摘 要：本文綜述了低劣質(zhì)原料的分類及其在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了低劣質(zhì)原料在未來的應(yīng)用和發(fā)展前景，指出了低劣質(zhì)原料必須從技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、企業(yè)管理和人員意識等方面來提高其綜合利用效率，并在提高低劣質(zhì)原料利用比例的同時(shí)，著重實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，使低劣質(zhì)原料特別是陶瓷企業(yè)自身產(chǎn)生的陶瓷廢料實(shí)現(xiàn)真正的“零排放”和循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：低劣質(zhì)原料；陶瓷廢料；廢渣；綜合利用

1 前 言

陶瓷是具有中國特色的產(chǎn)業(yè)，在全世界早已成為“中國”的代名詞。數(shù)據(jù)顯示，2009年我國陶瓷磚的產(chǎn)量近60億平方米，約占世界產(chǎn)量的2／3。隨著陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，不但消耗了越來越多的優(yōu)質(zhì)礦物原材料，陶瓷工業(yè)廢料的日益增多也給環(huán)境造成了巨大的壓力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年佛山地區(qū)各種陶瓷廢料的年產(chǎn)量已經(jīng)超過了600萬噸，而全國陶瓷廢料的年產(chǎn)量估計(jì)達(dá)到了1500萬噸。如此大量的陶瓷廢料對環(huán)境造成了極其惡劣的影響，嚴(yán)重制約和限制了陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何綜合利用陶瓷廢料、鋼廠礦渣和煤矸石等低劣質(zhì)原料已經(jīng)成為科技和環(huán)保部門的當(dāng)務(wù)之急。綜合利用低劣質(zhì)原料， 大力推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，不僅有利于優(yōu)質(zhì)陶瓷礦物原料的保護(hù)，也是陶瓷企業(yè)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、降低污染的重要途徑和手段，同時(shí)推動(dòng)企業(yè)利潤的快速增長，提升企業(yè)產(chǎn)品的綜合競爭力，有利于陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

２低劣質(zhì)原料的分類

低劣質(zhì)原料主要包括各種工業(yè)固體廢棄物和劣質(zhì)礦物原料。工業(yè)固體廢棄物又包括各種工業(yè)尾礦、廢渣和廢料，如陶瓷制品生產(chǎn)過程中，由于球磨、造粒、成形、干燥、施釉、焙燒、搬運(yùn)及貯存等工序中產(chǎn)生的廢坯料、廢釉料、燒成廢料、研磨拋光渣和破損的陶瓷制品等陶瓷廢料；鋼鐵工業(yè)廢渣、化工廢料、玻璃廢料、耐火材料廢料、鉻鹽廢渣、粉煤灰、磷礦渣、金礦尾渣、稀土廢渣和煤矸石等工業(yè)廢渣。劣質(zhì)礦物原料主要指千枚巖、紅粘土、瓷石尾砂和頁巖等天然原料。

３陶瓷消納低劣質(zhì)原料的現(xiàn)狀

3.１陶瓷廢料制備功能性陶瓷

許多陶瓷廠為響應(yīng)國家“清潔生產(chǎn)”和“節(jié)能減排”的環(huán)保政策，對自身產(chǎn)生陶瓷廢料回收利用的研究已取得了突破性進(jìn)展。陶瓷廢料不僅可以由陶瓷廠直接加以回收利用，用于制造傳統(tǒng)陶瓷墻地磚，而且可以用其生產(chǎn)各種功能性陶瓷。

3.1.1制備透水磚

由于多孔陶瓷具有良好的耐熱、耐化學(xué)侵蝕性能且便于維護(hù)，因此成為過濾材料發(fā)展的主要方向。近年來利用各種陶瓷廢料制備多孔陶瓷受到了人們的重視。我國一些研究者經(jīng)過多年的努力，研制出多種利用陶瓷廠廢料生產(chǎn)多孔陶瓷的工藝方法。

周松青[1]等人利用破損陶瓷和陶瓷廢料為主要原料，低成本制造高附加值的陶瓷透水磚。方案的成功實(shí)施在一定程度上解決了破損陶瓷和陶瓷廢料的環(huán)保問題，使資源得到循環(huán)利用，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。按照這些方案來生產(chǎn)透水磚，陶瓷破損料和陶瓷廢料的加入量最多可占到75%～85%。以上研究解決了陶瓷生產(chǎn)中所產(chǎn)生的破損陶瓷和廢料的再利用問題， 特別是解決了拋光磚磨屑再利用難、潔具次品再利用技術(shù)可行但經(jīng)濟(jì)上不可行的難題，大大降低了透水磚的生產(chǎn)成本，有利于透水磚的推廣。

河南興盛陶瓷有限公司的韓復(fù)興[2]等人對陶瓷廢棄物生產(chǎn)多孔陶瓷進(jìn)行了研究。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。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、硝酸鈉等。該方法所研制出的多孔陶瓷具有容量低、強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，適用于新的墻體材料，亦可用于制造廣場透水磚。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。

陳平等[3]以50%～70%陶瓷廢料與30%～50%的瓷石、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、木屑等， 采用干壓法成形， 并在1150～1200℃范圍燒成。采用合適的工藝條件， 調(diào)節(jié)好顆粒級配、基礎(chǔ)配料的粒度和配比、成形壓力及燒成制度等， 制得了透水系數(shù)為3.2×10-4㎝/s、抗折強(qiáng)度為18.4MPa、抗壓強(qiáng)度為19.7MPa 的環(huán)保型滲水磚。

3.1.2制備輕質(zhì)陶粒和陶瓷材料

近年來，國內(nèi)外開始了利用工業(yè)廢料生產(chǎn)輕質(zhì)陶瓷材料。輕質(zhì)陶粒容重小、內(nèi)部多孔、形態(tài)與成分較均一，具有一定的強(qiáng)度和堅(jiān)固性，因而具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良好的隔絕性、保溫、隔熱、隔音、隔潮等功能特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于建筑、化工、石油等部門。在建筑方面，可以作為輕骨料制備混凝土和輕質(zhì)墻體保溫板，也可以作為填料填在空心墻或窯的襯層中進(jìn)行隔熱保溫。

鄭樹龍[4]等人通過在配方中引入一定比例含水量為35%的陶瓷拋光廢渣，重新噴霧、成形、燒制， 生產(chǎn)出具有高強(qiáng)及多孔結(jié)構(gòu)的新型輕質(zhì)建筑陶瓷材料。產(chǎn)品質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，便于運(yùn)輸施工，具有極低的材料導(dǎo)熱系數(shù)，可應(yīng)用于建筑物外墻，具有良好的建筑節(jié)能性能，是良好的綠色新型建筑材料， 具有廣泛推廣的意義。

武漢理工大學(xué)的王凱[5]等人利用廢陶瓷為主要原料，配合珍珠巖尾礦粉、赤泥等原料，經(jīng)過粉碎、過篩、顆粒混合配料、混合濕磨、造粒成球、干燥、預(yù)熱、烘燒、冷卻、成品、破碎、過篩等工序在較低溫度下可燒成性能指標(biāo)符合要求的陶粒。

繆松蘭[6]等人利用建筑陶瓷生產(chǎn)中產(chǎn)生的拋光渣為主要原料，成功制備了一種體積密度460～750kg/m3、抗壓強(qiáng)度為9.8～13.1MPa、抗折強(qiáng)度5.7～7.1MPa、耐堿性98.1％～98.7％、導(dǎo)熱系數(shù)0.121W／(m·K)、隔音量26～32Db、熱穩(wěn)定性350℃至20℃水中3次不裂和抗凍性-15～15℃凍融循環(huán)20次的輕質(zhì)陶瓷材料。針對拋光渣可塑性低、燒成溫度偏高等問題，研究人員添加了高可塑性的鎂質(zhì)粘土與熔劑性原料，采用可塑法成形或者壓制法成形，燒成溫度低于1200℃，燒成時(shí)間2h左右，通過優(yōu)化工藝制度與調(diào)整燒成制度，研制出了以閉口氣孔為主，無滲透性的輕質(zhì)陶瓷材料。

3.2陶瓷廢料制備傳統(tǒng)陶瓷

3.2.1制備瓷質(zhì)仿古磚

廣東金意陶陶瓷有限公司通過建設(shè)2500m2固體廢物處理中心，集中分類、收集、均化、處理陶瓷行業(yè)各類固體廢物，穩(wěn)定固體廢物化學(xué)成分和理化性能。首次將陶瓷行業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的各種陶瓷廢渣（廢泥、廢坯、廢磚、廢渣和粉煤灰）同時(shí)加入仿古磚坯體配方中，并使仿古磚配方中固體廢物利用率大于30%，產(chǎn)品吸水率小于0.5%。項(xiàng)目的成功實(shí)施，為建筑陶瓷行業(yè)開辟一條環(huán)保新路，同時(shí)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。日本愛和陶公司的李玉峰[7]通過穩(wěn)定陶瓷廢料的性能，經(jīng)過多次試制和研發(fā)，也成功地利用陶瓷廢坯、廢泥作為主要原料生產(chǎn)仿古磚。

3.2.2制備新型輕質(zhì)陶瓷磚

金建福[8]等人以廢陶瓷碎片為主要原料，加入適量在高溫時(shí)能產(chǎn)生大量氣體的原生礦物的混合物和無機(jī)復(fù)合礦化劑，通過優(yōu)化配方和工藝，制得集輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱、隔音、防滲、抗凍、耐化學(xué)腐蝕等特性于一身的多功能、高性能輕質(zhì)?；沾?，并已在電力行業(yè)濕法脫硫排煙系統(tǒng)中得到成功的應(yīng)用。此外，廣東金意陶陶瓷有限公司、佛山歐神諾陶瓷有限公司和華南理工大學(xué)等企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也利用陶瓷廢料開發(fā)出新型輕質(zhì)建筑陶瓷磚。

3.2.3制備外墻磚

曹毅軒[9]等人利用超過70%的冶煉廢渣、硫酸渣、隧道窯的爐灰等工業(yè)廢渣和低于30%的可塑性粘土及少量坯體增強(qiáng)劑生產(chǎn)瓷質(zhì)外墻磚，在較低溫度下迅速共熔而形成足夠玻璃相，燒成后產(chǎn)品吸水率達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3工業(yè)廢料制備陶瓷磚

3.3.1鋼鐵工業(yè)廢料制備陶瓷磚

湖南大學(xué)的裴立宅[10]等人以湖南漣鋼的高爐渣和鋼渣（礦渣利用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％以上）以及天然礦物為主要原料，用熔融法制備得到了性能優(yōu)良的CaO-A12O3-SiO2系玻璃陶瓷。武漢理工大學(xué)的陳吉春[11]等人以武鋼程潮鐵礦的低硅鐵尾礦為原料，根據(jù)其主要成分特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種四元體系的微晶玻璃原料，經(jīng)選擇合理的工藝制度和晶核劑，在控制條件下制取了以透輝石為主晶相的微晶玻璃，也取得了一定的成果。

3.3.2粉煤灰和煤矸石制備陶瓷磚

粉煤灰是煤燃燒后的產(chǎn)物，外觀呈灰黑色。其成分由于各地所用煤的產(chǎn)地、煤粉的細(xì)度、燃燒的條件而不同。吳建峰[12]等利用粉煤灰、赤泥等工業(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)。此磚不但節(jié)能、利廢， 還具有質(zhì)輕、保溫、隔音等優(yōu)點(diǎn)。

鄧斌[13]等用煤矸石、粉煤灰、石墨尾礦、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、長石等原料細(xì)磨→加入固體廢料→混合→造?！鷫褐瞥尚巍稍铩鸁?，其制品性能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，且固體廢料的加入量達(dá)70%以上。

3.3.3稀土、鉻鹽和選礦尾渣制備陶瓷磚

成都開發(fā)中心利用稀土廢棄物成功研制出稀土色料和稀土釉粉。經(jīng)專家驗(yàn)收認(rèn)為，它們既能替代陶瓷生產(chǎn)工藝中所必需的鋯英砂、氧化鋅以及硼砂、純堿等原材料，又可有效縮短燒成時(shí)間，同時(shí)提高產(chǎn)量、質(zhì)量，并且無污染。

長沙理工大學(xué)的葉昌[14]通過在鉻渣中加入一定量的添加原料，在適當(dāng)?shù)臏囟认蚂褵?，通過固相反應(yīng)，制得陶瓷高溫色料，然后將色料加入陶瓷坯料中，經(jīng)高溫煅燒，使其致密化固化，達(dá)到鉻渣的解毒和綜合利用的目的。

范恩榮[15]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%、4.2%、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、深咖啡色和黑色磚。

3.4劣質(zhì)礦物原料制備陶瓷磚

劉屬興[16]等人對瓷石尾砂、粉煤灰、千枚巖、紅粘土等劣質(zhì)原料進(jìn)行了化學(xué)分析、礦物分析，以這些劣質(zhì)原料為主要原料，試制出低溫快速燒成外墻磚坯體。

韓復(fù)興[17]等人利用廣東肇慶四會(huì)本地的劣質(zhì)原料和廢棄料進(jìn)行了原礦性能、泥漿性能、粉料性能及燒結(jié)性能等試驗(yàn)，并對部分原料進(jìn)行了化學(xué)分析。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用這些劣質(zhì)原料試制出了二次燒內(nèi)墻磚。生產(chǎn)實(shí)踐表明：利用四會(huì)本地劣質(zhì)原料和原料尾礦生產(chǎn)二次燒內(nèi)墻磚，不僅具有原料成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以大幅度縮短球磨時(shí)間，降低了生產(chǎn)能耗。

4 陶瓷消納低劣質(zhì)原料的發(fā)展前景

中國是當(dāng)今世界上傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)量最大的國家，陶瓷工業(yè)也成為了國內(nèi)多個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，對環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。降低環(huán)境污染和對低劣質(zhì)原料的綜合再生利用是環(huán)保的兩個(gè)主要發(fā)展方向，以資源化和無害化為原則，以開發(fā)高附加值和多功能新材料為目標(biāo)，低劣質(zhì)原料再利用受到全世界特別是發(fā)展中國家的廣泛關(guān)注。因此，必須從以下幾個(gè)方面來加強(qiáng)和提高低劣質(zhì)原料綜合利用的效率：

（1） 必須積極深入地加強(qiáng)低劣質(zhì)原料綜合利用技術(shù)的攻關(guān)，根據(jù)低劣質(zhì)原料的理化性能不同，合理應(yīng)用在不同的陶瓷產(chǎn)品中。逐步提高低劣質(zhì)原料的利用效率，使低劣質(zhì)原料的使用從研發(fā)、小試、中試階段，逐步實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。

（2） 國家必須出臺政策調(diào)整陶瓷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，限制大量使用不可再生礦物資源，鼓勵(lì)發(fā)展環(huán)保、節(jié)能建筑陶瓷、衛(wèi)生潔具和日用瓷等環(huán)境友好型的高新陶瓷產(chǎn)品，并優(yōu)先支持低劣質(zhì)原料在陶瓷企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的項(xiàng)目。

（3） 必須提高陶瓷企業(yè)的管理水平，從細(xì)節(jié)著手，把節(jié)能減排落實(shí)到生產(chǎn)的各個(gè)工序中。

（4） 必須提高整個(gè)陶瓷行業(yè)從業(yè)人員特別是陶瓷技術(shù)人員的環(huán)境意識，使其在陶瓷技術(shù)研發(fā)和攻關(guān)中時(shí)刻把生產(chǎn)環(huán)保產(chǎn)品放在首位。

相信在國家發(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)。

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