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1、工業廢料生產建筑衛生陶瓷的技術開發 資環學院環境工程0801鄧飛200801144018 當前世界制造業與加工業正在快速發展，但在產出供人類消費的精美制品或原材料、能源的同時，副產品工業廢料排放達到觸目驚心的地步。工業廢料占大量耕地及城市生活空間，同樣威脅著人類自身生存與發展。有些廢料中含有許多污染環境與生態的毒性物質。如：某些粉塵人體吸入肺中容易致癌；有些廢料經日蝕水浸排出有害人體的液汁；有些廢料雖經長期掩埋仍不能自行分解等等。目前人們倡導修舊利廢，生產綠色制品，保護生態環境。這對于大規模利用肥料生產綠色產品、消除環境與廢物污染指明了方向。目前工業廢料用于瓷磚坯料生產或釉料配方研究與試驗均取2、得成果。許多廢料經過稍微處理加工，直接用來生產綠色建筑陶瓷產品。另一方面，我國雖然各種礦產資源儲藏量豐富，但由于人口眾多，按人均礦產資源計，多項礦產資源仍顯匱乏。陶瓷原料中的主要原料高嶺石類：如蘇州土、紫木節土等較純凈高嶺土資源供應日緊。其他原料儲量雖多，但用于運輸、加工粉碎、淘洗等生產成本高。如能充分開發利用當地或本企業工業廢料作為坯料，可降低生產成本，亦可保護生態環境。從物理性能與化學成分方面看，所謂工業廢料，其中含有大量可用作建筑陶瓷或衛生陶瓷產品坯料或釉料的化學物質：如它們之中均含有一定數量的二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、三氧化二磷等等。其中雖然也含有少量的三氧化二3、鐵、二氧化硫、氧化銅、氧化鋇、氧化鈦，這些物質的存在對于瓷磚的坯料或者坯胎并無大礙。實踐證明，從工業廢料化學成分分析看，用于瓷磚坯料乃至釉料配方中是完全可能的。 近年來，我國建筑衛生陶瓷行業利用電廠粉煤灰、磷礦渣、銅礦廢渣、金礦廢渣、鍋爐灰渣、廢棄匣缽料、河道污泥、廢釩尾礦渣等工業廢料，生產環保型綠色陶瓷制品的研究與推廣規模不斷擴大，取得明顯經濟效益與環境保護效應。同時，盡可能使用廢棄原料生產建筑衛生陶瓷產品，既符合當前我國政府建立節約型社會與循環經濟的要求，也在建設與發展我國陶瓷大產業的過程中，同樣具有重要的意義。 下面就我國目前一些瓷區采用磷礦渣、高爐礦渣、螢石礦渣、粉煤灰、礬礦尾渣等工業4、廢料，應用于建筑衛生陶瓷產品生產的現狀、做一些概略介紹。 1、磷礦渣 屬于磷礦開發、選礦后廢棄的工業廢料。此外，用磷礦石生產黃磷的工藝過程中亦形成比較多的磷礦渣。他們的化學成分為：二氧化硅44.08%，氧化鋁0.47%，氧化鐵0.49%，氧化鈣43.66%，氧化鎂0.68%，氧化鉀0.96%，氧化鈉0.32%，五氧化二磷0.96%，三氧化硫0.08%，燒失1.25%。從其化學成分看與天然硅灰石相似，因此有專家認為磷礦渣其實屬于經1100度煅燒的非晶制假硅灰石。磷礦渣中往往混有碳物質及水融堿。為了保證坯體燒制均勻，應先在1100度以上溫度煅燒后再使用。磷礦渣與硅灰石同樣為瓷磚坯料提供氧化鈣，且不5、含揮發成分，因此成為快速燒成面磚的理想原料。引入磷礦渣的面磚坯料，燒后有時略呈灰色，但以乳白釉遮蓋即可。除用于坯料外，磷礦渣也被用于生產低溫釉的熔塊原料。另外，磷酸鹽尾礦由于含有石英85%，磷酸鈣6%，粘土6%等的化學成分，亦被用于生產建筑陶瓷的原料之一。我國早在20世紀70年代即開始采用磷礦渣、螢石礦渣等用于生產陶瓷墻地磚。他們常含有較多的低熔點成分、燒失量少、收縮低，故很適合低溫燒成生產工藝。 2、高爐礦渣 高爐礦渣的主要成分有二氧化硅，氧化鋁，氧化鈣、氧化鎂等。其化學成分還根據鋼鐵冶煉類型不同而有差別。如屬特定的高爐礦渣，其化學成分應該是穩定的。高爐礦渣種類有：粒狀礦渣、粉碎礦渣、膨脹礦6、渣及礦渣棉。目前可用于陶瓷面磚坯料生產的以粒狀礦渣與粉碎礦渣為主。近年來，西方有的陶瓷企業利用煉鋼粉塵研制開發黑褐色釉料，可以用于建筑衛生陶瓷制品的釉色裝飾，并取得多項專利，給我們很大啟發。 經破碎后的碎礦渣呈晶體形狀，屬于結構穩定的形狀，其化學成分也相對穩定。晶體礦渣由硅酸鹽及少量氧化物、硫化物組成，由于他們中氧化銅、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁含量不同，又分為以下幾種主要的硅酸鹽。鈣的硅鋁酸鹽：由二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈣組成，稱之為鈣黃長石；含兩個二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣，稱為鈣長石。 氧化鈣和氧化鎂的硅酸鹽:兩份二氧化硅、三份氧化鈣、氧化鎂，稱為鎂黃長石；兩份二氧化硅、三份氧化鈣、氧化鎂稱7、為鎂硅鈣石。 鈣的硅酸鹽：二氧化硅、兩份氧化鈣稱作二鈣硅酸鹽；兩份二氧化硅、三份氧化鈣稱為硅鈣石；二氧化硅、氧化鈣稱為硅灰石。 上述不同的高爐礦渣中，由于不含游離氧化鈣，很適于用作瓷磚坯料。礦渣化學成分比較穩定，來源豐富，原料成本低，很適于配制陶瓷面磚坯料。位于鋼鐵廠附近的建陶企業有條件適當引入高爐礦渣廢料，用作瓷磚配方，也可以開發新型環保型釉料。這樣做，除了降低生產成本外，由于采用廢料生產產品，還有可能從環保項目中獲得獎勵資金，此不贅述。 3、螢石礦渣 螢石的主要化學成分是氟化鈣，呈色為白、紅、藍、綠、紫等各種色調的透明巖石。自然界中存在的螢石多數夾雜有氧化硅、碳酸鈣、氧化鐵和氧化鋁。其熔點8、為1230度，具有較強的助熔作用，是釉料中的助熔劑原料。由螢石開采加工后形成的螢石礦渣，其化學成分為二氧化硅42.76%，氧化鋁7.58%，氧化鐵1.02%，氧化鈣38.97%，氧化鎂2.82%，氧化鉀1.10%，氧化鈉0.44%，五氧化二磷51.69%，三氧化硫0.2%，氧化鈦0.12%，氟2.00%，灼減1.36%。從化學組成看，螢石礦渣的主要組成是硅酸鈣，所以可以替代硅灰石，用于配制衛生潔具或瓷磚的坯料，也可用作陶瓷釉料的助熔劑材料。 4、粉煤灰 粉煤灰主要來自以煤粉為能源的火力發電廠排出的粉狀工業廢料，其外觀為灰黑色。目前國內各地火力發電廠產生的粉煤灰，由于煤種、煤粉細度、燃燒條件不同9、，化學成分有所波動，但他們的二氧化硅和氧化鋁的含量均在80%以上，由于其無粘結性，可用作瘠性原料，在瓷磚中的應用量可高達坯料配比重量的40-50%。粉煤灰的化學組成如下：二氧化硅51.56%，氧化鋁32.36%，氧化鐵3.78%，氧化鈣5.29%，氧化鎂0.89%，氧化鉀0.91%，氧化鈉0.44%，燒失量為3.38%。 從其化學組成上看，除氧化鐵含量高，不宜于生產日用瓷（白瓷、白炻器）外，完全可作為瓷磚坯料。河南禹州建陶廠使用粉煤灰生產地轉，取得成功。其地磚坯料配方組成如下：粉煤灰40%-50%，長石20-25%，黑泥8-10%，堿石20-25%,滑石1-3%。制成的地磚產品性能為：吸水率小10、于1%；抗折強度大于70MPa；瓷磚硬度大于7。由于粉煤灰成分與陶瓷粘土近似，粒度細、燒結性能好，因此可以大量引入坯料中。 我國各類火電廠每年產生的粉煤灰數以千萬噸計，目前除應用于瓷磚坯料外，還用作生產混凝土砌塊等新型建筑材料。不過從使用量看，用作瓷磚坯料的比例還很小，今后應加大利用的力度。 5、礬礦尾渣 我國是生產金屬釩的產量大國，每年形成的礬礦尾渣數量大，為了用作瓷磚坯料已進行了多年的研究工作，將礬礦尾渣與其他陶瓷原料進行計算配比，經原料加工后再進行壓制成形或擠壓成形，支撐磚坯，經過高溫燒成后，即為黑胎瓷磚產品。由于礬礦尾渣生產的瓷磚，燒結性能好，色澤純正、質地堅硬耐磨，在使用性能及外觀上11、成為與黑色天然花崗巖相比肩的建筑陶瓷裝飾材料產品。 目前，有些瓷廠已利用礬礦尾渣開發研制出陶瓷墻地磚產品，由于其獨特的外觀而受到市場歡迎。 6、陶瓷廠的廢料 建筑衛生陶瓷企業在從事正常生產時，都會造成許多種類的工業廢料。如用于淘洗原料及沖刷設備排出的廢泥水，燒成后的瓷磚、西式瓦、衛生潔具經過產品檢驗后挑選出的廢品，不可再用的匣缽與窯具等等。當前，對于陶瓷廠自身生產的工業廢料的綜合利用與回收利用的研究，已取得突破性進展，廢棄的泥水經回收、揀去雜物、除鐵外，又可以添加入陶瓷產品的配料中。對于廢品、廢匣與非窯具之類經過高溫燒成的廢料，則采用重新粉碎加工方法，將其磨碎成粒徑在0.5毫米以下，然后按3%12、的比例添加到瓷磚或西式瓦的配料中。近年來，國外的許多建陶企業都配備了帶式回轉磨機裝置，專門對企業內部產生的肥料進行再加工與回收利用，取得明顯的經濟效益與社會效益。國際上許多國家已經將綠色陶瓷制品定位為在生產線上不形成污染的產品。當然綠色制品本身應有益于人類正常生活，這是不言而喻的。讓陶瓷企業真正形成無廢料排放，實現良性循環的生產體制，已成為許多建陶企業追逐的目標。 7、城市垃圾變為寶 城市垃圾為人們日常生活中形成的廢物、廢渣、廢料等，又分為有機垃圾和無機垃圾兩類，其中無機垃圾包括廢玻璃制品、垃圾塵土、廢棄的裝修材料、舊房拆遷物等非金屬材料。經過化驗分析發現，城市無機垃圾中含有二氧化硅、氧化鋁等13、成分，經過處理后可以作為陶瓷原料配入瓷磚坯料中。目前美國及意大利幾家公司開發出再生技術，可以使生活中的無機垃圾、廢渣通過特殊的多功能焚化爐轉化成生產瓷磚的配料，生產出環保型磁磚制品。據資料介紹，經過處理的廢料在旋轉式高溫焚化爐中處理后，廢料中的有機物被迅速氣化蒸發，剩下的無機物廢料在1260-1538度高爐中熔融，形成玻璃狀再生原料，將再生原料與可塑性陶瓷原料經過混合、研磨，最后成型、燒成，能夠生產出環保型瓷磚產品，其中再生原料的添加量高達30%以上。西方國家在這方面走在了前面，一些國家甚至將碎紙機殘灰、污泥灰、咖啡殘渣等作在循環處理，制備成再生原料引入到建筑陶瓷的坯料內。 近年來，我國開發河14、底污泥生產建筑陶瓷已取得突破性進展。報載由某陶瓷研究所與高校合作展開科技攻關，利用上海蘇州河底污泥為原料燒制出陶瓷工藝制品。經過對河底污泥的分解、篩選及工藝配方，目前已生產出較潔白的陶瓷工藝品和建筑陶瓷制品及陶粒制品，由此開拓出使城市河泥變廢為寶、綜合利用的新途徑。我國現有數百座大中型城市，每年都有大量河底污泥有待清淤預處理，過去都作填埋處理，既占據了寶貴的良田耕地與城鎮土地資源，又容易形成新的污染源。將城市河底污泥用于燒制建陶制品，既緩解了環境污染，又降低了建陶產品的生產成本，可謂一舉兩得。更重要的是為綠色建筑陶瓷生產開辟了一條新途徑。河底污泥亦屬于城市生活垃圾種類，其中含有40-50%的陶瓷原料成分，今后對他的開發利用應逐步形成規劃與系列，已取得更好的成效。 總之，對于建筑衛生陶瓷企業來講，要繼續發展壯大，必須將綠色陶瓷制品的開發與研究當作未來的發展目標，盡可能利用各種工業廢料及城市廢棄物，生產出符合市場要求與環保要求建筑衛生陶瓷產品，既迎合當前綠色產品的要求，又降低了生產成本，提高了企業的經濟效益。