王 群 程小蘇 曾令可 王 慧

（華南理工大學材料學院，廣東廣州 510640）

0 前言

近20 年來，陶瓷行業(yè)進入了日新月異的發(fā)展階段，新技術、新設備的大量使用，陶瓷產量也有較大幅度增長。在產量猛增的同時，陶瓷廢料的產生量也越來越多，以潮州瓷區(qū)為例，年陶瓷生產量200 多萬噸，產生的廢瓷在10 萬噸以上。而且陶瓷碎片千年難以風化，難以處理，環(huán)保費用高。大量的陶瓷廢料不僅讓企業(yè)為如何處理而頭疼，也讓政府為其對環(huán)境造成的破壞而大傷腦筋，如何將之變廢為寶，成為了整個行業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展的當務之急。而于此同時，由于大量開采，瓷土資源正以驚人的速度減少，其中，潮州多數陶瓷廠家依賴的飛天燕瓷土礦在短短十幾年間，已從原來的“高山”變成“小丘”。有人預測，以目前這樣的開采速度，再過10 年，瓷都可能出現無瓷土開采的尷尬局面！事實上，把陶瓷廢棄物回收制成再生陶瓷，可使陶瓷企業(yè)減少廢棄物的排放量，甚至可以實現零排放，據測，再生陶瓷比普通陶瓷原料成本可下降30%，燒成成本下降50%，一級品率達98%以上，具有較高的環(huán)保效益和經濟效益。這也是我國經濟發(fā)展面臨著資源短缺的瓶頸，實現資源的循環(huán)利用，以達到減量化、無害化、資源化的目的，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要任務的必然的選擇。

1 廢瓷的主要性能

1.1 廢瓷的破碎

廢瓷處理中的主要問題在于廢瓷具有很高的強度，與其他原料不同。不同粘土礦物雖然顆粒大小不同，蒙脫石和伊利石的顆粒要比高嶺石小，但一般粘土礦物的顆粒很細，其直徑一般在1～2μm 以下[1]。而其他的礦物原料，由于本身較多裂紋的存在，也比廢瓷更容易破碎。

1.2 廢瓷的粒度

圖1 廢瓷的粒度分布Fig.1 Particle size distribution of waste ceramics

表1 廢瓷的化學組成Tab.1 Chemical composition of waste ceramics

2μm 顆粒很少。而對泥漿性能和燒結性能產生重大影響的是坯料中小于2μm 顆粒所占的比例。因此，廢料的利用須配以可塑性好，細顆粒多的二次粘土，在配方的改進方面也要多考慮從粘土方面著手，并且合理控制各工序的含水率和分散劑的加入量，確保成品泥漿的含水率和工藝性能達到生產要求。

1.3 廢瓷的組成

廢瓷粉的化學組成如表1 所示，化學組成中SiO2、Al2O3含量與長石接近，K2O、Na2O 比長石低，在一般情況下，廢瓷粉在釉料配方中可以部分代替長石，既降低了釉料中堿金屬氧化物的含量，同時使釉料中SiO2、Al2O3含量不發(fā)生明顯變化，從而提高釉的始融溫度。而釉的始融溫度提高，有利于坯體分解物的排出。廢瓷已經過高溫燒成，在燒成過程中不會再分解氣體，因此，燒失量小，可以改善釉面質量，同時可以增強坯體抵抗變形的能力。

圖2 為廢瓷的XRD 圖。從圖中可以看到廢瓷主要物相為莫來石和石英，圖譜中還有較多的彌散峰，說明廢瓷中還有部分玻璃相。玻璃相的存在主要是廢瓷含有釉層，釉層中玻璃相較多[2]。玻璃相有利于降低陶瓷的燒成溫度。

2 廢瓷對燒成的影響

為解決廢瓷的污染問題并節(jié)約資源，人們在燒成工藝及配方設計上都做了大量的工作，但是，目前廢瓷的利用量比較低，廢瓷的應用范圍很窄。通過對生產工藝和原材料配方的研究，陶瓷廢料已成功地用于多種釉料的生產中，并取得了較為理想的效果。人們逐漸在衛(wèi)生陶瓷的生產中也嘗試采用陶瓷廢料[3]。

2.1 對坯體性能的影響

（1）添加廢瓷可以提高漿料的流動性，但必須將摻量控制在適量的范圍。衛(wèi)生陶瓷的形狀復雜，高塑性的泥漿不容易從復雜形狀的制品中倒出，泥漿留在各個角落和復雜的部位，而后這些地方會因未排出的泥漿和吃漿層的濕度差而在制品風干時出現裂紋。

（2）廢瓷已經過了高溫的燒結，各部分成分間反應已經較為徹底。廢瓷作為瘠性料，可以改善泥料的透水性，加快注漿速度，從而提高模具的效率。廢瓷中的有機物、吸附水、結晶水和氣體含量都很少，故燒失量很?。ǎ?%），甚至幾乎沒有，遠遠小于粘土等的燒失量。干燥和燒成的過程中收縮較小，在燒成過程中起著骨架的作用，減少了變形，便于控制產品的尺寸。

圖2 廢瓷礦物組成的XRD分析Fig.2 XRD analysis of waste ceramics

（3）在結晶過程中從母相中最初形成的可以穩(wěn)定存在的新相的胚胎叫晶核，是新晶體生長的核心。加了廢瓷粉比不加廢瓷粉的瓷器含有更多的莫來石，這是因為，從圖2 可知廢瓷片中含有莫來石，莫來石在坯體中起晶核的作用。燒成時，莫來石更容易生成，因此，加了廢瓷片的瓷器的強度增大，同時瓷器的熱穩(wěn)定性也得以提高；廢瓷本身極少含有氣體，致密度高，相應提高瓷器的密度，也提高了瓷器的強度[3]。

需要注意的是，廢瓷的使用應配以高可塑性的粘土，保證漿料的懸浮性和穩(wěn)定性，防止沉底現象，這對制備高質量的陶瓷產品是至關重要的。

2.2 對釉面質量的影響

釉料或坯體中一般有較多的有機物和氣體、釉的始融溫度低，加上釉的高溫粘度大等原因，有機物或無機物高溫產生的氣體很難排出，使得在釉面容易形成針孔和釉泡，這在一定程度上影響釉面光澤度。為了提高釉面的光澤度，提高產品的檔次，通常將一些折射率較高的氧化物加入到釉料中來提高釉面的光澤度[3]。

（1）廢瓷已經經過了高溫燒結，各項反應都已進行得較為徹底，故而廢瓷中的吸附水、結晶水、有機物和其他含量都很少，所以燒失量很小。當加入適量的廢瓷粉時，由于氣體量的減少，可以減少釉面針孔和釉泡等缺陷。這樣就可有效地防止釉在低溫階段和重還原階段吸附更多的游離碳素。反之，如果游離碳素在高溫階段重新氧化成氣體，將會使釉面產生更多的針孔和釉泡，故釉料中引入適量的廢瓷粉，釉層中的氣孔率大為減少，能防止游離碳素的吸附，從而減少了釉面針孔和釉泡等缺陷的產生。加之，廢瓷本身致密度較高，廢瓷中的莫來石的折射率高，這些都相應地提高了釉層密度和反射率，對提高釉面的光澤度有積極的作用。

（2）廢瓷中各組份已經過高溫煅燒，各種反應較徹底，其化學活性明顯降低。根據化學動力學可知,其吸熱與放熱反應均較慢,故而廢瓷與釉料中的其它成分反應緩慢[4]，而提高了釉料的始熔溫度，有利于坯釉料中物化反應所產生的氣體快速排除，從而減少了釉面針孔和釉泡等缺陷，并擴大了釉料的燒成溫度范圍。

（3）廢瓷中含有10%左右的釉料，燒結溫度比同類坯料低。當釉料中引入大量的廢瓷粉時，可以適當的減少長石等熔劑的量，因此，減少釉中氧化鉀和氧化鈉等熔劑對釉層網絡結構體的破壞，降低釉的膨脹系數。另一方面，廢瓷粉有利于形成較厚的坯釉中間層，提高坯釉的適應性，對提高產品的釉面硬度十分有效。

（4）如果氧化鈣由廢瓷引入，一方面可以解決高鈣釉、低長石燒結范圍較窄而難以適應梭式窯及隧道窯等燒成的問題；另一方面可以避免低鈣釉、高長石在重油還原燒成時出現吸“黃煙”現象。若這些氧化鈣不是從廢瓷粉中引入，而是從白云石等引入，由于白云石等高溫分解有CO2易析出易引起吸“黃煙”現象。生產實踐證明，在重油還原氣氛中燒成時肯定出現吸“黃煙”，嚴重影響產品質量。所以，釉中引入含有一定量氧化鈣的廢瓷粉，易形成光滑、明亮、無針孔的釉面，對提高釉面光澤度有重要的作用。

但是要注意的是，廢瓷中的鐵、鈦的含量較高，部分還含有色釉成分，將降低瓷泥的白度，處理不好，極容易出現質量問題，造成更多的廢瓷，所以需要使用遮蓋能力強的乳濁釉。由于廢瓷粉中的莫來石的折射率比較高，對陶瓷釉面的光澤度提高有利，同時會影響陶瓷制品透光性，當對制品的透光性要求較高時，應減少其用量。

3 廢瓷的節(jié)能降耗作用

廢瓷是燒成之物，故其在燒成過程中所需熱量少，因此，可以節(jié)省燃料成本。廢瓷中含有10%～30%的莫來石晶體，8%～15%的方石英，40%～70%的玻璃相[3]，這些玻璃相使得坯體在燒成過程中較早出現液相，促進燒成，降低燒成溫度。生產實踐證明，加入30%左右的廢瓷制備衛(wèi)生陶瓷，其燒成溫度是1200～1220℃，低于潮州地區(qū)衛(wèi)生潔具瓷的傳統(tǒng)燒成溫度，目前該地區(qū)衛(wèi)生潔具瓷的燒成溫度一般高達1250℃，降低了30～50℃。加之，這幾年瓷土的價格以每年10%的速度在增長，廢瓷的再生利用顯得尤為重要。

4 結論

摻加廢瓷，有利于提高陶瓷制品的坯體和釉面質量，能降低制品燒成溫度，從而降低產品的成本。我國是世界上最大的陶瓷生產國，廢瓷堆積越來越多，污染了環(huán)境，極大影響了人們的生活，已經成了一種“公害”。利用廢瓷，做到變廢為寶，解決了環(huán)境污染問題的同時，也是緩解當前資源短缺的良策，具有廣闊的應用前景。

1 李家駒主編.陶瓷工藝學.北京:中國輕工業(yè)出版社，1995

2 蔡鎮(zhèn)城，伍武，曾令可等.廢瓷回收利用在衛(wèi)生潔具生產中的應用.陶瓷，2011（10）：22～24

3 曾令可等.陶瓷廢料回收利用技術.北京:化學工業(yè)出版社，2007,7

4 徐乃平，繆松蘭.廢瓷粉在日用細瓷釉中的應用研究.資源節(jié)約和綜合利用，1998（6）：32～37