关键词：废弃陶瓷，潜在价值，思考
伴随着社会与经济的快速发展，陶瓷工业已成为社会经济发展中不可缺少的重要支柱产业。论文大全。然而，目前大多数陶瓷生产厂商只把降低陶瓷生产过程中的能源消耗作为企业节能降耗的首要方式，而忽视了对次品的回收和利用，因此导致废弃陶瓷日益增多。由于陶瓷制品不风化，不腐烂的特性，多数厂商采用挖坑深埋的简易方式来处理废弃陶瓷，这样不仅挤占土地资源, 还对水和土壤等环境造成了严重污染，因此，如何将零利润、零价值的废弃物品，将其资源变成高利润、高价值的陶瓷商品，已成为社会各界共同关注的问题。论文大全。
1.运用废弃陶瓷资源，铸造高新陶瓷建材
近年来,国内外着手以工业陶瓷废料为研究对象, 来发掘废弃陶瓷资源的潜在价值。由于陶瓷容重小、内部多孔, 形态、成分较均一, 具有一定的强度和坚固性, 因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性、保温、隔热、隔音、隔潮等功能特点, 已广泛应用于建筑行业。
1.1用来生产陶瓷透水砖
众所周知，现代城市的地表逐步被建筑物和混凝土等阻水材料所覆盖，被硬化的路面逐年增多。而传统的地面硬化材料主要是石材、水泥、普通陶瓷广场砖等，这些材料具有共同的特性就是不透水和不透气，造成诸多的危害，如下雨时，雨水遇到硬化地面四处横流，横流过程中雨水会带走大量的城市污染物，造成接受雨水的河流、湖泊的污染；同时由于雨水被倒入河流而流失掉，造成干旱缺水的问题，从而加大了“城市热岛效应”。
为了解决上述问题，利用陶瓷废料及内含可燃物的工业废渣，研发出一种具有透水性强、保水性好、强度高，还有降温、降噪、调节气候、消除城市“热岛效应”以及提高空气质量，保持地表水循环的多功能耐磨复合陶瓷透水砖。
1.2用来生产陶粒
在生产过程中，颗粒化废弃陶瓷容易被大多数人忽视，而它依然具有陶瓷本身的特性，如利用陶瓷厂的废料做成的轻质陶粒为主要原料,辅以造孔剂和防水剂,采用一般的成型方法研制成一种新型多孔地铁吸音材料。论文大全。通过性能测试分析,该吸音材料, 吸音频率范围宽, 吸音效果明显。
2.优化组合废弃陶瓷，艺术构建生活点滴
在提倡绿色环保，发展“低碳经济”的时代，我们巧妙地利用废弃陶瓷分割重组的特性，将陶瓷艺术栩栩如生的运用到生活中。
2.1废弃陶瓷在景观设计中运用
这是废弃陶瓷最重要的装饰手法，并且被许多艺术家采用，并在景观环境中做了大量有益的尝试，取得了非常好的景观装饰效果，比如还有将废弃陶瓷碗、碎片与建筑的结合构成了一个新的视觉形象，从而达到美化城市环境，提升城市品味的重要作用。
2.1.1 废弃陶瓷在道路铺设中的运用
2.1.2 废弃陶瓷在公共设施中的运用
公共设施主要有街边椅凳、花坛、垃圾桶等等，我们通过利用废弃陶瓷，将其黏贴在这些公共设施上，既减少了建设成本，从而又起到保护和美化公共设施的作用，进而也提升了城市的整体形象。
同样的道理，运用艺术的处理手法和特有的装饰工艺，废弃陶瓷运用范围也可以是城市建筑的局部立面、城市雕塑、城市广场等各种公共场所。
前面我们阐述了废弃陶瓷在室外环境的运用，其实废弃陶瓷在室内装饰点缀中也有着独到的妙处。
2.2.1制作陶瓷组合灯具
在现代生活装饰中，陶瓷灯具因富有美感又便于陈设，广泛运用于现代住宅、宾馆客房、办公室及会客厅内。常见的陶瓷灯具的装饰手法多是以一件具有特定造型的陈设艺术瓷作为台灯的主体，将内部有导线穿过的中空螺旋杆隐藏于陈设艺术瓷内部进行装饰。而我们现在利用废弃陶瓷来组装灯具的主体，而且在这灯具上，还可以搁置首饰、项链等小物件物品，既节约能源，还有使用性能。
2.2.2制作陶瓷饰品
3.结束语
我国是一个历史悠久的文明古国，同样也是一个陶瓷生产大国，在当今构建“低碳经济”社会的大背景下，随着我国可持续发展战略的实施, 我们对环境保护提出了更高的要求，“陶瓷”这一高能耗、高污染、高废品率的产业也日渐受到人们的广泛关注。作为世界上最大的陶瓷生产国, 我们如果将废弃陶瓷充分利用起来, 不但可以解决巨大的能源、环境危机, 而且可实现社会和经济可持续发展，进而做到陶瓷资源的循环再利用，更好的实现瓷业社会效益和经济效益最大化。瓷土本身是一种资源，同石油一样需要我们的珍惜、充分利用。
参考文献
[3]薛圣言等.论陶瓷碎片在景观设计中的运用.陶瓷科学与艺术,2007,5.
[4]侯来广等.陶瓷废料的综合利用现状.中国陶瓷工业,2005(4),08.
关键词：微孔过滤陶瓷；结构性能；应用；发展前景
1 前言
微孔陶瓷是指在陶瓷内部或表面含有大量开口或闭口微小气孔的陶瓷体，其孔径一般为微米级或亚微米级。它是一种功能型的结构陶瓷。微孔陶瓷具有吸附性、透气性、耐腐蚀性、环境相容性、生物相容性等特点，被广泛应用于各种液体、气体的过滤，以及固定生物酶载体和生物适应性载体，尤其是在环境工程上得到了大量的应用，如工业用水、生活用水的处理、污水的净化等方面。随着科技和工业化生产的发展，能源、资源、三废治理等问题更加受到重视。尤其是生物化工、精细化工、能源材料等高技术领域的迅速发展，对液、固分离技术的研究和开发提出了更高的要求。高分离精度、高运行效率的微孔过滤技术及微孔过滤材料愈来愈引起人们的重视。
2 微孔陶瓷材料引领过滤技术发展
微孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、透气阻力小、可控孔径、清洗再生方便以及耐高温、高压、耐化学介质腐蚀等特点，因此在许多领域得到广泛应用。以微孔陶瓷材料做过滤介质的陶瓷微过滤技术及陶瓷过滤装置，由于其不仅解决了高温、高压、强酸碱和化学溶剂介质等过滤难问题，而且由于本身具有过滤精度高、洁净状态好以及容易清洗、使用寿命长等特点，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到广泛应用。尤其是高温烟气处理中分离二氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫、氮气等气体必须使用过滤陶瓷。
国外多孔陶瓷材料研究开发和应用已有80余年历史，陶瓷膜产品的研制开发和应用也有近30年历史，其产品的技术和产业化、商业化程度已达到较高的水平。20世纪50年代，法国、美国等先后开发了SiC、莫来石、ZrO2、陶瓷纤维等气液过滤，微生物处理用微孔陶瓷过滤元件，主要用于化工、食品、饮料及水处理行业。20世纪70年代，日本等国家在高温气体净化、烟气除尘用多孔陶瓷过滤材料研究方面取得了较大进展，如日本旭硝子公司等生产的高温陶瓷过滤器在化铁炉等高温烟气除尘方面进行了大量推广应用。从20世纪80年代开始，国外在陶瓷膜的研究及高温陶瓷热气体净化技术方面的研究又取得较大的突破。目前，国外已有专业的多孔陶瓷材料及陶瓷膜材料生产厂家300余家，如：日本NGK和TDK、法国的CERVER、美国的Corning、乌克兰的Fairey工业陶瓷公司、芬兰奥托昆明克公司等，其中，美国过滤器公司已成为目前全球最大的无机陶瓷分离膜及设备供应商，芬兰奥托昆明克公司生产的陶瓷真空圆盘过滤机目前已在100多个国家中使用。美国Anguil环境系统公司生产的自洁式高温陶瓷过滤器采用了陶瓷过滤和催化净化技术，目前已有1600余套高温气体过滤装置在各个领域应用。
相比之下，国内在多孔陶瓷材料产业发展方面与国外先进国家相比存在明显不足，其中一方面是国内多孔陶瓷材料的发展技术不平衡；二是国内绝大多数人对多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。
近年来，在国家科技攻关政策的扶持下，尤其是在国家环保、节能政策的引导下，国内多孔陶瓷材料及膜材料技术有了较快的发展，产业化及市场化规模逐渐扩大，已在陶瓷微滤材料、高温陶瓷过滤材料及膜材料方面逐渐形成了自己的技术优势，并且在产品市场推广和产业化方面有了一定规模。在陶瓷膜材料制备技术方面也在一定程度上达到国外先进水平。多孔陶瓷材料由于受产品制造水平及应用技术的限制，目前在国内过滤分离领域所占的市场份额较小，产品的产业化水平普遍较低。但可以预言，随着国内化工形式好转，能源和环保产业政策的扶持以及国外同行业技术的不断发展和应用市场的不断扩大，多孔陶瓷材料产业在国内将会迎来更好的发展前景。
3 微孔过滤陶瓷材料的产品结构及性能特点
微孔陶瓷过滤介质的孔隙结构属蜂窝型结构，液流在内部流动属三维流动，在同样厚度，同样堵塞条件下阻力增加较慢；而滤布的孔隙结构属平行管束型，内部属一维流动，阻力增加较快。微孔介质重量轻，机械强度较强，再加工性能好（车、刨、锯、焊等），不易损坏，安装、检修与维护方便，这是烧结陶瓷与烧结金属等介质不能比拟的。陶瓷过滤材料的主要产品包括各种规格的微孔陶瓷过滤元件和微孔陶瓷过滤器、高性能陶瓷膜过滤元件及陶瓷膜过滤装置、高温气体净化除尘用高温陶瓷过滤材料及高温陶瓷除尘器、高温熔体过滤用泡沫陶瓷过滤元件以及陶瓷净水器、陶瓷曝气器、陶瓷消声器、各种陶瓷电解隔膜等。本文主要介绍微孔过滤器、微孔陶瓷过滤管和陶瓷滤芯。
微孔过滤器内机械部件少，结构也较简单，一般为直立安装，占地面积少，长期接触化学物料与粘细物料后也不易损坏。微孔PE或PA为基础的精密微孔过滤器不仅可适用含固量极少的澄清过滤，也适用于含固量多，能形成滤渣层的“滤渣过滤”，过滤精度高，耐化学腐蚀性能优越。滤渣剥离较完全，排渣迅速，再生效果好，与其他过滤技术相比，方法简单是本技术最显著的优点。
微孔陶瓷过滤管由无数均匀的微孔组成，当流体从这些微小孔洞通过时，悬浮物质，胶体颗粒，大分子有机物被截留在过滤介质表面，达到机械筛滤净化或扩散、流态化等功效。微孔陶瓷过滤管具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高、无有害物溶出，不会产生二次污染，在流体压力作用下，微孔不变形，易清洗再生，使用寿命长等特点，可替代棉布、丝织物、塑料、金属网、石棉絮等滤料。沉淀+微孔陶瓷过滤新工艺，设计新颖，建设简易，经济实用，采用此工艺处理的150余家中小型电厂锅炉和工业锅炉，生活锅炉除尘冲渣废水、悬浮物去除率达到91%～97%以上，COD去除率达到89%～95%以上，出口悬浮物浓度一般在10～50 mg范围之内，水质清澈透明，全部达到一级排放标准，实现了闭路循环利用和零排放。
微孔陶瓷滤芯，其配料重量百分组成为：硅藻土 50%～75%、多功能健康陶瓷材料8%～20%、消失物5%～10%、粘结剂5%～15%、纯碱1.5%～5%。经配料、混料、成型后在600～1300 ℃温度下煅烧制而成。陶瓷滤芯内部微细孔发达，可用于净水器，出水量往往能达到3～5 L/min。其采用硅藻土烧结，质地松脆酥散，软硬适中，脏后只需用砂布轻轻打磨就能把表层的硅藻土连同表面的脏物质一起打磨掉，如同新的一样。近年来，社会上充斥着大量各种劣质净水器，用低劣品质的普通砂芯冒充真正的陶瓷滤芯欺骗顾客。砂芯烧结所用的材料不是真正的硅藻土，而是细微坚硬的砂石，无法进行正常的清洗。而且砂芯往往技术不过关，孔径大小千差万别，甚至连最起码的粗过滤要求都达不到。
4 微孔过滤陶瓷材料的应用范围及市场领域
微孔陶瓷过滤管广泛用于石油、化工、冶金、热电、水泥、医药、造纸等工业企业的环境保护“三废”治理中的固液分离、气液分离、粉料输送、油水分离、酿酒业分离、空气过滤、循环水过滤等装置中，特别适用于锅炉除尘废水和冲渣水的过滤。
微孔过滤陶瓷材料在环保领域用于废水处理中悬浮物的过滤，化学混凝后的污泥、絮凝体的过滤、污泥干化脱水；锅炉湿法除尘废水中悬浮物的过滤处理（可实现闭路循环）；离子交换法、电解法、活性炭吸附法处理废水的预处理；含油废水的油水分离处理；气浮法与蒸发浓缩的终端污泥过滤处理；放射性废物燃（焚）烧排气过滤，垃圾填埋场做渗滤垫层、多孔集气。废水渗入暗沟流入集水池集中处理，可防止二次污染或用于绿地、花坛排溃、排盐；用于气体过滤，滤除气体中的尘埃颗粒物和金属挥发物；用于重金属无机物的过滤，如：铬、铜、镍、锌等废水的过滤和电解槽母液的过滤处理等。
微孔过滤陶瓷材料在工业领域中可用于四环素生产中的晶体过滤；化工双氧水生产中的水质过滤；感光胶片生产中的杂质过滤；立德粉生产中的硫化锌过滤；各种结晶物的过滤；天然气过滤；压缩空气灰尘过滤；二氧化碳气体滤除粉尘；汽油或柴油发动机燃料的过滤，以及各种有机溶液；状态物质和液体金属杂质，如：铅、锡、水银、硫磺、石蜡等的过滤；各种酒、饮料、葡萄糖和盐水过滤。同时，还可作为催化剂载体等。
制药及食品行业常涉及活性炭进行脱色过滤及催化剂过滤问题。由于这些介质过滤通常要求过滤精度比较高，又常涉及到高温和腐蚀性溶液等，采用传统的袋式过滤器或离心过滤机一般很难达到好的去除效果或根本无法使用。使用微孔陶瓷或陶瓷膜过滤器则可很容易解决这个问题。它不但可以提高滤液质量，而且滤芯清洗再生效果好，可长时间连续使用。
无菌空气及压缩气体净化采用微孔陶瓷过滤器进行空气的无菌处理具有洁净状态好、滤速高、再生周期长、可高温消毒杀菌等特点，在制药、啤酒行业发酵用无菌空气制备方面具有很好的应用前景。因此，采用微孔陶瓷过滤器代替价格昂贵的金属过滤器用于食品、酿造及制药行业发酵无菌空气的制备是完全可行的。另外，陶瓷过滤器用于高压压缩气体的净化，用于除油、除杂质，在国内也得到推广应用。其次，陶瓷过滤器在高压高温蒸气净化方面也有较大的应用市场。
5 微孔过滤陶瓷材料的典型应用实例
（1） 微孔过滤陶瓷在工业废水处理中的应用
在我国的燃煤锅炉灰渣系统水力冲渣废水处理，通常采用脱水仓+浓缩池或捞渣机+浓缩池的方式进行，处理效果不稳定且运行费用较高，难以达到水的循环利用或达标排放的要求。微孔陶瓷过滤板在工业废水处理中的应用，采用“沉淀+微孔陶瓷过滤板”处理燃煤锅炉废水，与上述传统处理技术相比较，具有占地面积小、处理效果好、流程简单、运行维护费用低等优点。目前国内已有百多家燃煤锅炉采用“沉淀+微孔陶瓷过滤板”处理灰渣系统溢流废水，均能达到节能减排的效果。微孔陶瓷过滤板采用氧化铝、碳化硅、陶瓷颗粒、精制石英等为骨料，加用粘结剂和成孔剂压制成型，经1050～1350 ℃高温烧结而成。产品由许多大小分布均匀，且相互边贯的桥拱状开口微孔组成。当流体从微孔通过时，悬浮物质、胶体颗粒、大分子有机物被截留在微孔陶瓷过滤板的表面。
微孔陶瓷过滤板的微孔孔径仅设30～100 μm，而废水中悬浮物粒径仅有60%～75%大于其孔径，但微孔陶瓷过滤板却能有效截留废水中90%～97%的悬浮物，这是由于锅炉废水中的悬浮物是硬性颗粒。实践证明，在过滤液体时，微孔陶瓷过滤板能够收集直径为最小孔径1/10以上的硬性颗粒，即使颗粒小于微孔陶瓷过滤板的最小孔径，但由于微孔陶瓷过滤板内部气孔是桥拱状且相互连通，这部分颗粒也完全能够截留或通过，不易在微孔陶瓷过滤板内部形成堵塞现象。而且在过滤初期，仅有微孔陶瓷过滤板是主要过滤介质，但随过滤时间的延长，堆埋的过滤板表面的灰渣层增厚，形成自滤层或掉入集灰沟内，使出水水质越来越好。随着过滤不断进行，自滤层厚度逐渐增加，阻力增大，过滤池液面逐渐上升达到恒定值。当滤池水位超过恒定值，水位逐渐上升超过限高时，说明滤池积灰过多，阻力过大，应尽快清灰还原。因此，微孔陶瓷过滤板和灰渣层一起共同组成的过滤层能有效截留废水中大部分悬浮物。即使过滤池进水浓度过高，但是由于微孔陶瓷过滤板的特性和自滤层的共同作用，对微孔陶瓷过滤板的出水水质不会产生影响，但是，进水浓度过高必然导致过滤池负荷增大，清灰还原周期也要大大缩短，不利于微孔陶瓷过滤池的长期稳定运行。
（2）微孔过滤在化工生产中的应用
微孔过滤在化工生产当中应用相当广泛，化工生产中固液分离现象多，用传统的分离技术效果不好，容易带入机械渣滓等，用微孔过滤可以提高产品品质，操作简单，劳动强度小。 据报道，某公司投产了联产法 3 000 t/年三聚氰胺装置，现生产一切正常，最高班产达 4.7 t， 经济效益显著。在三聚氰胺精制工段采用了较先进的陶瓷膜过滤技术，这在同类型装置中还是首次使用。实践证明：使用效果良好优于传统的布过滤技术。陶瓷膜过滤器外壳为碳钢，内芯为不锈钢框装配陶瓷膜过滤管。陶瓷膜过滤器工作时，被过滤的三聚氰胺母液从进液口进入，在系统压力作用下，母液通过陶瓷膜过滤管，被过滤出来的清液从各收集口流出，完成过滤过程。而液体中的微细悬浮物、杂质、油类物则截留在陶瓷膜过滤管外表面，当工作到一定周期，陶瓷膜过滤管所截留的微细悬浮物达到一定厚度时，压力差会增大，这时应停机调换过滤器排净余液，用温水或蒸汽冷凝液反冲洗陶瓷膜过滤管，三聚氰胺滤渣从排渣口排出，完成再生过程等待下次继续使用。由于物理方法，过滤溶液中各种有效成份不会改变，过滤器截留效果好，滤出清液清亮透明。三聚氰胺纯度可达99.9%以上，浊度、色度可降至20o以下，灰分和水分也很低。目前产品全部是优等品。由于产品质量有保证，所以价格优，经济效益可观。
（3） 微孔过滤与传统布过滤的对比
与传统的布过滤设备相比，同容积的陶瓷膜过滤器的处理能力是布过滤器的1.5倍，这样就可大大节约设备布局空间，同时也为今后扩大生产规模提供了有利条件。该设备再生不需蒸汽煮，只需用三聚氰胺工段所收集的蒸汽冷凝液分组反冲洗，即能有效反冲洗掉陶瓷膜过滤管上所附着的滤渣和油物。传统的布过滤设备复杂，此设备则减少了一些烦琐的阀门和管线，操作起来非常简单，工效大大提高。传统的布过滤器易积渣、易堵，从而使过滤压力增大，必须定期抽芯清洗、更换过滤布，这一工作量相当大，维修工很辛苦。布的用量也很大，导致运行成本增高。目前的陶瓷膜管耐酸、耐碱、耐高温、耐高压、耐各种有机物，使用寿命长，只要定期用热水反洗，即可不需抽芯，不需更换陶瓷膜过滤管，不需要蒸汽。陶瓷膜过滤管采用柱式装配方式，反冲洗前余液能排干净，不会浪费余液。操作弹性大；适应温度：-20～600 ℃，适应工作压力：0.06～1.00 MPa；适应反冲压力：0.10～0.35 MPa。一般压差不超过 0.2 MPa ，当过滤压差较大时，应停机反冲洗。为了能使滤饼不板结并且达到较好的反冲洗效果，陶瓷膜过滤器停机时应及时排净余液并反冲洗干净，冲洗压力应小于 0.35 MPa，以防超压冲破陶瓷膜过滤管，装配陶瓷膜过滤管时要仔细，特别要装正橡胶垫以防三聚氰胺母液侧漏影响产品质量。
6 微孔过滤陶瓷材料的发展方向
现有的多孔陶瓷材料功能单一，尤其用做过滤材料的多孔陶瓷材料，其过滤机理基本以物理过滤为主，今后若能采用陶瓷材料复合技术或嫁接技术制备一些多功能性陶瓷材料，如采用纳米抗菌功能材料与微孔制备技术结合，研发出具有抗菌和净化功能的微孔陶瓷材料；采用陶瓷―金属复合技术，制备具有选择吸收、催化功能的多孔陶瓷材料；采用无机和有机材料复合技术制备其它一些电传导膜、生物反应膜等，这对扩大多孔陶瓷材料的应用范围有重要意义。国内从事多孔陶瓷材料研究工作者大多数只注重于材料本身性能的研究，而缺乏对材料应用性能的研究。事实上，多孔陶瓷的应用技术，包括过滤技术、材料的清洗再生技术、过滤系统的优化等是一门很深的学问，多孔陶瓷材料推广应用一方面取决于材料本身优良的性能，而另一方面更大程度取决于材料应用技术水平的提高。因此，要提高我国多孔陶瓷材料的产业化水平，就必须加强材料应用性能的研究，建立相应的应用研究平台，并加强企业之间的技术交流与自律。结合目前国内多孔陶瓷材料发展实际状况和需求，重点开发陶瓷微过滤材料、陶瓷膜过滤材料、高温气体过滤材料及高温气体催化分离材料及装备技术，以满足目前国内能源、化工、环保和水处理行业的需要，提高国内的过滤与分离技术水平。
关键词：低温快烧；抛光废渣；釉饰陶瓷砖
1 前言
改革开放以来，随着经济和建筑业的快速增长，以及人民生活水平的不断提高，我国建陶工业得到了迅猛的发展，陶瓷砖产量已连续多年位居世界第一。2014年，我国陶瓷砖生产线共3621条（不含西瓦），年产能高达1396116万m2，其中抛光砖生产线占全国瓷砖总产量超过35%，产量之大，位居陶瓷砖产品之首。[1]
按每年生产产能40亿m2计算，我国陶瓷行业每年抛光砖废料（包括抛光废干渣和废水）年排量超过1200万t；其他产品，如瓷质仿古砖磨边，以及微晶石和全抛釉砖加工过程都会形成一定的抛光及磨边废渣。按2010年官方公布的我国建筑陶统计数据估算，目前我国建筑陶瓷工业每年消耗的天然矿物资源约2.0亿t，而每年排放的陶瓷废料量却高达1800万t，约占原矿物资源使用量的10%[2]。其中绝大多数废料采取填埋方式处理，不仅大量占用土地，而且对周边水、空气和土壤等生态环境造成一定的影响；另一方面，随着抛光砖生产线的日益增加，对天然矿物资源的需求日益增长，也导致泥沙石等天然资源价格不断上涨，企业的生产成本大大提高。因此，如何将这些废料加工处理或再利用，已成为政府及陶瓷生产企业共同关注的问题。
本文从实际出发，分析研究釉饰陶瓷砖坯体配方中不同掺入量抛光废渣随烧成温度的变化，其吸水率、体积密度、烧成收缩、抗折强度等指标之间的对应关系，从而找到一种新的低吸水率地砖坯体配方及工艺，能够尽量减少或克服高掺量抛光废料中SiC等成份在烧成时的不利影响。
2 国内外陶瓷废渣利用的技术发展现状及存在问题
近二十年来，许多陶瓷企业、科研院校等开展了一系列相关陶瓷废物资源化利用的项目研究开发，对陶瓷废渣特别是抛光废渣回收综合利用技术进行了富有成效的研究，取得了一定的成绩，有相关专利和论文报导。但总体上看目前各种方案都存在一些局限性，影响了成果的产业化推广应用，其原因主要包括：
（1） 陶瓷废渣中通常含有1.0wt%～4.0wt%左右的SiC（来源于抛光磨料）以及2.0wt%～6.0wt%左右的MgO、MgCl2（来源于氯氧镁水泥粘结剂）等杂质，这些废料作为陶瓷原料循环再利用时，在高温烧成中会引起陶瓷严重发泡、变形，这是长期以来困扰陶瓷工业实现清洁生产的关键性科学技术难题。[3]
（2） 由于抛光废渣的成份波动较大，即对不同的抛光废渣进行回收利用时，需要不断调整配方，且配方的适应性较窄，给陶瓷抛光废渣的利用带来了较大的技术难题。
（3） 抛光废渣作水泥生产的原料，或免烧型广场、道路砖的填充物，由于处理费用成本高或最终产品性能不佳，也导致很难真正推广。[4]
（4） 现有在陶瓷砖中的应用主要集中在利用其作为发泡剂制备多孔陶瓷和轻质、隔音、保温等产品，主要存在的问题为易变形、强度低等。同时，这些产品的应用面比较窄，市场销量不大，未能大量消纳抛光废渣[5]。抛光废渣成份的特殊性使其掺入量普遍不到30%，因此，不能有效大量地消化行业多年来累积的抛光废渣。
（5） 现有技术也有介绍高掺量抛光渣在瓷质外墙砖和超大规格陶瓷砖、仿古砖中的应用，其共同的过程特点都是烧成温度超过1180 ℃，也有相关制约发泡变形的一些措施，但始终受制于成本等诸多因素无法实现掺入量和烧成温度的更大突破。[6]
3 实验内容
瓷砖中引入大量配比的抛光废渣，这过程无可避免会引入较大量碳化硅，为了达到利用抛光废渣目的，需要扼制其高温发泡。因此，有必要进一步分析研究坯体配方中不同掺入量抛光废渣随烧成温度的变化，其吸水率、体积密度、烧成收缩等指标之间的对应关系。
本研究具体是以Norrsi的方法为标准，研究不同废渣掺入量的试样在不同温度烧成中收缩率、吸水率、体积密度的变化情况。如图1所示，吸水率为零时的温度Tv为瓷化温度，瓷化温度Tv在体积密度曲线上的交点a与b间的温度区域为烧成范围Tw[7]。
3.1 实验过程
为更好地对比常规1200 ℃烧成配方与不同掺入量抛光渣坯体之间的性能关系，本实验设计了5组配方，在统一球磨细度范围内造粒制粉；采用手动压力机压制成直径为80 mm的试样，在梯度炉中按不同最高温度进行烧成，保温时间统一为10 min；试样烧成后分别测出其吸水率、收缩率、体积密度等数据，并绘制成相应曲线进行分析。
3.2 实验仪器及设备
本实验所采用的仪器及设备如表1所示。
3.3 实验表征
本实验主要对产品的吸水率、 收缩率、体积密度、粒度等方面的性能进行表征。
4 结果分析与讨论
4.1 不同抛光渣掺入量下烧成温度对陶瓷砖坯性能的影响
图2为不同抛光渣掺入量下烧成温度对陶瓷砖坯吸水率、体积密度、烧成收缩率的影响。
从图2中可以得出如下结果：
（1） 抛光渣的加入可以使配方固液相反应提前进行，随着废渣掺入量的不断增加，配方的瓷化温度逐渐降低，体积密度和收缩率曲线弧度普遍变化较大，这说明在烧成温度范围内液相增加速率加快，总体烧成范围有所缩小，常规配方瓷化温度范围接近40 ℃，而50%废渣成瓷温度大概是40 ℃，100%废渣瓷化温度接近30 ℃左右。抛光废渣的加入量为35%时对应的瓷化温度大概为1140 ℃；50%对应瓷化温度大概为1120 ℃；70%废渣对应瓷化温度大概为1080 ℃。
（2） 每个配方的最大收缩率与体积密度成较好的对应关系；而加入废渣后瓷化温度比体积密度最大对应点温度有漂移现象，普遍高30℃，这说明加入抛光砖废渣后与常规配方相比，固液相烧结反应提前已经进行完毕。
（3） 在此系统成型压力下，随着抛光砖废渣掺入量的增加，坯体收缩明显加大，100%废渣的收缩率最大可以达到15%以上，常规坯体收缩率为10.5%左右，而35%～70%加入量的收缩在10.5%～11.8%之间，这说明粘土的加入可以增加配方中Al2O3总量，起到减少收缩率的作用。
（4） 随着抛光砖废渣加入，体积密度曲线在瓷化温度点温度后成较急速下降趋势，废渣的加入配比越大，其曲线越陡，说明发泡影响不断加剧，但在1120 ℃以前，70%加入量的体积密度仍然可以达到2.0 g/cm3，这一定程度说明此温度以上抛光废渣SiC的发泡作用才比较明显，这个结果与华南理工大学的研究结论[8]是比较吻合。
（5） 考虑到与收缩率的对应关系，需考虑通过其它工艺手段如增加压力同时调整放大细度进一步使瓷化温度提前进行，减少收缩，尽量减少抛光砖废渣中SiC的发泡的影响。
4.2 坯釉配方与工艺确定
4.2.1配方确定
考虑到瓷质/炻瓷质釉饰砖的产业化要求，为进一步改善高掺量配方的烧成温度范围，根据以上研究结论设定系统目标温度为1080～1100 ℃左右，产品吸水率控制在3%之内，抛光废渣的总体加入量控制为45%～55%之间，使产品达到国标要求。
中试配方每次投料量超过2 t，经小型喷雾干燥塔造粒，压机冲压后，在小型试验辊道电窑进行模拟烧成，并绘制烧成温度与产品吸水率、收缩率曲线如图3所示。
从图3中得出，当吸水率小于3%时，其烧成温度范围大概为1070～1110 ℃，体积密度大于2.27 g/cm3，可以采用辊道窑进行快速烧成。
低温快烧成品和常规瓷质砖成品的扫描电镜如图4所示。左上为低温瓷质砖表面，右上为低温瓷质砖断面，左下为常规瓷质砖表面，右下为常规瓷质砖断面。
从图4中看出，两种成品的表面和断面效果接近，孔隙率基本一样，低温坯体也能完全瓷化。
4.2.2坯釉的匹配问题
由于底釉和面釉的性质不同，可以在升温过程中实现快速排出大量气泡，同时又能在高温阶段将少量气泡封闭在底釉的效果，这就要求坯釉性能相匹配。底釉要求成熟温度高、高温透气性能好、遮盖能力强，有利于排出坯体中的气体和掩盖坯体本色；面釉要求始熔温度高、高温熔融性能良好，将高温时坯体产生的气体控制在底釉层，使面釉表面拥有良好的平整度，以及无吸污、橘皮现象。同时，要求坯体、化妆土、面釉膨胀系数与烧成制度匹配，从而确保砖型平整，保证产品质量。
5 结论
通过上述分析和实际研究，抛光渣在坯体中的应用主要有以下几个方面：
（1） 对于辊道窑的快速烧成而言，发泡比较剧烈的温度大概在1150 ℃左右。低温快速烧成系统温度在低于1120 ℃时，抛光废渣中SiC的发泡影响较小。
（2） 废渣在配方中的发泡跟烧成温度没有直接的必然关系，主要是在烧成过程产生的液相组织，只要量足够多就会穿透SiC的保护层，从而引起发泡反应，不管配方中的废渣加入量多少，如果液相反应足够多和时间够长，都会发生反膨胀。因此，低温瓷质配方的烧成时间越短对于避免发泡越有好处。
（3） 配方Al2O3含量的提升有利于烧成范围的扩宽和减少收缩，可以通过增加粘土总量或者引入适当的煅烧铝钒土或者325目α-Al2O3。
（4） 在抛光废渣发泡下限温度下掺入超过50%的抛光砖废渣，在1080～1100 ℃中实现吸水率低于3%的釉饰陶瓷砖低温快速烧成产业化应用，产品最终在符合国家标准GB/T 2006-4100附录H的要求基础上达到更高的抗折强度；
（5） 高掺量抛光渣在釉饰陶瓷砖中的产业化应用将陶瓷废渣循环利用技术提高到一个新水平，使陶瓷废料得到多渠道大规模资源化利用，既可降低抛光砖企业抛光废料的排放压力，又可减少对天然矿物资源的消耗和长距离运输带来的生产成本的提高，实现陶瓷废料的减量化、无害化和资源化；高掺量抛光渣废料的使用大大减少了球磨时间，降低了陶瓷砖烧成温度，缩短了烧成时间，生产中多个环节降低生产成本，提升了釉饰陶瓷砖的综合竞争力。
参考文献
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论文摘要：闽清建陶业煤气发生炉产生的含酚废水流入梅溪，导致梅溪流域地表水的挥发酚严重超标，提出要综合循环利用含酚废水，将建陶业的煤气发生炉产生的含酚废水掺入球磨进入生产利用，多余的含酚废水收集后采用电解催化氧化法进行处理，使整个煤气发生炉产生的含酚废水达标排放或零排放，从而控制了污染的源头。
一、概述
根据酚类能否与水蒸气一起蒸出，可分为挥发酚和不挥发酚。通常认为沸点在230℃以下的为挥发酚，而沸点在230℃以上的为不挥发酚。挥发酚类的毒性较不挥发酚类强得多。
挥发酚类为细胞原浆毒，其毒性作用是与细胞原浆中蛋白质发生化学反应，形成变性蛋白质，使细胞失去活性，属高毒物质。它所引起的病理变化主要取决于毒物的浓度，低浓度时可使细胞变性，高浓度时使蛋白质凝固，低浓度对局部损害虽不如高浓度严重，但低浓度时由于其渗透力强，可向深部组织渗透，因而后果更加严重。长期饮用被酚污染的水，可引起头昏、骚痒、贫血、及神经系统障碍。
根据感官性状和一般化学标准的要求，我国《生活饮用水卫生标准》中规定，挥发酚值不超过0.002mg/l；《地表水环境质量标准》规定，ⅲ类水质的挥发酚不超过0.005mg/l；《污水综合排放标准》中规定，任何排污单位不应超过0.5mg/l；福建省水质监测技术规范中明确要求，挥发酚项目作为饮用水源水质每期必测的项目。由此可见，水中挥发酚的含量在生活中具有重大的意义。
二、建陶业中含酚废水的特点
水中酚类的主要来源是 工业 污染物，如炼油、炼焦、煤气洗涤、造纸等行业的废水。闽清建陶业的含酚废水来源于热值能源供应车间的煤气发生炉。
建陶 企业 为了在烧结过程中能获得较高且均匀的炉温，降低成本，都使用煤气发生炉产气燃烧。根据炉子结构不同，煤气发生炉可分单段式和双段式两种，单段式煤气发生炉产生的含酚废水较双段式煤气发生炉多，且含酚浓度高，造成的环境影响大。双段式煤气发生炉是设计烧烟煤的煤气发生炉：这种煤气炉具有能耗低，煤气热值高，气质稳定的特点；产生的酚水量每个煤气发生炉约3-5吨/天，可以采取分量加入球磨使用，并通过进入干燥塔消除，完全可以不外排；但双段式煤气发生炉造价较高，一般为单段式的1.5倍。单段式煤气发生炉原设计使用燃料为无烟煤，但因使用无烟煤制煤气，产生的煤气热值低、造价较低，因此许多陶瓷企业为了增加瓷砖产量，降低投资成本，纷纷改用烟煤直接入炉制气。这种工艺流程制气可以达到煤气热值高的效果，但由于出炉时带焦油的煤气数量多、温度高，而电捕焦的正常工作温度为≤150℃，其煤气必须经过双竖管水洗降温后才能工作，这样煤气炉的水经过与煤气直接洗涤就和酚水混合，所以含酚废水量就增多，因此只能通过外排来解决。
建陶业的煤气发生炉产生的含酚废水，其浓度在300-1000 mg/l之间，回收价值低，而建设的蓄污池简陋，易产生突发性污染事故，因此，必须有效地控制其排放浓度，综合循环利用所产生的含酚废水。
三、含酚废水对梅溪流域地表水产生的影响
在闽清未引入煤气发生炉之前，梅溪流域地表水的挥发酚均为未检出，自从2005年下半年，多家煤气站的完工、投入使用，且没有污水处理设施，直接排放，使当年11月份省控梅溪口断面，县控田中断面等出现检出，并超标。2006年1月随着溪水的流量锐减，含酚废水对梅溪的影响达到顶峰，地表水的挥发酚检出值最高。如下表。
表1 梅溪流域各支流断面监测数据表 单位：mg/l
监测时间
六角断面
田中断面
小园断面
潭口断面
梅1断面
2005.11.2.
0.008
0.014
<0.002
0.006
0.007
2005.12.8.
0.023
0.035
<0.002
0.019
0.015
2006.1.6.
0.140
0.595
0.006
0.089
0.034
2006.2.18.
0.321
0.075
<0.002
0.056
0.033
2006.3.6.
0.287
0.179
0.006
0.055
0.027
2006.4.6.
0.107
0.126
<0.002
0.031
0.007
2006.5.8.
<0.002
<0.002
<0.002
<0.002
<0.002
2006.6.4.
<0.002
<0.002
<0.002
<0.002
<0.002
控制支流
玉演溪
芝溪
金沙溪
入城断面
入闽江断面
从表1可以看出，2006年1月份控制芝溪流域水质的田中断面超标最严重，浓度值达0.595mg/l，超标119倍，其主要原因是上游建陶业比较集中，治理和综合利用较缓，产生、排放的含酚废水量大，因此在枯水期溪水流量小的情况下，导致挥发酚超标现象更为突出。控制玉演溪的六角断面上游陶瓷企业相对较少，但距最近的一家建陶业不足200米，产生的影响较直接。同样，省控的梅溪口断面，纳入了所有上游建陶企业含酚废水，虽然水体能自净一部份，但更主要的原因是梅城的几家陶瓷企业，尤其距最近一家建陶企业的排污口不足500米，它们都直接地影响该断面的水质，使该期的挥发酚浓度高达0.034mg/l。
在梅溪流域发现挥发酚检出后，县政府、环保局不断加大对陶瓷行业的管理力度，要求建陶企业签订“陶瓷环保责任书”，对于不履行责任书的企业将给予相应的处罚。且多次到佛山市的陶瓷企业进行参观考察，借鉴其先进的污水防治措施，结合闽清建陶行业的特点，制定一套较为 科学 可行的措施。主要从源头、过程与循环利用三个方面进行控制。使每个企业的含酚废水基本上达到达标排放或零排放，从地表水断面监测数据也可以显示出，从2006年5月以后的监测数据中梅溪各支流断面均未检出。
四、含酚废水的综合利用
建陶业煤气发生炉的含酚废水其成分比较复杂，属于难处理的工业废水之一，其产生的废水必须严格控制排放，并回收利用或经处理后达标排放。目前，煤气站含酚废水的处理途经主要有两条，一是改进煤气生产工艺，改单段炉为双段炉，既能减少含酚废水的产生量，又能降低含酚废水的浓度，或循环用水以减少废水量，并提高废水中含酚浓度，便于回收。二是回收利用和选用适当的废水处理方法，常见的处理方法有：萃取、吸附、蒸气吹脱、离子交换、化学沉淀、化学氧化、生化处理等。一般说来，含酚浓度在1000 mg/l以上的废水应先考虑酚的回收，再加破坏处理，以达无害排放，含酚浓度低于此浓度以下，则要无害化处理。
根据闽清建陶企业的具体情况，采用综合循环利用的办法，即用较高浓度的含酚废水分量掺入球磨，进入生产使用，多余部分采用电解催化氧化（氧化絮凝复合床）法，即用中山大学环境工程有限公司自行设计的，采用氧化絮凝复合床（oxido-floculation reactor，简称ofr）污水处理设备，根据废水中需要去除的污染物的种类和性质，在两个主电极之间充填高效、无毒而廉价的颗粒状专用材料、催化剂及一些辅助剂，组成去除某一类污染物复合填充材料作为粒子电极。将这些材料装填于结构为方型或圆型的复合装置，在一定的操作条件下，装置内便会产生一定数量的具极强氧化性能的羟基自由基（-oh）和新生态的混凝剂。这样废水中的污染物便会发生诸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用，使废水中的有机污染物迅速被去除。再经沉淀池沉淀，最后经过砂滤、碳滤等过滤，收集未能沉淀或气浮的微小悬浮物，最后达标排放。
污水处理系统由集水池、隔油池、调节池、电解槽、混凝沉淀池、abr厌氧池、好氧池（接触氧化池）、二沉池、砂滤池、碳滤池、清水池及污泥浓缩池等组成。
电解催化氧化（氧化絮凝复合床）工艺特点：从三维电极的基本原理出发，巧妙配以催化氧化技术，构成一种新的很具特色的氧化絮凝复合床水处理技术。这种充分利用一些已有的原理和技术进行“巧妙的组合”达到1+1>2的目的，以求获得更佳效果的方法，也是当前学术和工业领域的新思想。这种新技术是根据水中需要去除污染物的种类和性质，在两个主电极之间充填高效、无毒而廉价的颗粒状专用材料、催化剂（或催化手段）及一些辅助剂、组成去除某种或某一类有机或无机污染物最佳复合填充材料作为粒子电极，将它们置于结构为方型或圆型的复合床内，当需要处理的废水流经氧化絮凝复合床装置时，在一定的操作条件下，装置内便会产生一定数量的羟基自由基和新生态的混凝剂。这样废水中的污染物便会产生诸如催化氧化分解、混凝、吸附、络合、置换等作用，使废水中的污染物迅速被去除。这种方法运行成本低，结构简单，操作方便，易于管理。
采用此方法的代表企业有新东方陶瓷有限公司，根据闽清县环境监测站的监测数据如下：
表2 新东方陶瓷有限公司含酚废水处理设施水质进口监测结果统计表 单位：mg/l
监测日期
样品编号
ph值
ss
挥发酚
硫化物
氨氮
油
codc r
2006.6.27.
1 #
8.40
58
245
0.5
4.8
18.4
1.45×10 3
2 #
8.34
60
255
0.5
4.7
21.6
1.55×10 3
3 #
8.32
56
258
0.5
4.8
17.2
1.47×10 3
4 #
8.31
70
256
0.5
4.9
19.6
1.46×10 3
表3 东方陶瓷有限公司含酚废水处理设施水质出口监测结果统计表 单位：mg/l
监测日期
样品编号
ph值
ss
挥发酚
硫化物
氨氮
油
cod c r
2006.6.27.
1 #
7.36
5
<0.1
<0.02
0.63
3.2
<50
2 #
7.42
6
<0.1
<0.02
0.64
1.8
<50
3 #
7.34
8
<0.1
<0.02
0.62
2.4
<50
4 #
7.21
11
<0.1
<0.02
0.60
2.8
<50
gb8978-1996ⅰ级标准
6-9
70
0.5
1.0
15
5
100
从现有监测结果表明，新东方陶瓷有限公司产生的污水经处理设施后，水质各项指标均能符合处理设施的设计出水水质要求和gb8978-1996《污水综合排放标准》表4中ⅰ级排放标准。尤其是挥发酚、codcr、色度在经过处理后都能达到相应排放标准。
由于实际处理的能力与煤气发生炉产生的含酚废水量不一致，不同的 企业 在生产进行过程中，回收利用不及时、或其它原因造成废水过剩，有可能造成含酚废水外排，因此，要采取适当的措施，进行排除类似事故的发生。
高浓度的含酚废水进入干燥塔进行燃烧后，是否从水相污染转达化为气相污染，本人于2007年年初选择四家不同生产工艺的代表企业进行跟踪监测，结果如下：
表4 含酚废水掺入球磨利用后的排放浓度
企业名称
污水含酚浓度mg/l
干燥塔中含酚浓度mg/m 3
废气中酚排放标准mg/m 3
恒丰陶瓷有限公司
563
0.24
100
南海陶瓷有限公司
602
未检出
100
豪业陶瓷有限公司
7.4
未检出
100
欧美陶瓷有限公司
434
未检出
100
从表4中可以看出，用高浓度的含酚废水掺入球磨，进入生产利用，不同的生产工艺，均未从水相污染转化为气相污染，说明这一方法在闽清的建陶业中可以推广使用。至于水相的酚是否进入到体坯，在窑炉中高温裂解，还是在干燥塔中分解，有待于进一步探讨。
五、探讨与建议
建陶行业作为闽清县的一个支柱产业，其污染防治问题是闽清县面临的一个重要课题，推行清洁生产，对这些建陶业加强管理， 科学 地进行物料平衡、改进生产工艺等是建陶业污染防治的宗旨。在节约资源、降低能耗、提高产品质量和降低成本的前提下，改进建陶业的生产工艺，选用 经济 、环境综合效益较高的原料，使用清洁能源，这样不仅能增强市场竞争能力和企业 发展 后劲，同时能大大减少污染物排放，减轻末端处理的负荷，降低处理费用，还可避免减少末端处理可能发生的风险和二次污染。但从闽清建陶 工业 目前的生产现状和工艺特点看，要完全地按照清洁生产的要求控制污染尚存在较大的难度，只能从现实出发，采取以物耗最少化、废物减量化和效益最大化为主，末端控制为辅的综合污染防治方式。
近年来梅溪水量逐渐减少，水体纳污自净能力差，恶化速度非常快，一旦建陶企业高浓度含酚废水排向水体，就使梅溪水质挥发酚项目超标。在此为了梅溪水质清洁，提几点建议：
1、对于新建的建陶企业应禁止建设煤气发生炉，规范企业使用闽清现有的广安天然气或燃烧柴油、石油液化气等清洁能源，减少含酚废水的产生，努力做到增产不增污。
2、水煤浆也是一种很好的选择，其原料丰富，制备相对简单，运输储存安全性能极佳，污染程度低。可以选择使用。
3、加强环保行政执法，对新上项目严格执行“三同时”制度，做到建设项目中防治污染的设施，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。
4、淘汰工艺落后、污染严重的单段式煤气发生炉，使用单段式煤气发生炉的企业应在规定时间内完成双段式整体改造。
5、应建造足够容量的污水蓄水池，必须做好清污分流措施，确保制气废水闭路循环，同时应将污水按一定比例掺入到球磨中使用，综合循环利用，以保证制气废水零排放。
6、采用废水处理工艺，目前在国内含酚废水的处理技术已经比较成熟，处理方法也有很多种，根据企业的自身特点，选择有效的处理方法，使煤气发生炉产生的废水达标排放或零排放。
参考 文献 ：
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关键词：生态环境；可持续发展；陶瓷艺术设计
中图分类号：J527 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）15-0173-02
1 陶瓷艺术设计中的生态问题
陶瓷艺术设计的过程从原料到成型再到施釉、彩绘、干燥、乃至烧成等多道工艺流程中，几乎每个环节都对生态环境有着或大或小的影响，但这些环节又是制陶过程中及其重要不可跳过的环节，陶瓷产业的发展过程中的多种多样的生产工序中，面临着诸多的生态问题。首当其冲的就是土地和植被的破坏，陶瓷原料的挖掘和开采甚至危及整个生态平衡的保持，加上原料在运输过程中及加工过程中都对陶瓷产业的可持续发展造成了一定的威胁，另一方面，在原料的开采过程中形成的粉尘也会污染大气。说到粉尘，在制陶过程中的打磨抛光液会造成粉尘的污染，陶瓷的原料的不合理的应用及制陶人的水平差异会造成对资源的浪费，至此过程中还需燃料和水源。燃料烧过之后变成污染大气灰污染人们的居住环境，在施釉及洗球过程中还会对水资源造成污染，更重要的是污水直接排除将会污染更多地水源。在最后的处理过程中还会产生大量的固体废料，这些废料的堆积如：生坯废料、施釉废品、素烧废品、烧成废品及彩烤废品等，这些废料的堆积不仅会对土地进行二次污染而且也造成了资源的浪费。
2 解决陶瓷艺术设计中生态问题的途径
在陶瓷艺术设计中彻底的兼顾生态效益的理念可以更进一步的减少陶瓷产业在生产过程中对生态环境的破坏及污染，把生态设计法则贯穿于陶瓷艺术设计的始终，不断提高生态效益，最终促进陶瓷产业的可持续发展。具体来说，就是从制陶的各个工序下手，从选材到回收产品的整个过程来规划陶瓷艺术设计与环境的关系，降低资源的使用频率和浪费，同时在生产过程中降低污染物的排出。陶瓷艺术设计的生态设计法则包括避免浪费精简节约、节能减排的工艺设计、延长已有陶瓷的寿命、陶瓷回收并再利用的工艺设计。这些方法可以在最大程度上调解陶瓷艺术的可持续发展和生态环境效益的冲突。
2.1 避免浪费，精简节约
这一生态设计法则主要针对制陶在选材上这一工序。选材尽量选择最少的原材料发挥其最大的功用。在陶瓷艺术设计中分为不同种类的陶瓷，主要有日用陶瓷、艺术陶瓷、建筑卫生陶瓷等，陶瓷的分类不同选用的原材料的特性也就不同。陶瓷艺术设计的原材料主要有泥料、釉料、彩料等，根据原材料的不同的特性来做不同类型的陶瓷，做到选择准确，避免浪费。让各种材料各尽其能，各自发挥发自的特性与本质。比如日用陶瓷和建筑卫生陶瓷是人们日常生活中必不可少的生活用瓷，其功能实用性重于艺术审美性，所以日用陶瓷应该选择耐高温的泥料和釉彩，用这种材料烧成的成品具有一定的耐酸、碱、盐及大气中碳酸气侵蚀的能力和无铅中毒的危害，具有良好的安全性。同时，艺术陶瓷注重的是欣赏的艺术性，因此在烧制及选材的过程中不用想日用陶瓷那样的细致化，这样不仅减少了原料的节省，同时也降低了在烧制过程中产生的污染。这样一来既避免了原材料的浪费，又减少了生态环境的污染，更让原材料的作用发挥到极致。生态设计法则就从源头开始贯穿，从而保证了之后工序的生态保障。
2.2 节能减排的工艺设计
节能减排的工艺设计从字面上就可看出主要体现在烧制、施釉等工序中。首先通过技术的提高来减少能源的消耗和废气的排出，提高资源的有效利用率。在此过程中主要可采取以下手段来实现节能减排的效果：选择节能型陶瓷窑炉，轻质的窑炉保温耐火材料及新型涂料可以降低能耗；采用高速烧嘴，用富氧燃烧技术、微波烧结技术、自控烧成技术等对节能降耗也有很大影响；采用清洁的气体、液体燃料等方式。其次，节能减排不单单体现在烧制过程中，还体现在对原材料的选择上，对制陶的原料进行革新，也可以减少对土地和植被的危害。从别的“地方”索取原材料而不是抗挖掘地下资源，当然，别的“地方”并不是具体的那个地方，而应该是通过提高技术，加快对陶瓷原材料的研发，可以使危及化危为安。比如利用钢铁工业废渣、磷矿渣、铬盐废渣、粉煤灰、硅灰、稀土废渣、萤石矿渣等工业废弃物，技能减少工业废弃物对环境的污染也能提高制陶过程中的生态效益。
2.3 延长已有陶瓷的寿命
根据生态设计法则的贯穿原则，陶瓷产品的循环使用也是一种环保的举措。陶瓷寿命的长短关乎陶瓷更新换代的周期，通过延长产品更新换代的周期来减少陶瓷产品加工的数量，从而减少了对生态环境的破坏。陶瓷无论从其物理特征还是化学特征来看，都是一种比较不易保存的物件，如何延长陶瓷的寿命，必须从陶瓷的制作工序入手。在制作工序中不能忽略产品的质量问题，选择较好的原材料是提高陶瓷产品物理特征的本质要求，因此研发高性能的，较稳定的原材料也是迫不及待的。另一方面，在陶瓷的艺术欣赏水平上。陶瓷设计专家也要有较高的设计能力和艺术修养，好的陶瓷设计品不仅仅是具备功能，还要造型优美、色彩宜人、具有艺术价值和文化内涵使生产出来的陶瓷产品能较长的存在时尚潮流中而不被潮流所淹没。除此之外，加强陶瓷的历史文化价值和内涵，大大满足人们对陶瓷的心里需求，这样才能更好地减少消费者更换陶瓷产品的频率，避免造成资源的浪费，减少生态环境的重负，促进陶瓷设计艺术的可持续发展。
2.4 陶瓷及废弃品回收并再利用的工艺设计
回收再利用的环节包括两个方面，一是对陶瓷成品的回收，由于陶瓷成品已经不能满足现在人的需求，可以经过回收在改造，使之变成有用的产品；二是对陶瓷产品生产过程中的废弃物进行回收在利用，减少浪费。通过促进已有的陶瓷的回收和陶瓷生产过程中的废弃物的回收再利用，减少环境的负荷。在陶瓷生产过程中的废弃物主要有生坯废料、施釉废品、素烧废品、烧成废品及彩烤废品等，利用这些废料可以生产陶瓷砖、多孔砖、陶粒、水泥、固体混凝土材料等，对这次废弃物的回收再利用可大大减少对能源资源的消耗。另一方面还可以通过对已有废弃陶瓷的回收再生产更大程度的减缓环境问题和资源浪费问题，由于这些被淘汰的艺术品并没有套大的外貌问题，只是在欣赏水平上与现代的人们的欣赏水平不相符，因此，可以通过产品的再设计来实现物品的价值。
陶瓷艺术设计过程的明细化也会在很大程度上降低对能源资源的浪费。坚持把生态设计法则贯穿到陶瓷艺术设计始终，从陶瓷产品的原材料的开发到陶瓷产品的退役，始终采用最环保的方式，来达到最高的生态效果。这样的生态设计法则会在很大程度上促进陶瓷产业的有效性发展和可持续性发展。
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关键词:低碳经济;陶瓷;节能减排
1前 言
令世界瞩目的哥本哈根联合国气候变化大会之后,环保理念及全面控制二氧化碳等温室气体排放、节能、新材料的应用等都成了当今世界的热门话题。刚刚开幕的中国2010上海世博会上,就利用了大量低能耗、可再生资源及环保型新材料,如用废弃牛奶盒制作的2000把嘉宾座椅、用再生纸制作的节目单、节目册和手提袋、低能耗音响和LED大屏、清洁无烟焰火等,所有这些,无不向人们昭示着低碳经济时代对我们生活的影响。为迎接低碳时代的到来,中国政府曾高调宣布2020年单位国内生产总值(GDP)二氧化碳排放要比2005年下降40%～45%。此举意味着将对高耗能产业展开新一轮大整顿,对于高能耗、二氧化碳排放量较大的陶瓷行业来说,无形中又提出了一个新的课题。
2陶瓷生产的低碳化
有关专家表示,广东发展低碳经济,制造业是重点,只有实现了制造业的低碳化,广东低碳经济发展才有坚实的基础。而要实现制造业的低碳化,一要创造出具有自主知识产权的低碳产业技术;二要尽快出台低碳经济发展路线图等的实施原则和操作细则;三要积极开展低碳试点示范,争取在重点地区、重点行业取得率先突破;四要更新人们的生活观念和消费观念,形成绿色消费的生活氛围。
事实上,实现陶瓷生产的低碳化是完全有可能的,从资源方面,我们可以更多的采用废弃物资源来代替天然资源,或者减薄抛光砖的厚度以降低矿物资源的消耗;从燃料来说,也可以采用节能减排技术,包括提高窑炉保温的效果、余热利用等,还可以更多地采用清洁能源以减少有害气体的排放。
3低碳时代陶业新课题
中国建筑陶瓷经过20多年的发展,已经引起世界的广泛关注,作为全球最大的建陶生产国,无论在产量、研发、配套产业等方面都达到了世界一流水平。与此同时,陶瓷行业对资源和能源的大量消耗、二氧化碳等温室气体的排放也日益成为人们关注的焦点。陶瓷的传统生产方法必须消耗天然矿物资源,消耗煤炭、石化能源,同时排放出高温烟尘、二氧化碳、二氧化硫等有害气体,因此,通过技术更新,实现陶瓷生产低碳化的目标就成为科技工作者在新形势下的新课题。
3.1 节能减排实现低碳化
据统计,2009年我国瓷砖的产量近60亿平米,约占世界的三分之二,消耗了大量资源和能源的同时,对环境也产生了极其恶劣的影响。国家有关部委正联合大力淘汰落后产能,陶瓷工业通过技术升级而促进产业升级的步伐也将加快。
陶瓷产业的污染主要来自燃料和生产流程中,从这两方面着手研究新型节能技术与开发相关产品是切实可行的。以新中源集团为例,采用节能新技术后,每年可以节约9000t标准煤,大约占全年总能耗的30%。在生产工艺的改进方面,新中源集团研发的无机合成板材不需要烧制,直接利用废渣等材料制作,不仅可以降低能耗,也可以充分利用废物,起到节能环保的双重效果。
以规格大、质量轻、厚度薄、节能环保等为特色的大规格建筑陶瓷薄板,由于使用了创新工艺,该产品在保持传统建陶各项性能的同时,将厚度削减至传统瓷砖产品的三分之一,单位面积建筑陶瓷材料用量可降低50%以上,节约60%以上的原料资源,降低综合能耗50%以上。
瓷砖生产过程中会产生诸多的固体废料,如何循环再利用,最大限度地减少排放,无疑是低碳经济绕不过的坎。如利用抛光环节产生的废渣开发轻质保温瓷砖;将次废品进行深加工作为主打产品的配套产品;将无法再加工的固体废料作为水泥砖等建筑产品的粗骨料、添加剂等,都是降低碳排放的可行之举。
随着能源价格的上涨和节能环保观念的深入人心,很多企业都推出了节能减排新技术,加快了对能源、资源利用最大化的节能减排步伐。佛山市节能技术服务中心从企业节能技术改造项目的类型占总投入比例分析:投入资金最大的是窑炉改造项目,占67.57%;其次为余热余压利用项目,占13.08%;电机系统节能占8.27%;能量系统优化占5.08%;节约和替代石油占5.85%。2008年平均每吨墙地砖产品综合能耗为264.68kg标煤,与2007年的278.4kg标煤相比,节约能耗4.9%。
佛山陶瓷清洁生产产学研联盟研发的“陶瓷行业清洁生产共性技术”,解决了陶瓷行业在余热利用、粉尘和废气处理、废渣处理等五方面的关键共性技术。其中,“辊道窑余热管屏式梯级利用”技术已在新明珠、欧神诺、金意陶、强辉陶瓷推广应用,综合节能达到15%,相当于每条生产线每年可节约标准煤900t;“固体废料循环利用技术”已在溶洲建陶工厂外墙砖生产中得以应用,瓷砖中废渣掺入量达到70%。此外,内墙釉面砖抛光废渣利用也突破瓶颈,广东宏陶陶瓷有限公司的“陶瓷抛光废渣循环利用新技术”项目,在内墙釉面砖生产中使用18%的瓷砖抛光废渣等作为原料获得成功。
3.2 开发低碳产品
近年来,建陶企业不断在新产品研发上突破传统思维模式,开发出低碳产品让人耳目一新。
(1) 瓷砖薄型化
目前市面上的大规格陶瓷砖厚度一般都在10mm以上,大规格瓷片也在10mm左右,而大规格抛光砖厚度则超过14mm。如果瓷砖厚度由10mm降到8mm,按目前我国墙地砖60亿平米年产量计算,瓷砖减薄了20%,则每年可节约原料2400～4000万吨,同时每年的综合能耗可减少约102亿kg标准煤,经济效益和社会效益都非常可观,瓷砖的薄型化将成为行业未来发展的主要方向。2009年行业标准《建筑陶瓷薄板应用技术规程》和《陶瓷板》国家标准的相继实施,也从政策角度向行业传递了陶瓷砖薄型化已成为一种趋势的信息。
薄砖是对瓷砖进行适当“瘦身”,让瓷砖减薄。在不影响瓷砖使用功能的前提下,将瓷砖厚度减少到6～10mm,从而降低瓷砖在生产制造中对资源、能源的消耗量,减少运输成本,同时还可以降低建筑物的荷载,实现环境友好。薄砖利用现行的生产设备及工艺便能生产,其在理化性能方面与普通瓷砖没有太大的区别,可以替代目前的瓷砖产品,广泛应用于建筑装饰。
陶瓷薄板是一种利用全新工艺生产的陶瓷类装饰材料,它与“陶瓷砖”是两个截然不同的概念,其厚度最薄的还不足3mm,对资源的消耗不到陶瓷砖的一半,碳排放量自然大为降低。蒙娜丽莎是国内陶瓷薄板的先行者,一经推出,就在行业内引发了一场节能减排的风暴;此外,还有海棠企业推出主打低碳牌的BOBO薄板。陶瓷薄板在吸收现有陶瓷生产技术的基础上,通过合理利用现有资源,优化产品结构,在现有传统陶瓷机械的基础上,实现全面创新与升级,目前已经能实现大规模产业化。从国内外瓷砖的发展方向来看,大规格薄板将是陶瓷低碳的重要途径。
(2) 瓷砖轻质化
瓷砖的减轻不仅可以通过减薄来实现,还可以通过改变瓷砖的内部结构来实现。目前轻质砖是采用陶瓷生产废料为主要原料,通过加入特殊的发泡材料,在高温下烧制而成的一种具有陶瓷性能、比重在1.5g/cm3以下的新型装饰材料,有的比重甚至在1g/cm3以下,如蒙娜丽莎的QQ板,比重只有0.7～0.95g/cm3,可以漂浮在水面上。这种轻质砖不仅因为质量轻能有效减轻建筑物的荷载,更由于其比重小和多孔结构而具备隔热、隔音、吸附等特殊的功能,特别适合于建筑物的内外墙体装饰,且节能降耗,具有广阔的市场前景。
轻质新型建材与同类产品相比,单位面积建筑陶瓷材料用量降低50%以上,节约60%以上的原料资源,降低综合能耗50%以上。经国家建筑材料测试中心检测,主要性能指标如平均吸水率、破坏强度、平均断裂模数、抗冲击性均达到或超过国家相关标准,可广泛应用于建筑外墙装饰工程、商业空间装饰工程、家庭空间装饰等,还可以作为防火、隔音、隔热等场合的功能材料,应用于车站及会议室等场所的天花系统及墙壁,长期保持稳定的防火、隔音、隔热功能。2009以来陆续面市的轻质砖包括欧神诺的轻质砖、晶立方及蒙娜丽莎的QQ板等产品,在抛光砖的废渣循环利用上取得了突破。
(3) 利用废渣生产陶瓷
如今越来越多陶瓷企业加入到利用废渣生产陶瓷产品的行列,看中的是废渣利用的成本优势,目前陶瓷原矿价格每吨达70元,而陶瓷废渣的收购价每吨仅25元,加上精加工费用,废渣变成生产原料每吨成本才50元。用这种废渣做成的轻质砖和保温砖,预计比普通外墙砖价格高20%左右。由于使用废渣生产的产品得到中高端楼盘、重点建设工程使用客户的认同,甚至反映质量更好,无疑是对废渣利用的充分肯定。废弃物的回收和利用在很大程度上节省了资源,也减轻了对环境的危害。
抛光工艺中抛下来的废渣最初呈现各种片状,有大有小,若将其粉碎成粗砂大小颗粒,再研磨成粉,就可变成制造原料。一片厚10mm的抛光砖,一般约需抛掉0.6mm的厚度,抛光废渣约占6%。专家估计,若按我国每年建筑陶瓷产品总重量为1亿吨计算,含固体废料在内的陶瓷废料近千万吨,其中抛光废渣超过300万吨。目前中国建筑能耗的排放量已经达到25%,而在同样的温差下,用陶瓷废渣制成的保温砖的隔热性能是普通瓷砖的四倍。由于本身可以使建筑节能,而制作的原料又有一大部分来自废渣,保温砖的生产过程和产品本身都符合了低碳经济的要求。
3.3 实施低碳认证
低碳产品认证,是以产品为核心,在产品的整个生产和销售的链条上,都采取低碳的过程和模式,以最低的能耗生产出最优质的产品来。低碳产品认证是政府用半强制化的政策措施推动企业以创新为手段,努力开发低碳产品技术;以产品为导向,引导全社会消费者向低碳的生活模式转变。对产品进行低碳标准的认证,该认证将在产品包装上有低碳环境的标识,以此大力推动国家的产业转型和升级及快速提高企业的创新能力。近几年来,英国、欧盟国家、日本、韩国等国家都已进行了很多产品的低碳认证。2004年,德国有环境标志的产品就已达4000多种,占全国生产产品的30%以上,日本有环境标志的产品达2500多种。由此可见,实施低碳认证将是适应低碳经济时代的一个迫切需求。
关键词日用陶瓷,节能减排,辊道窑炉,技术及应用
1引 言
资源、能源和环境是当今经济、社会发展的重大课题。我国正处于快速工业化时期,资源和能源的消耗连续快速增长,如石油、天然气等能源和资源的对外依存度目前已超过40%,同时资源和能源的消耗给整个生态系统带来了巨大的负担。就能源总体利用率而言,发达国家的能源利用率一般高达50%以上,美国达57%,而我国只有30～35%左右,与发达国家相比仍存在较大的差距。
进入二十一世纪以来,国际能源市场的形势发生了巨大变化,能源价格不断上涨,供应紧张,供需矛盾日益突出,所有的高耗能的生产行业都受到了严重的冲击,其中陶瓷工业首当其冲,不断上涨的能源成本严重威胁着陶瓷工业的生存和发展。因此,节能降耗成为每个陶瓷企业经营者都必须严肃面对及思考的问题。同时,陶瓷的高耗能必然会带来高污染的情况,全国迅猛发展的陶瓷业对我国的环境造成了很大的污染,特别是陶瓷业发展迅速的产区如广东省的佛山、潮州、清远、肇庆、河源等地区更为严重。因此,节能减排是陶瓷生产的大势所趋,也是陶瓷工业可持续发展的重要条件。
2我国日用陶瓷业的现状分析
日用陶瓷在我国国民经济的发展中占有重要的地位,它是人们生活中不可缺少的生活用品,也是在国际市场上具有竞争力的商品。日用陶瓷产品质量的优劣,会影响到我国人民生活水平的改善和出口创汇的能力。我国日用陶瓷总产量在2005年达到170亿件;2006年总产量为138亿件,占全球总产量的70%,出口95.8亿件,占国内总产量的70%。虽然我国日用陶瓷产量在世界遥遥领先,但总体上仍存在产品的档次低、能耗高、资源消耗大、生产效率低和环境污染严重等问题。日用陶瓷与建筑卫生陶瓷相比,因其部分产品烧成温度过高,窑型和其它类别产品的生产装备相比较落后等原因,能耗往往是后者的两倍以上。这种状况严重制约着日用陶瓷工业的健康发展,也是目前国内、省内许多大中型日用陶瓷企业陷入困境的直接原因之一。
从日用陶瓷工业各道生产工序的能耗分布状况来看:烧成工序占陶瓷生产总能耗的70～80%、原料加工和坯体成形占8～12%、其余工序占5～8%。可见日用陶瓷生产能耗主要集中在制品烧成工序。
烧成工序的核心是窑炉。影响窑炉使用性能和能耗高低的关键因素主要有窑炉结构、材料(含燃料)、烧成技术及热利用的水平等。一般窑炉总热支出比例为:产品出窑带出热2～4%,窑头烟气带出热10～12%;窑体表面散热6～7%;物化反应耗热16～18%;窑尾抽热风带出热54～56%;其它热损失3～12%。其中窑头烟气和窑尾抽热风两项带出热占总热量就高达60～70%。窑炉设备或烧成工艺控制的不合理将会影响陶瓷制品的质量,甚至无法烧成,造成人力、物力的巨大浪费,故窑炉是陶瓷生产企业的关键设备。
日用陶瓷工业目前使用较多的主要窑型有梭式窑、隧道窑和辊道窑三大类。其中梭式窑为间歇式窑炉,具有烧成制度调节灵活的特点,比较适合烧制大尺寸的产品,但耗能最大。隧道窑和辊道窑为连续式窑炉,具有烧成制度稳定、热利用率较高的特点,可适应大批量产品的连续生产需要。其中辊道窑由于适合快速烧成,具有产量大、成品率高、能耗低等优点,是当今窑炉的主要发展方向。在日用陶瓷生产上逐步推广应用辊道窑炉生产技术,可实现能源高效利用和污染物显著减排的目标,对陶瓷行业的可持续发展将产生巨大的促进作用,具有十分重要的现实意义。
3国内外技术发展的现状与趋势
目前,国内外均十分重视陶瓷工业的节能减排问题,也推动了相关技术的迅速发展。国内外对陶瓷工业的节能减排主要从原料组成配方、窑炉结构、烧成技术、余热综合利用、优质燃料的采用以及固体废弃物的回收利用等方面入手。
3.1 窑炉结构和烧成技术方面
日用陶瓷工业目前使用较多的窑型有梭式窑、隧道窑和辊道窑。由于辊道窑具有产量大、质量优、能耗低、自动化程度高、操作方便、可快速烧成等优点,在节能方面比隧道窑拥有更多的优势。因此,对辊道窑及其烧成技术的研究、改进和应用进展都很快。进入二十一世纪以来,关于辊道窑的新设计、新技术报导越来越多,例如湖北黄冈华窑中洲有限公司研发的辊道窑炉,其能耗指标为2000千卡/公斤瓷,折合0.3377吨标煤/吨瓷,但在烧成气氛上大都采用氧化气氛。潮州是我国最大的日用陶瓷生产基地和出口基地,被誉为“中国瓷都”。潮州陶瓷业对先进窑炉设备的研究和应用,无疑会对我国日用陶瓷产业的发展产生积极的推动作用。从2004年起,潮州市兴业陶瓷有限公司开始研究“陶瓷辊道窑炉快速高温还原烧成节能技术”,通过对辊道窑的燃烧火焰区、燃烧喷嘴、可燃混合气形成过程的整体设计,给坯体烧成陶瓷制品的工艺过程创造了一个均匀温度场和均匀气氛场及适于高温还原气氛的烧成条件。该技术在利用辊道窑实现日用瓷高温还原快速烧成,并在余热的回收和综合利用方面取得了新的突破。潮州兴业公司当年建造了一座陶瓷辊道窑炉,经过反复调试,逐步形成一套快速高温还原烧成节能技术,2005年开始运行至今,实践证明该项技术具有明显的节能效果。据有关机构检测:该辊道窑炉的有效热利用率高达68.81%,产品单位能耗为170～200公斤液化石油气/吨瓷,折合为290～343公斤标煤/吨瓷,比传统的隧道窑节能20%以上。烧成的日用瓷成品率达到98%,达到节能减排和产品高品质的双重目标。该技术由于采用还原气氛烧成,尤其适合在我国南方地区推广应用。
3.2 窑炉余热综合利用方面
余热利用在国外很受重视,视其为陶瓷工业节能的主要环节。特别是隧道窑、辊道窑这类窑炉,窑头烟气带走热和窑尾热风抽出带走热两项相加的热量占窑炉总能耗的60～70%,因此如果这部分热量利用得好,对节能指标的实现将产生很大的贡献。目前,国内外将余热回收后主要应用于坯体、物料干燥和加热助燃空气方面。现在,欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置,进行窑尾余热的再回收利用;对于排烟废热的利用,也有不少企业采用换热器将热量收集后输送到所需的场所,其综合节能的效果可使窑炉热效率达到80%以上。我国陶瓷窑炉的余热利用吸收了国外的先进经验,研究了一系列的余热回收利用装备与技术,取得了较好的效果。近期对蓄热相关复合材料的研究更是层出不穷。如华南理工大学的“新型多孔陶瓷材料载体制备技术与性能研究”项目,以陶瓷纤维为基体制备了气孔率高达96%以上的超多孔陶瓷基体,已通过专家鉴定验收,达到国内先进水平,完全具备制备高效率蓄热材料的条件,并已有相关产品投放市场。
3.3 改变燃料结构以减少废气有害气体的排放方面
目前,陶瓷窑炉使用的燃料主要有煤、重油和液化石油气、天然气等。建筑陶瓷出于降低生产成本的考虑,在生产过程中使用煤或重油作为燃料。煤或重油在燃烧过程中会产生大量的废气,这些废气主要由喷雾干燥塔和窑炉产生,废气中的污染物主要有烟尘、硫氧化物、氮氧化物以及其它有害气体(主要由减水剂、防污剂、渗花溶剂等产生),给环境造成了严重的污染。以佛山为例,2005年,规模以上的陶瓷企业二氧化硫排放量达到22.74万吨,给居民的健康带来了极大的危害。在潮州地区,由于陶瓷工业以日用瓷和工艺美术瓷为主,质量要求高,价值也高。因此为了确保产品质量,近年来陶瓷窑炉烧成燃料基本上都使用液化石油气。液化石油气是一种洁净气体,燃烧后生成的有害有毒气体极少,因此对环境影响尚不明显。
3.4 固体废弃物的回收利用方面
国内外企业一方面努力提高窑炉的烧成技术,尽量提高烧成合格率,减少废瓷的产生;另一方面,将废瓷、废料回收,再用于陶瓷产品的生产。例如广东省枫溪陶瓷工业研究所,针对废瓷的特点,采用引入高塑性、高保水性粘土,提高废瓷料的可塑性;引入碱土金属矿物组成复合助熔剂,降低废瓷料的烧成温度;引入微量元素,抑制废瓷料中铁杂质显色等技术措施,有效地解决了在陶瓷坯料中大量使用废瓷料的不利影响,坯料中废瓷料的使用率达到30%以上,可从根本上解决“陶瓷垃圾”(废瓷)对环境造成的危害。
4辊道窑炉应用前景的分析
目前我国的日用陶瓷生产企业约有6000多家,其中上规模的有1000多家,年销售收入400多亿元,利税20多亿元。陶瓷工业也是广东省的重要产业之一,虽然广东陶瓷工业产量在全国遥遥领先,但总体上仍存在产品档次低、能耗高、资源消耗大、生产效率低、对环境污染严重等问题,能源利用与国外相比,差距较大,特别是在烧成环节,由于烧成温度高(日用陶瓷有的高达1300～ 1400℃),排放的废气温度也高,通常高达200～300℃,大量的热能及有害气体排出窑外,不但增加能耗,而且对环境和人们的健康带来了不良的影响。因此,在日用陶瓷生产企业推广应用辊道窑炉,既可为企业大大节省燃料成本,又能减少环境污染,有着广阔的市场潜力。潮州是中国瓷都,陶瓷业是潮州第一支柱产业,年产值达180亿元,其中日用瓷占40%以上,现有大、中型窑炉1000多座,加上小型窑炉,年耗用液化石油气60多万吨,价值30多亿元,节能减排潜力非常巨大。
近期由于受国际原油价格持续攀升、人民币升值、劳动力成本上涨以及国家对出口退税率进行调整等因素影响,给外向型的陶瓷企业带来了巨大的冲击,陶瓷企业的生产成本压力也越来越大。另外,由于陶瓷业耗用大量资源和产生大量的“陶瓷垃圾”,也给环境造成了极大的问题。因此,陶瓷企业对推广应用先进的节能减排技术有强烈的主观意愿和较大的积极性。辊道窑节能减排技术在日用陶瓷生产方面的推广应用,正是适应了陶瓷企业的迫切需要,可以大力推广和迅速取得效益。
关键词：抛光砖；抛光瓷粉；废渣；资源化利用；发泡
1 前言
目前，在全国各地的建筑陶瓷生产基地，每年都有大量的陶瓷废渣产生，当中占最大比例的是抛光废渣。由于抛光废渣含有多种杂质，在常规方法烧成后会产生发泡、膨胀、变形等缺陷，因而回收利用一直是行业的一大难题。目前陶瓷废渣主要含有抛光废渣、原材废料、煤渣、废砖坯、工业垃圾、生活垃圾等的混合物。由于各种废料均有其特殊性质，造成回收利用的难度大，多数陶瓷企业是以堆积和填埋的方式进行处理，从而造成了土地、矿产资源的巨大浪费和环境污染，阻碍了我国陶瓷行业的可持续发展。少数陶瓷企业通过区分出较好的抛光渣用来生产砌墙灰砖、多孔陶粒、轻质外墙砖等[1-3]。此种处理方式在一定程度上实现了变废为宝的目的，但是考虑到其回收利用率和附加值较低，难以实现大范围推广使用。本文立足陶瓷行业节能减排的背景，响应政府和谐发展的经济理念，从难度最大的抛光废渣回收利用上寻找突破口。通过严格而有效的方法将抛光渣区分为发泡及不发泡两部分，其中不发泡部分占70%左右，可以作为底料原料直接应用到抛光砖生产中，发泡部分占30%左右，则可以作为发泡剂用于生产仿洞石抛光砖或轻质外墙砖，从而实现抛光废渣的回收和利用。
抛光砖在原料加工、成形加工、烧成加工、抛光加工等各个环节均会产生或多或少的废渣。这些废渣中有一部分如压机废料、料仓废料等已经实施回收使用，把它统称为回收泥粉。但是在烧成、抛光阶段所产生的废渣、废砖目前仍然无法回收利用。本文通过从抛光砖整体生产工艺流程的角度出发，综合考量抛光砖每个生产流程所产生的废料特性，结合简单的设备技改，实现废料的有效区分，从而在确保不影响产品质量的前提下，顺利实现抛光废渣的自身循环利用。
其中，本试验的重点是将抛光阶段所产生的废渣通过简单的手段，有效地区分成不发泡部分和发泡部分。不发泡部分统称为抛光瓷粉，可以作为瘠性低温料直接引入到抛光砖配方中，发泡部分统称为发泡废渣而作为洞石原料引入到洞石面料配方中。应用发泡废渣开发的至尊洞石系列，技术成熟、成品率高、生产稳定，回收利用技术非常可靠，已申请相关技术和产品专利[4-5]。同时，由于磨边产生的抛光瓷粉粒度较粗（一般≥100目）、白度较差，在一、二级沉淀池中首先沉降，将其应用在底料配方中最合适；另外，通过刮平后产生的抛光瓷粉粒度较细（一般＜100目）、白度较好，在二级沉淀池中才沉降，将其应用在面料配方中价值最大。
2 研究开发内容、方法、技术路线
2.1 主要研究内容
（1） 抛光各阶段所产生的废渣的性质与特征
800mm×800mm抛光砖抛光各阶段产生废渣的性质与特征见表1。
由表1可知，抛光线可分为前磨边、刮平、抛光、后磨边等阶段，通过分析其各阶段料性发泡与否，可将抛光线划分为不发泡部分和发泡部分。通过对抛削量比例的计算，其中不发泡部分占81%，这部分可以直接回收利用，并统称为抛光瓷粉（抛光瓷粉化学组分与生产抛光砖化学组分几乎接近）。由分析颗粒级比数据可知，抛光阶段越到后面颗粒越细。因此，我们可将不发泡部分的抛光瓷粉按细度分为粗瓷粉和细瓷粉。通过对不同阶段废渣的回收利用，并按细度进行分类回收，将有效地缩短后期原料球磨时间、提高球磨效率。
（2） 抛光废渣分类回收方案
将抛光阶段按照是否有树脂、碳化硅、氯氧镁水泥粘结剂等杂质混入区分成两块，对其污水进行严格区分，并对其进行处理。抛光废渣分类回收优选方案工艺见图1。
由图1可知，其每条抛光线两边各配有一条水沟，可以依据分类需要两水沟各设若干闸板；主水沟最少设两条，分为发泡与不发泡料废水沟；设四条主水沟可分三类废料回收，可区分不发泡料中的面料和底料，同时达到最大抛光瓷粉的回收。
其次，各主水沟或分水沟可设压力吹气管防沉淀，从而减少水沟清理工作量。废水池中废渣水可用泵送至水处理系统，也可直接开水沟输送至水处理系统。
2.2 污水处理分析
污水处理试验见表2。
由表2可知，两种不同的处理方法都有各自的优缺点。采用常规多级沉淀的方法处理污水投入金额比较小，成本约半年就可以收回。其优点是通过多级沉淀可以对不同粒度的抛光瓷粉进行分别回收，从而使白度、细度均不同的抛光瓷粉分别应用到底、面料的目的。但是其回收率不高、污水处理后水质浑浊、有细颗粒悬浮于其中，不可以直接应用于抛光生产中。同时由于其设备自动化程度低而导致工人劳动强度大。相比之下，采用地面沉淀罐的方法其最大的优点就是回收率非常高，经处理的水质很清澈，可以直接应用于抛光线生产中，将节约重复处理的成本。同时，降低了工人劳动强度，减少了占地面积。
2.3 抛光瓷粉改性试验
