度，是改善坯体烧结性能的重要措施，本项目选用高效率、节能、粉尘污染小的干法粉碎技术和设备，选用粉料颗粒度分选稳定的筛分设备，把陶瓷硬质废渣加工成陶瓷生产用的精制原料。对于一般坯体用的废渣，控制入球磨的粒度是10~60目；对于废渣精制原料，其颗粒度稳定地控制在狭小的范围内，且经处理后杂质和铁质含量低，保证符合工艺要求；

（2） 废砖等熟料废渣的烧失量几乎为零，烧成过程不象原矿那样发生各种物理变化和化学反应，可适应快烧，但由于其为瘠性料，会使生坯强度下降，也影响烧结强度；废砖等熟料经常混合有半熟料，半熟料废渣混有杂质，易产生斑点、熔洞，但对生坯强度有好处，烧成过程参与各种物理变化和化学反应，可弥补熟料废渣产生液相不足的弱点，有利生坯强度和烧结强度的提高。

（3） 不同吸水率的熟料废渣，以及不同成分的半熟料废渣，其烧结性能都要互相适应。因此本项目在对各类废渣均化的基础上，除了考虑化学成分满足陶瓷砖性能的要求外，选择了熟料废渣多于半熟料废渣的互补原则（该原则符合废砖回收的特点）；又考虑到熟料废渣回收种类的比例情况，选用吸水率低的废渣多于吸水率高的废渣；考虑到原矿原料对熟料废渣在烧结过程中生成玻璃相方面的补偿，加入了适量的矿化剂，以满足工业生产的需要。

（4） 废渣中的生料和熟料难于聚合，为了解决以瘠性料为主的坯料粘性和烧结活性差的问题，使尽量多的陶瓷固体废渣得到利用，我们除了采用粘性好的粘土、适当增加粘土的含量以外，还开发了新型坯体增强剂，有效解决了坯料可塑性差的问题，开发的聚丙烯酸钠坯体增强剂具有更好的增强效果。聚丙烯酸钠在干燥后,分子结构仍为长链状，可以在陶瓷颗粒之间架桥，产生交联作用而形成不规则网状结构,将陶瓷颗粒紧紧包裹，起到纤维增加坯体强度的类似作用。同时适当提高瘠性料的球磨细度，增大坯体成形压力来提高烧结活性。下一步计划通过科学调整配方和改善生产工艺，进一步提高废渣的加入量。

（5） 烧成温度与能耗的关系极大。研究表明，当烧成温度从1400℃降至1200℃时，能耗可降低50%～60%。由此可见， 降低陶瓷产品的烧成温度对于节能具有十分重要的意义[7]。本项目采用低温快烧技术，降低烧成温度20℃以上，节约能耗；采用高速烧嘴，提高气体流速，强化气体与制品之间的传热，比传统烧嘴节约燃料10%～20%[6]。生产过程不产生新的污染，实现废水、废渣零排放，废气污染物大幅下降，达到绿色环保生产要求。

由于收集的陶瓷废渣存在烧成温度、吸水率的差异，因此，需要根据陶瓷废渣的特点，寻找他们之间的共性，研制出烧成温度宽的烧成曲线。

（6） 采用新的捞料工艺，为陶瓷外墙的花色开发提供了广阔的空间。在生产中将各种颗粒按配方定量配比输送到自动捞料机里均匀混合，定点定时往机腔内喷雾（含稀释的增强液溶剂），保证混合时颗粒水分含量在7%~8%，避免在成形工序中分层开裂，过程控制比普通斑点瓷质砖以及大颗粒瓷砖的工艺要求更加细致严格，形成的装饰效果更具特色，产品质量更加稳定。

5 结语

通过利用陶瓷生产过程中产生的大量陶瓷废料、水煤浆废渣、生产加工废渣等工业废渣生产绿色环保陶瓷，产品具有独特的装饰效果，有效节约了环境资源，符合我国能源政策。生产过程不产生新的污染，符合清洁生产要求，也为工业废物的污染处理开辟了一条新的途径。

参考文献

[1] 黄宾.陶瓷行业的节能减排与绿色陶瓷的发展[J].佛山陶瓷, 2008,8:1.

[2] 邓明.中国绿色陶瓷的发展现状及其分析[J].中国陶瓷, 2006, 10:42.

[3] 同继锋.绿色建筑卫生陶瓷产品评价体系[J].中国陶瓷工业, 2009,1:30.

[4] 付鹏,刘卫东.工业固体废弃物在陶瓷工业中的应用[J].佛山陶瓷,2006,12:13.

[5] 杨辉,郭兴忠,樊先平,等.我国建筑陶瓷的发展现状及节能减排[J].中国陶瓷工业,2009,16:23

[6] 谭绍祥,谭汉杰.广东陶瓷行业节能和发展循环经济的现状问题与对策[J].陶瓷, 2004, 4: 11.

[7] 冼志勇,刘树,曾令可.陶瓷行业应对节能减排的措施[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