工业废料生产建筑卫生陶瓷的技术开发

当前世界制造业与加工业正在快速发展，但在产出供人类消费的精美制品或原材料、能源的同时，副产品工业废料排放达到触目惊心的地步。工业废料占大量耕地及城市生活空间，同样威胁着人类自身生存与发展。有些废料中含有许多污染环境与生态的毒性物质。如：某些粉尘人体吸入肺中容易致癌；有些废料经日蚀水浸排出有害人体的液汁；有些废料虽经长期掩埋仍不能自行分解等等。目前人们倡导修旧利废，生产绿色制品，保护生态环境。这对于大规模利用肥料生产绿色产品、消除环境与废物污染指明了方向。目前工业废料用于瓷砖坯料生产或釉料配方研究与试验均取得成果。许多废料经过稍微处理加工，直接用来生产绿色建筑陶瓷产品。
    另一方面，我国虽然各种矿产资源储藏量丰富，但由于人口众多，按人均矿产资源计，多项矿产资源仍显匮乏。陶瓷原料中的主要原料高岭石类：如苏州土、紫木节土等较纯净高岭土资源供应日紧。其他原料储量虽多，但用于运输、加工粉碎、淘洗等生产成本高。如能充分开发利用当地或本企业工业废料作为坯料，可降低生产成本，亦可保护生态环境。
    从物理性能与化学成分方面看，所谓工业废料，其中含有大量可用作建筑陶瓷或卫生陶瓷产品坯料或釉料的化学物质：如它们之中均含有一定数量的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化二磷等等。其中虽然也含有少量的三氧化二铁、二氧化硫、氧化铜、氧化钡、氧化钛，这些物质的存在对于瓷砖的坯料或者坯胎并无大碍。实践证明，从工业废料化学成分分析看，用于瓷砖坯料乃至釉料配方中是完全可能的。
    近年来，我国建筑卫生陶瓷行业利用电厂粉煤灰、磷矿渣、铜矿废渣、金矿废渣、锅炉灰渣、废弃匣钵料、河道污泥、废钒尾矿渣等工业废料，生产环保型绿色陶瓷制品的研究与推广规模不断扩大，取得明显经济效益与环境保护效应。同时，尽可能使用废弃原料生产建筑卫生陶瓷产品，既符合当前我国政府建立节约型社会与循环经济的要求，也在建设与发展我国陶瓷大产业的过程中，同样具有重要的意义。
    下面就我国目前一些瓷区采用磷矿渣、高炉矿渣、萤石矿渣、粉煤灰、矾矿尾渣等工业废料，应用于建筑卫生陶瓷产品生产的现状、做一些概略介绍。
    1、磷矿渣
    属于磷矿开发、选矿后废弃的工业废料。此外，用磷矿石生产黄磷的工艺过程中亦形成比较多的磷矿渣。他们的化学成分为：二氧化硅44.08%，氧化铝0.47%，氧化铁0.49%，氧化钙43.66%，氧化镁0.68%，氧化钾0.96%，氧化钠0.32%，五氧化二磷0.96%，三氧化硫0.08%，烧失1.25%。从其化学成分看与天然硅灰石相似，因此有专家认为磷矿渣其实属于经1100度煅烧的非晶制假硅灰石。磷矿渣中往往混有碳物质及水融碱。为了保证坯体烧制均匀，应先在1100度以上温度煅烧后再使用。磷矿渣与硅灰石同样为瓷砖坯料提供氧化钙，且不含挥发成分，因此成为快速烧成面砖的理想原料。引入磷矿渣的面砖坯料，烧后有时略呈灰色，但以乳白釉遮盖即可。除用于坯料外，磷矿渣也被用于生产低温釉的熔块原料。
    另外，磷酸盐尾矿由于含有石英85%，磷酸钙6%，粘土6%等的化学成分，亦被用于生产建筑陶瓷的原料之一。我国早在20世纪70年代即开始采用磷矿渣、萤石矿渣等用于生产陶瓷墙地砖。他们常含有较多的低熔点成分、烧失量少、收缩低，故很适合低温烧成生产工艺。
 
     2 、高炉矿渣
    高炉矿渣的主要成分有二氧化硅，氧化铝，氧化钙、氧化镁等。其化学成分还根据钢铁冶炼类型不同而有差别。如属特定的高炉矿渣，其化学成分应该是稳定的。高炉矿渣种类有：粒状矿渣、粉碎矿渣、膨胀矿渣及矿渣棉。目前可用于陶瓷面砖坯料生产的以粒状矿渣与粉碎矿渣为主。近年来，西方有的陶瓷企业利用炼钢粉尘研制开发黑褐色釉料，可以用于建筑卫生陶瓷制品的釉色装饰，并取得多项专利，给我们很大启发。
    经破碎后的碎矿渣呈晶体形状，属于结构稳定的形状，其化学成分也相对稳定。晶体矿渣由硅酸盐及少量氧化物、硫化物组成，由于他们中氧化铜、二氧化硅、氧化镁、氧化铝含量不同，又分为以下几种主要的硅酸盐。钙的硅铝酸盐：由二氧化硅、氧化铝、二氧化钙组成，称之为钙黄长石；含两个二氧化硅、氧化铝、氧化钙，称为钙长石。
氧化钙和氧化镁的硅酸盐:两份二氧化硅、三份氧化钙、氧化镁，称为镁黄长石；两份二氧化硅、三份氧化钙、氧化镁称为镁硅钙石。
    钙的硅酸盐：二氧化硅、两份氧化钙称作二钙硅酸盐；两份二氧化硅、三份氧化钙称为硅钙石；二氧化硅、氧化钙称为硅灰石。
    上述不同的高炉矿渣中，由于不含游离氧化钙，很适于用作瓷砖坯料。矿渣化学成分比较稳定，来源丰富，原料成本低，很适于配制陶瓷面砖坯料。位于钢铁厂附近的建陶企业有条件适当引入高炉矿渣废料，用作瓷砖配方，也可以开发新型环保型釉料。这样做，除了降低生产成本外，由于采用废料生产产品，还有可能从环保项目中获得奖励资金，此不赘述。

    3、萤石矿渣
    萤石的主要化学成分是氟化钙，呈色为白、红、蓝、绿、紫等各种色调的透明岩石。自然界中存在的萤石多数夹杂有氧化硅、碳酸钙、氧化铁和氧化铝。其熔点为1230度，具有较强的助熔作用，是釉料中的助熔剂原料。由萤石开采加工后形成的萤石矿渣，其化学成分为二氧化硅42.76%，氧化铝7.58%，氧化铁1.02%，氧化钙38.97%，氧化镁2.82%，氧化钾1.10%，氧化钠0.44%，五氧化二磷51.69%，三氧化硫0.2%，氧化钛0.12%，氟2.00%，灼减1.36%。从化学组成看，萤石矿渣的主要组成是硅酸钙，所以可以替代硅灰石，用于配制卫生洁具或瓷砖的坯料，也可用作陶瓷釉料的助熔剂材料。

    4 、粉煤灰
    粉煤灰主要来自以煤粉为能源的火力发电厂排出的粉状工业废料，其外观为灰黑色。目前国内各地火力发电厂产生的粉煤灰，由于煤种、煤粉细度、燃烧条件不同，化学成分有所波动，但他们的二氧化硅和氧化铝的含量均在80%以上，由于其无粘结性，可用作瘠性原料，在瓷砖中的应用量可高达坯料配比重量的40-50%。粉煤灰的化学组成如下：二氧化硅51.56%，氧化铝32.36%，氧化铁3.78%，氧化钙5.29%，氧化镁0.89%，氧化钾0.91%，氧化钠0.44%，烧失量为3.38%。
    从其化学组成上看，除氧化铁含量高，不宜于生产日用瓷（白瓷、白炻器）外，完全可作为瓷砖坯料。河南禹州建陶厂使用粉煤灰生产地转，取得成功。其地砖坯料配方组成如下：粉煤灰40%-50%，长石20-25%，黑泥8-10%，碱石20-25%,滑石1-3%。制成的地砖产品性能为：吸水率小于1%；抗折强度大于70MPa；瓷砖硬度大于7。由于粉煤灰成分与陶瓷粘土近似，粒度细、烧结性能好，因此可以大量引入坯料中。
    我国各类火电厂每年产生的粉煤灰数以千万吨计，目前除应用于瓷砖坯料外，还用作生产混凝土砌块等新型建筑材料。不过从使用量看，用作瓷砖坯料的比例还很小，今后应加大利用的力度。

    5 、矾矿尾渣
    我国是生产金属钒的产量大国，每年形成的矾矿尾渣数量大，为了用作瓷砖坯料已进行了多年的研究工作，将矾矿尾渣与其他陶瓷原料进行计算配比，经原料加工后再进行压制成形或挤压成形，支撑砖坯，经过高温烧成后，即为黑胎瓷砖产品。由于矾矿尾渣生产的瓷砖，烧结性能好，色泽纯正、质地坚硬耐磨，在使用性能及外观上成为与黑色天然花岗岩相比肩的建筑陶瓷装饰材料产品。
    目前，有些瓷厂已利用矾矿尾渣开发研制出陶瓷墙地砖产品，由于其独特的外观而受到市场欢迎。

    6 、陶瓷厂的废料
    建筑卫生陶瓷企业在从事正常生产时，都会造成许多种类的工业废料。如用于淘洗原料及冲刷设备排出的废泥水，烧成后的瓷砖、西式瓦、卫生洁具经过产品检验后挑选出的废品，不可再用的匣钵与窑具等等。当前，对于陶瓷厂自身生产的工业废料的综合利用与回收利用的研究，已取得突破性进展，废弃的泥水经回收、拣去杂物、除铁外，又可以添加入陶瓷产品的配料中。对于废品、废匣与非窑具之类经过高温烧成的废料，则采用重新粉碎加工方法，将其磨碎成粒径在0.5毫米以下，然后按3%的比例添加到瓷砖或西式瓦的配料中。
    近年来，国外的许多建陶企业都配备了带式回转磨机装置，专门对企业内部产生的肥料进行再加工与回收利用，取得明显的经济效益与社会效益。国际上许多国家已经将绿色陶瓷制品定位为在生产线上不形成污染的产品。当然绿色制品本身应有益于人类正常生活，这是不言而喻的。让陶瓷企业真正形成无废料排放，实现良性循环的生产体制，已成为许多建陶企业追逐的目标。

    7 、城市垃圾变为宝
    城市垃圾为人们日常生活中形成的废物、废渣、废料等，又分为有机垃圾和无机垃圾两类，其中无机垃圾包括废玻璃制品、垃圾尘土、废弃的装修材料、旧房拆迁物等非金属材料。经过化验分析发现，城市无机垃圾中含有二氧化硅、氧化铝等成分，经过处理后可以作为陶瓷原料配入瓷砖坯料中。目前美国及意大利几家公司开发出再生技术，可以使生活中的无机垃圾、废渣通过特殊的多功能焚化炉转化成生产瓷砖的配料，生产出环保型磁砖制品。
    据资料介绍，经过处理的废料在旋转式高温焚化炉中处理后，废料中的有机物被迅速气化蒸发，剩下的无机物废料在1260-1538度高炉中熔融，形成玻璃状再生原料，将再生原料与可塑性陶瓷原料经过混合、研磨，最后成型、烧成，能够生产出环保型瓷砖产品，其中再生原料的添加量高达30%以上。西方国家在这方面走在了前面，一些国家甚至将碎纸机残灰、污泥灰、咖啡残渣等作在循环处理，制备成再生原料引入到建筑陶瓷的坯料内。
    近年来，我国开发河底污泥生产建筑陶瓷已取得突破性进展。报载由某陶瓷研究所与高校合作展开科技攻关，利用上海苏州河底污泥为原料烧制出陶瓷工艺制品。经过对河底污泥的分解、筛选及工艺配方，目前已生产出较洁白的陶瓷工艺品和建筑陶瓷制品及陶粒制品，由此开拓出使城市河泥变废为宝、综合利用的新途径。我国现有数百座大中型城市，每年都有大量河底污泥有待清淤预处理，过去都作填埋处理，既占据了宝贵的良田耕地与城镇土地资源，又容易形成新的污染源。将城市河底污泥用于烧制建陶制品，既缓解了环境污染，又降低了建陶产品的生产成本，可谓一举两得。更重要的是为绿色建筑陶瓷生产开辟了一条新途径。河底污泥亦属于城市生活垃圾种类，其中含有40-50%的陶瓷原料成分，今后对他的开发利用应逐步形成规划与系列，已取得更好的成效。
    总之，对于建筑卫生陶瓷企业来讲，要继续发展壮大，必须将绿色陶瓷制品的开发与研究当作未来的发展目标，尽可能利用各种工业废料及城市废弃物，生产出符合市场要求与环保要求建筑卫生陶瓷产品，既迎合当前绿色产品的要求，又降低了生产成本，提高了企业的经济效益。