摘 要 本文綜述了工業(yè)固體廢棄物的來(lái)源及其在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用，并展望了其應(yīng)用前景#65377;

關(guān)鍵詞 工業(yè)固體廢棄物，陶瓷工業(yè)，應(yīng)用

1引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)固體廢棄物的種類和數(shù)量也越來(lái)越多，不但對(duì)環(huán)境造成了污染而且還是一種資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)，廢棄物的處理問題也給企業(yè)帶來(lái)了無(wú)形的壓力#65377;隨著陶瓷工業(yè)的飛速發(fā)展，陶瓷礦產(chǎn)資源消耗巨大且浪費(fèi)嚴(yán)重，造成許多優(yōu)質(zhì)陶瓷原料資源瀕臨枯竭，而且較高的價(jià)格也限制了其應(yīng)用，所以目前工業(yè)固體廢棄物的再利用受到了世界各國(guó)的重視#65377;大力開發(fā)利用低質(zhì)原料和工業(yè)廢料，不僅有利于優(yōu)質(zhì)陶瓷原料的保護(hù)，還可以降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展#65377;

2 工業(yè)固體廢棄物

目前，在陶瓷行業(yè)中應(yīng)用的工業(yè)固體廢棄物主要有各種工業(yè)尾礦#65380;廢渣#65380;廢料，如煤矸石#65380;粉煤灰#65380;赤泥#65380;金礦尾砂#65380;冶金礦渣#65380;化工廢渣#65380;玻璃廢料#65380;陶瓷廢料#65380;耐火材料廢料等^[1]#65377;

3工業(yè)固體廢棄物在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 工業(yè)固體廢棄物在制磚中的應(yīng)用

以赤泥#65380;粉煤灰等工業(yè)固體廢料為原料，生產(chǎn)的高質(zhì)量藝術(shù)型清水磚墻體材料可替代傳統(tǒng)的粘土磚#65377;此磚不但節(jié)能#65380;利廢，還具有質(zhì)輕#65380;保溫#65380;隔音等優(yōu)點(diǎn)#65377;

由于原料是工業(yè)廢料，其成分波動(dòng)大，故應(yīng)添加少量的天然礦物添加劑來(lái)調(diào)節(jié)制磚的工藝性能，并需對(duì)廢碴進(jìn)行適當(dāng)?shù)年惛?65380;均化等處理#65377;吳建峰等^[2]利用赤泥#65380;粉煤灰等工業(yè)廢料制備出高性能的清水磚，其氣孔率達(dá)40%～50%，抗折強(qiáng)度可達(dá)50～80MPa;燒成溫度范圍在1110～1140℃之間，在燒成溫度范圍內(nèi)，樣品的性能和結(jié)構(gòu)均可達(dá)標(biāo)#65377;其制備工藝流程為:赤泥#65380;頁(yè)巖等原料-配料-球磨-造粒-陳腐-成形-裝飾-燒成#65377;

鄧斌等^[3]用石墨尾礦#65380;煤矸石#65380;粉煤灰#65380;垃圾焚燒灰等工業(yè)固體廢料制造出環(huán)保生態(tài)磚，其工藝如下:粘土#65380;長(zhǎng)石等原料細(xì)磨-加入固體廢料-混合-造粒-壓制成形-干燥-燒成，其制品性能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，且固體廢料的加入量達(dá)70%以上#65377;

3.2 工業(yè)廢料在陶瓷顏料中的應(yīng)用

范恩榮^[4]利用一些工業(yè)廢料和選礦尾渣配制陶瓷顏料，作了如下研究:將含有2%#65380;4.2%#65380;6.6%的錳礦石浮選尾礦作為著色劑配合料制成的磚坯在1020℃下于氧化氣氛中燒成，可分別獲得具有均勻色澤的淡咖啡色#65380;深咖啡色和黑色磚#65377;

國(guó)外以紅色粘土為原料，以低品位錳礦為著色劑，以陶瓷生產(chǎn)的陶瓷片廢料磨成的細(xì)粉作瘠性料，研制成了紅色墻磚#65377;黃鐵礦渣可作為生產(chǎn)深紅色和櫻紅色磚的著色劑#65377;黃鐵礦渣是生產(chǎn)硫酸和亞硫酸紙漿的粉末狀廢料，其成分和顆粒度均勻，在燒成過(guò)程中，黃鐵礦渣可起到助熔#65380;改善燒結(jié)#65380;提高制品強(qiáng)度和耐寒性的作用#65377;工業(yè)實(shí)驗(yàn)表明，生產(chǎn)櫻紅色和深紅色磚時(shí)鐵礦渣的引入量為6%～7%(體積比);生產(chǎn)深紅色磚也可以用鐵礦的選礦尾渣，其引入量一般為5%～25%(體積比)，這種磚應(yīng)在氧化氣氛中燒成#65377;另外，還可以用煉鐵高爐灰#65380;紅色礦渣(鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的廢料)等來(lái)生產(chǎn)紅色磚#65377;

3.3 工業(yè)固體廢棄物在制備合成硅基陶瓷原料中的應(yīng)用

以SiC，Si3N4，Sialon為代表的硅基陶瓷材料近年來(lái)發(fā)展迅速，但是這些陶瓷材料的合成，多用較純的硅源和碳源做原料，成本偏高#65377;煤矸石#65380;尾礦等廢棄物由于硅含量(SiO₂)較高，以其作為生產(chǎn)硅基陶瓷的硅源在理論上完全可行^[5]#65377;

根據(jù)煤矸石中SiO₂與C天然緊密結(jié)合的特點(diǎn)，何恩廣等^[6]分別以煤矸石#65380;石英砂與弱粘煤#65380;無(wú)煙煤做原料，用Acheson工藝合成了SiC#65377;研究表明:煤矸石的微觀結(jié)構(gòu)有利于SiC在較低溫度下進(jìn)行充分的合成反應(yīng)#65377;煤矸石中的SiO₂(粒徑小于10μm)成球狀，被包覆在厚度小于5μm的碳有機(jī)質(zhì)薄殼中;該結(jié)構(gòu)有利于在反應(yīng)溫度下由SiO₂產(chǎn)生的SiO氣相以較高的擴(kuò)散壓力與外圍的C質(zhì)形成徑向球面沖擊擴(kuò)散，從而加快傳質(zhì)過(guò)程，降低反應(yīng)溫度#65377;

王曉剛等^[7]分別以硅質(zhì)煤矸石#65380;高嶺石質(zhì)煤矸石#65380;石英砂巖粉與煙煤混合合成了β-SiC#65377;所用原料全部來(lái)自煤礦資源，是“全煤化”合成SiC的新方法，可達(dá)到廢棄物資源化與控制污染的目的，并可降低能耗和生產(chǎn)成本#65377;如果進(jìn)一步在氮?dú)獗Ｗo(hù)下熱解活化煤矸石，確定最佳活化條件，然后酸浸除去其中的鋁，最終生成的SiC含量高達(dá)87.43%^[5]#65377;

電廠灰常常被用作制造Sialon(Si₂NO與Al₂O₃的固溶體)陶瓷的一種原料#65377;如Kudyba等^[8]進(jìn)行了電廠灰合成Ca-α/β-Sialon的研究#65377;通過(guò)添加一定量的Ca元素調(diào)整原料化學(xué)成分的比例(Al/Si和Ca/(Si+Al))，在一定的溫度下合成了Ca-α/β-Sialon#65377;

3.4 玻璃工業(yè)廢棄物在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用

有人將玻璃纖維廢料轉(zhuǎn)變成玻璃粉末，并將該粉末與添加劑混合物顆?；幚恚缓髮㈩w粒狀粒子成形為陶瓷生坯，最后加熱燒結(jié)成為陶瓷產(chǎn)品，其燒結(jié)溫度只有700～1000℃，大大降低了能源和天然資源的消耗#65377;另外，還可以將赤泥與花崗石碎屑和碎玻璃混合，通過(guò)熔化和結(jié)晶生產(chǎn)玻璃陶瓷材料#65377;

4陶瓷工業(yè)固體廢料的再利用

當(dāng)前，對(duì)陶瓷廠自身產(chǎn)生的工業(yè)廢料回收利用的研究已取得了突破性進(jìn)展#65377;主要體現(xiàn)在以下方面:

4.1 陶瓷原料廢料在陶瓷自身生產(chǎn)中的再利用

廢白瓷粉在陶瓷坯體中的循環(huán)利用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，坯料中廢瓷粉的引入量一般為5wt%～10wt%#65377;廢白瓷粉在陶瓷釉中也得到了廣泛的應(yīng)用，陶瓷釉中引入廢瓷粉，不僅可以充分利用廢陶瓷，利于環(huán)境保護(hù)，而且還可以降低釉料的燒成溫度#65380;改善坯釉結(jié)合性能#65380;提高釉面質(zhì)量#65377;釉料中廢瓷的引入量可達(dá)20wt%～28wt%^[1]#65377;

廢料泥水經(jīng)回收#65380;揀去雜物#65380;除鐵后，可添加到瓷磚的配料中#65377;沒有上釉的生坯可以全部化漿回用#65377;對(duì)上釉的生坯廢品，粗陶廠可按比例適當(dāng)混入泥料重復(fù)使用，但大部分日用瓷廢坯不宜回用，否則將影響釉燒質(zhì)量^[9]#65377;

4.2 陶瓷產(chǎn)品廢料在瓷磚中的應(yīng)用

目前透水磚生產(chǎn)通常要用到陶瓷廢料#65377;陳平等^[10]以50%～70%陶瓷廢料與30%～50%的瓷石#65380;滑石等為基礎(chǔ)物料，加入一定比例的粘結(jié)劑和發(fā)泡劑，如煤粉#65380;木屑等，采用干壓法成形，并在1150～1200℃范圍燒成#65377;采用合適的工藝條件，調(diào)節(jié)好顆粒級(jí)配#65380;基礎(chǔ)配料的粒度和配比#65380;成形壓力及燒成制度等，制得了透水系數(shù)為 3.2×10-4㎝/s#65380;抗折強(qiáng)度為18.4MPa#65380;抗壓強(qiáng)度為19.7MPa的環(huán)保型滲水磚#65377;為了獲得良好的滲水磚強(qiáng)度，通常還要加入玻璃粉或高溫砂粒#65377;透水磚各相合適的比例為:玻璃相20%～30%，晶相30%～40%，氣孔相30%～40%#65377;此法可在一般的隧道窯或輥道窯中燒結(jié)，操作方便且有利于工業(yè)化大生產(chǎn)#65377;

陶瓷廢料在劈開磚中的應(yīng)用也十分廣泛#65377;在劈開磚的生產(chǎn)過(guò)程中，通常把陶瓷廢料磨細(xì)到一定粒度后作為原料，較粗顆粒(8～30目)用作生產(chǎn)劈開磚的原料，能增加劈開磚的表面裝飾效果，其含量可在15wt%左右;篩下物(30目篩)可以作為生產(chǎn)劈開磚的一種原料直接摻入，然后與別的原料一起制成劈開磚#65377;該方法大大降低了原料成本，具有更大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力#65377;

陶瓷廢料還可應(yīng)用在免燒磚和仿古磚等瓷磚工業(yè)中，效果良好#65377;

4.3 陶瓷廢料在生產(chǎn)多孔陶瓷中的應(yīng)用

我國(guó)一些研究者經(jīng)過(guò)多年的努力，研制出一種利用陶瓷廠廢料生產(chǎn)多孔陶瓷的工藝方法#65377;韓復(fù)興等^[11]對(duì)陶瓷廢棄物生產(chǎn)多孔陶瓷進(jìn)行了研究#65377;首先將固體廢棄物加工成一定粒度的粉料備用，將各種原料稱量并混合均勻后，裝入不銹鋼模具中，放入電爐內(nèi)燒制#65377;配料中以土粉作填充料，瓷粉作骨料，粉煤灰和釉粉作發(fā)泡基礎(chǔ)料，另有發(fā)泡劑煤粉和助泡劑硼酸#65380;硝酸鈉等#65377;粉料顆粒度見下表#65377;

配料時(shí)，先將發(fā)泡基礎(chǔ)料#65380;發(fā)泡劑和助泡劑混和均勻，并過(guò)100目篩三遍，然后加入填充劑和骨料，混勻后平攤于不銹鋼模內(nèi)，置于電爐內(nèi)燒制#65377;

該方法所研制出的多孔陶瓷容量低#65380;強(qiáng)度高，適用于新的墻體材料，亦可用于制造廣場(chǎng)透水磚#65377;利用建陶廠固體廢棄物生產(chǎn)多孔陶瓷，不需增添設(shè)備，廢料利用率高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益好#65377;

4.4 陶瓷工業(yè)廢窯具#65380;廢模具的回收利用

由于目前輥道窯在陶瓷行業(yè)中的大量使用，輥棒的使用量隨之增大，其加工切割之后的邊角余料以及斷裂損耗量也隨之急劇增多，這些廢料如果無(wú)法回收，將會(huì)帶來(lái)污染和資源浪費(fèi)#65377;

嚴(yán)東亮等^[12]以陶瓷輥棒廢料(莫來(lái)石-剛玉質(zhì))為主要原料(用量50%～70%)，以高嶺土#65380;滑石#65380;碳酸鈣和碳酸鋇等為輔料，經(jīng)粉碎#65380;配料#65380;混料#65380;烘干后，在CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂或CaO-BaO-SiO₂-Al₂O₃體系中，采用等靜壓成形和低溫快燒工藝，生產(chǎn)出鋁含量為50%～60%#65380;性能優(yōu)異的高檔耐磨的研磨介質(zhì)，不但解決了輥棒廢料難處理的問題，還節(jié)約了礦物資源和能源，減少了環(huán)境污染，降低了研磨介質(zhì)的生產(chǎn)成本#65377;

對(duì)于廢匣與其它廢窯具等經(jīng)高溫?zé)傻膹U料，宜在重新粉碎加工后用作硬質(zhì)料#65377;可將其磨碎(粒徑在0.5mm以下)，然后按照一定的比例添加到瓷磚或其它產(chǎn)品的配料中#65377;廢匣缽在本廠可利用15%左右，其余可供給耐火材料廠#65377;

陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢石膏?？煞謨蓚€(gè)途徑處理:一是現(xiàn)場(chǎng)再生利用;二是送至水泥廠作原料使用#65377;再生工藝只能部分再生利用且不能重復(fù)再生，成本較高，有二次污染#65377;因此，國(guó)外大多是送往水泥廠作生產(chǎn)水泥的原料#65377;

4.5 陶瓷廢料在陶瓷工業(yè)中的其它用途

陶瓷廢料還可以用來(lái)制造陶粒新型建材制品，如佛山市陶瓷研究所以陶瓷廠的廢料做成的輕質(zhì)陶粒為主要原料，輔以造孔劑和防水劑，采用一般的成形方法研制成一種新型多孔地鐵吸音材料，該吸音材料吸音頻率范圍寬，吸音效果明顯^[13]#65377;陶瓷廢料陶粒還能用于減震材料#65380;蓄水材料以及輕質(zhì)陶?；炷凉橇系炔牧系难兄?65377;

5前景展望

隨著科技的發(fā)展#65380;能源和環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步增強(qiáng)，以資源化和無(wú)害化為原則，以開發(fā)高附加值和多功能新材料為目標(biāo)的工業(yè)固體廢棄物再利用手段已受到人們的廣泛關(guān)注#65377;由于陶瓷工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，煤炭工業(yè)產(chǎn)生的煤矸石#65380;電力工業(yè)排放的粉煤灰和冶金工業(yè)產(chǎn)生的礦渣等，很大部分都可被陶瓷工業(yè)利用#65377;它們之間的共生和代謝關(guān)系，有利于工業(yè)系統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展#65377;相信在國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大格局下，陶瓷產(chǎn)業(yè)可以逐步打造成新型綠色產(chǎn)業(yè)，而且可以在發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)中做出更大的貢獻(xiàn)#65377;

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Utilization of Industrial Solid Waste in Ceramic Industry

Fu Peng1 Liu Weidong2

(1 Dept.of Materials ScienceLiaocheng UniversityLiaochengShandong 252000

2 Dept.of Materials ScienceSouth China University of TechnologyGuangzhouGuangdong 510640)

Abstract:In this paper，origin and utilization of industrial solid waste in ceramic industry were summarized，and the foreground of industrial solid waste in ceramic industry was also analyzed.

Keywords: industrial solid waste，ceramic industry，utilization