中国陶瓷产业与环境保护的协调性发展

中国陶瓷产业与环境保护的协调性发展综述与评述文章编号—一—中国陶瓷产业与环境保护的协调性发展王继杰李旭陕西成阳陶瓷设计研究院成阳华北电力大学环境科学与工程学院保定【摘要】详细介绍了目前中国陶瓷工业生产中的各类降耗减污技术、陶瓷工业所产生废弃物的处理技术以及陶瓷消纳其它工业废弃物的实用技术并对促进陶瓷工业实现可持续发展提出了一些建议。【关键词】陶瓷废弃物能耗清洁生产引言中国是一个陶瓷工业大国从中国陶瓷工业的现状来看大部分企业分布在城市的郊区污染面广且大多数陶瓷企业生产工艺及设备更新较慢因此企业既是原材料及各种能源的消耗大户又是所在地区工业污染物排放的重要贡献者。要实现陶瓷产业与环境保护的协调性发展就必须加大以下一些技术的推广力度。陶瓷工业生产中降耗减污的各项技术要实现陶瓷工业的可持续发展就必须从源头抓起促进陶瓷工业的清洁生产。目前国内陶瓷工业生产中降耗减污的技术主要包含以下内容。陶瓷原料制备过程中的节能降耗技术改进坯料及釉料的配方设计坯料及釉料是陶瓷工业中主要的生产原料因此在其配方设计时应优先选用环境友好型原料这对于促进陶瓷产业的清洁生产来说尤其重要。例如在配方设计中可选用无硫或低硫原料以避免烧成过程中因生成大量硫氧化物而造成环境污染在既可满足坯釉料化学组成又能够保证其工艺性能的前提下尽量不用或少用含碳素和有机物较多的原料以免烧成过程中因大量碳氧化物的产生而影响环境。如用硅辉石、透辉石、锂辉石等助熔性天然矿物原料替代碳酸盐类矿物如方解石、石灰石等…。另一方面烧成温度与能耗关系极大当烧成温度从℃降至℃时能耗可降低—。山东省硅酸盐设计研究院研制的低温瓷的成熟温度都在℃国外尚有℃成熟的硬质瓷胎的报导…。因此改进坯料及釉料的配方设计以降低陶瓷制品的烧成温度也是陶瓷工业生产中一种行之有效的节能方法。改进球磨机工艺球磨机的能耗在陶瓷工业的原料制备能耗中占很大比例因此改进球磨机的工艺对降低陶瓷原料制备收稿日期过程中的能耗具有重大的意义目前国内的主要方法有采用连续式大吨位球磨机进行细磨产量可提高倍以上、电耗仅为原来的球磨机的内衬采用橡胶衬既减小了球磨机负荷又增加了球磨机的有效容积产量提高、单位产品电耗降低以上制定合理的料、球、水的比例添加相应助剂和采用氧化铝球既可缩短球磨时间又可节电左右【引。陶瓷制品干燥过程中的节能降耗措施微波干燥技术近年来微波干燥技术在陶瓷工业中的应用也日益受到关注微波加热的特点在于它可以透人物料内部使内外同时受热干燥时间大大缩短极大地提高了生产效率另一方面微波的能源利用率高对设备及环境不加热仅对物料本身加热。运行成本比传统干燥低。华南理工大学的曾令可、邓伟强指出在相同功率下传统干燥时间是微波干燥的倍、能耗为倍而生产能力仅为微波干燥的一半【】。废热利用利用窑炉冷却带回收的干净热空气作干燥介质有可能提供干燥器的热能。干燥过程中的节能方法还有以下几种优化干燥空气的循环、超快干燥技术、红外线干燥技术等。陶瓷制品烧成过程中的降耗减污措施低温快烧技术在陶瓷生产中烧成温度越高能耗就越高。据热平衡计算若烧成温度降低℃则单位产品热耗可降低以上、烧成时间缩短、产量增加、热耗降低。因此在陶瓷行业中采用低温快烧技术可以显著增加产量、节约能耗…。合理使用烧成技术目前陶瓷的烧成技术主要分为一次烧成及二次烧成。虽然世界各国硬质精细日用白瓷多采用二次烧成即先将坯高温素烧℃再进行低温釉烧℃如日用精陶和骨灰瓷等多采用此法。但是研究表明一次烧成生坯施釉干燥后人窑经高温一次烧成制品比两次烧成更节能、综合效应更佳。同时可以解决陶瓷墙砖的后期龟裂问题延长砖的使用寿命。研究适于一次烧成的内墙釉面砖的坯、釉的组成提高陶瓷生产中一次烧成的比例能源利用效率可有显著提高。万方数据中国陶瓷年第期改进燃料结构中国陶瓷工业的传统燃料是煤不仅由于能源利用效率低而导致生产成本高而且给环境造成较大的污染。因此陶瓷工业的燃料应从烧固体燃料向烧液、气态燃料转变着重考虑使用清洁燃料。清洁燃料包括柴油、煤油、天然气、液化石油气、焦炉煤气、水煤气及发生炉冷煤气。提高窑炉技术水平窑炉的技术水平是制约陶瓷工业能耗水平的重要因素目前提高窑炉的技术水平包括许多方面如窑型向辊道窑发展采用高效、轻质保温耐火材料及新型涂料改善窑体结构窑车窑具材料轻质化采用高速烧嘴及自动控制技术。陶瓷工业产生的污染物的治理技术陶瓷工业产生的废水的处理在生产陶瓷的过程中会产生一定量的泥浆废水废水中的悬浮物主要是粒径的固体颗粒。这部分废水如果不加以回收利用不仅对环境造成了破坏而且极大地浪费了水资源。由于陶瓷工业产生的废水成分简单因此相应的处理工艺也较为简便。沈阳航空工业学院的胡经纬针对沈阳陶瓷厂的废水采用集成了变速波纹板混凝反应、纵向波纹斜板沉淀分离、自反冲过滤三种单元反应于一体的型高效陶瓷废水净水器处理陶瓷工业废水并得以回用采用一型螺旋卸料沉降离心机进行陶泥回收收到了较好的环境效益、经济效益和社会效益【。佛山科学技术学院的邝钜炽研究了壳聚糖及其衍生物用作陶瓷厂废水的混凝剂也有很好的效果【】。陶瓷工业产生的大气污染物的处理陶瓷工业造成大气污染的主要原因有原料的开采及加工运输燃料燃烧产生有害烟气色釉料制作、施釉以及各种添加剂等因素造成。由此产生的大气污染物包括、。、、粉尘、碳黑微粒等。对、。、等气态污染物可采用目前主要的脱硫脱硝等方法加以处理。如佛山市谭建文、唐灿坚、吴建勋等人采用半干式法治理陶瓷厂喷雾塔废气其技术新颖、实用具有效率高、工艺结构简单、运行成本低、处理量大、无二次污染等优点废气处理后不仅能达到国家排放标准同时也达到地方严格的环保要求取得良好的环境和经济效益具有很好的推广价值。其它的处理方法还有还原法、等离子技术、微波技术、微生物法、电化学法等各种方法。湖南建材高等专科学校的刘建军等人采用选择性催化还原法来降低陶瓷窑炉废气内的也取得了较好的成效【】。对于粉尘及碳黑等颗粒物可采用以下方法加以控制采用湿法作业处理物料可减少粉尘。如湿法轮碾、湿法球磨、湿法过筛、湿法成型、湿法修坯等。使用合理的除尘系统。陶瓷工厂中使用的除尘设备主要有过滤式袋式除尘器、旋风除尘器、洗涤式湿式除尘器等。对于原料处理和成型除尘多采用袋式除尘对于喷雾干燥塔采用旋风加湿式的复合除尘方式施釉多采用湿式除尘器。陶瓷工业产生的固体废弃物的处理陶瓷工业产生的固体废弃物不仅部分可以由陶瓷厂直接加以回收利用绝大部分可以用作其它工业生产的原料。生产建筑用砖广东佛山市先锋环保建材有限公司以陶瓷废渣为主要原料生产的环保型建筑用砖具有硬度高、承载力强、自身重量轻等特点。目前已建成条生产线每天可处理陶瓷废渣。佛山市陶瓷研究所的万冬梅、彭刚等人研究表明采用下面配方胶凝材料—陶瓷废料—辅助材料—水灰比采用浇铸振压成型自然保湿养护经广东省建材质量检测中心测试产品性能指标符合国标优等品要求【。。爱和陶陶瓷有限公司的李玉峰将废坯、废泥通过干燥、破碎过筛加工后用作仿古砖的坯料取得较好的成果【。作为水泥的生产原料由于陶瓷产品以硅酸盐矿物为主具有一定的活性因此陶瓷废渣可以作为水泥的生产原料。广东省建材研究院的的于利刚等利用陶瓷废料作为水泥的生产原料工艺为掺的陶瓷和的天然火山灰作为混合材配制普通水泥可以生产合格的高强度水泥【】。制备高强轻质陶粒武汉理工大学的王凯等利用废陶瓷为主要原料配合珍珠岩尾矿粉、赤泥等原料经过粉碎、过筛、颗粒混合配料、混合湿磨、造粒成球、干燥、预热、烘烧、冷却、成品、破碎、过筛等工序在较低温度下可烧成性能指标符合要求的陶粒引。制备轻质陶瓷材料景德镇陶瓷学院的缪松兰等人利用建筑陶瓷生产中产生的抛光渣制备轻质陶瓷材料取得了一定成效。针对抛光渣可塑性低、烧成温度偏高等问题研究人员添加了高可塑性的镁质粘土与熔剂性原料采用可塑法成型或者压制法成型烧成温度低于℃烧成时间小时左右通过优化工艺制度与调整烧成制度研制出了以闭口气孔为主无渗透性的轻质陶瓷材料。其性能为体积密度抗压强度—抗折强度耐酸性耐碱性导热系数�9�9隔音量热稳定性℃至℃水中次不裂抗冻性℃冻融循环次【。。制备多孔陶瓷由于多孔陶瓷具有良好的耐热、耐化学侵蚀性能且便于维护因此成为过滤材料发展的主要方向。近年来利用各种陶瓷废料制备多孔陶瓷受到了人们的重万方数据年第期中国陶瓷视。河南兴盛陶瓷有限公司的韩复兴利用陶瓷厂废弃的原料制备多孔陶瓷其中以土粉作填充料瓷粉作骨料粉煤灰和釉粉作发泡基础料另有发泡剂煤粉和助泡剂硼酸、硝酸钠等制得的多孔陶瓷性能优良【。制备高性能轻质玻化陶瓷金建福、钦征骑等人以废陶瓷碎片为主要原料加入适量在高温时能产生大量气体的原生矿物的混合物和无机复合矿化剂通过优化配方和工艺制得集轻质、高强、隔热、隔音、防渗、抗冻、耐化学腐蚀等特性于一身的多功能、高性能轻质玻化陶瓷并已在电力行业湿法脱硫排烟系统中得到成功的应用川。另外福建德化县三高树脂应用研究所已经成功利用废弃陶瓷粉末生产出瓷质人造石。该研究所采用废弃陶瓷粉末和高分子聚合物为主要原料根据质地和性能进行科学配方生产出的瓷质人造石具有和石板材同等的强度、光泽度和耐磨、耐腐蚀的性能同时还具有质轻、抗压和抗折强度高的特性。陶瓷工业消纳工业废弃物的各项技术各种工业废渣在陶瓷工业中的利用钢铁工业废渣玻璃陶瓷也叫微晶玻璃、微晶陶瓷是由基础玻璃经控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相共存的多晶材料【。它具有机械强度高、韧性好、耐磨损、耐酸碱腐蚀、化学稳定性好、线胀系数可调等特性而且通过组成设计还可获得特殊的光、电、磁、热、声、生物等性能因而近年来得到了较深入的研究【。湖南大学的裴立宅和肖汉宁等人以湖南涟钢的高炉渣和钢渣矿渣利用量为质量分数以上以及天然矿物为主要原料用熔融法制备得到了性能优良的—系玻璃陶瓷【。武汉理工大学的陈吉春等人以武钢程潮铁矿的低硅铁尾矿为原料根据其主要成分特点设计出一种四元体系的微晶玻璃原料经选择合理的工艺制度和晶核剂在控制条件下制取了以透辉石为主晶相的微晶玻璃也取得了一定的成果【。铬盐废渣长沙理工大学的叶昌通过在铬渣中加入一定量的添加原料在适当的温度下煅烧通过固相反应制得陶瓷高温色料然后将色料加入陶瓷坯料经高温煅烧使其致密化固化达到铬渣的解毒和综合利用的目的。粉煤灰粉煤灰是煤燃烧后的产物外观呈灰黑色。其成分由于各地所用煤的产地、煤粉的细度、燃烧的条件而不同。但国内的粉煤灰化学成分大致如下————烧失量为。从其化学组成上看除量高不宜用于生产日用瓷白瓷、白炻器外和含量达到完全可作为瓷砖坯料。河北理工大学的徐研利用粉煤灰作坯体的部分原料质量分数制备了性能较好的陶瓷制品。国外科学家最近研制成功一种粉煤灰泡沫陶瓷。这种泡沫陶瓷是以亲合性很强的火山灰、粉煤灰和无定型结晶碳粉如石墨为原料采用粉磨制料、压坯后再烧结的生产工艺制成的。经产品性能测试这种泡沫陶瓷具有良好的抗散裂性和比电阻特性表面密度在范围内抗折强度达到是一种高强度、吸音隔热、耐热冲击好的泡沫材料【。磷矿渣磷矿渣是电炉法生产黄磷时所排放的一种工业废渣其主要成分为硅酸钙。从其化学成分看与天然硅灰石相似因此有专家认为磷矿渣其实属于经℃煅烧的非晶制假硅灰石因此磷矿渣与硅灰石同样可以为瓷砖坯料提供氧化钙且不含挥发成分因此成为快速烧成面砖的理想原料。除用于坯料外磷矿渣也被用于生产低温釉的熔块原料【。近年来英国、日本、德国、美国等国家已经开始直接利用磷矿渣作为生产建筑卫生陶瓷的原料。稀土废渣成都开发中心利用稀土废弃物成功研制出稀土色料和稀土釉粉。经专家验收认为它们既能替代陶瓷生产工艺中所必需的锆英砂、氧化锌以及硼砂、纯碱等原材料又可有效缩短烧成时间同时提高产量、质量并且无污染。煤矸石青岛科技大学的朱海涛以煤矸石、石墨尾矿、废瓷砖、垃圾焚烧灰等固体废物为主要原料通过合理的颗粒级配加入适量的结合剂和烧结助剂制备出了性能优良的环保陶瓷生态砖。且固体废弃物的加入量可达【。废玻璃陈瑞军等人利用废玻璃代替部分水玻璃进行低温陶瓷坯体配方设计当陶瓷坯体配方中废玻璃与水玻璃总量为且废玻璃量为时获得性能较好且烧成温度为℃左右的低温陶瓷坯体【。其它工业废弃物国外的研究人员利用回收的废瓷粉、废玻璃粉、燃烧灰烬、废粘土、废赤泥氧化铝工业废