陶瓷拋光廢渣循環利用新技術

摘要:本文主要論述了陶瓷拋光廢渣循環利用的新技術。將陶瓷拋光廢渣作為高檔釉面磚坯體的主要原料(加入量為16%～22%)，通過采用“特定階段延長燒成時間、 縮小素燒與釉燒溫度差、調高底釉熔融溫度、調高面釉高溫粘度”的適應性工藝，從而達到較大量摻入拋光磚廢渣生產釉面磚的目的。

關鍵詞:拋光廢渣;釉面磚;循環利用;新技術

1 前 言

我國是全球最大的瓷質拋光磚生產基地，每年產生大量的拋光廢渣需要處理。據統計，每平米玻化成品磚產生拋光廢渣約3kg，僅佛山陶瓷產區，每年各種拋光廢渣的產生量已超過300萬噸，如此大量的陶瓷廢料已經不能簡單地用填埋的方法來解決了，因為大量陶瓷廢料的填埋，不但擠占了土地，嚴重破壞生態環境，還對水資源和土壤等造成了嚴重污染。

近幾年各陶瓷企業都非常重視污染的治理，開展清潔生產活動，主動研究清潔生產的新技術，循環利用不可再生資源，從源頭消減污染物的產生，取得了可喜的成績。各種廢磚已大量被粉碎作原料使用，各類陶瓷磚的污泥渣也開始應用到坯體配方中。但由于受技術上的局限，陶瓷拋光廢渣的回收利用一直沒有得到很好的解決，因為拋光廢渣含有嚴重影響墻地磚燒結的雜質，會造成產品發泡膨脹、破壞磚體。所以，要在陶瓷磚生產中大量利用拋光廢渣，必須進一步深入研究，進行技術攻關。

目前，拋光廢渣主要用途有四個方面:一是作水泥生產的原料，或免燒型廣場道路磚的填充物，都是作為低品質低價值原料應用;二是作為發泡劑和主要原料用在陶粒、多孔陶瓷和輕質隔音保溫磚等產品的生產上。多孔陶瓷和輕質隔音保溫磚理化性能優良、裝飾效果獨特、規格可大可小、經濟效益好，是廢料精用的好途徑;但由于這些產品的應用面比較窄，市場銷量不大，還未能大量消化拋光廢渣;第三是作為少量摻入原料用于低溫燒結的其它陶瓷磚上，如銻釩礦渣黑色瓷質磚等，但也由于這些產品的市場銷量不大，不能大量消化拋光廢渣。因此，只有從技術上進行突破，拋光廢渣才能在陶瓷墻地磚生產中大量循環利用。本文主要從拋光廢渣的發泡特性入手，通過采用“特定階段延長燒成時間、縮小素燒與釉燒溫度差、調高底釉熔融溫度、調高面釉高溫粘度”的適應性工藝，將拋光廢渣大量應用到釉面磚的坯體中(用量高達16%～22%)，用以生產高檔釉面磚。經大生產試驗后，效果較好、生產穩定，為拋光廢渣大量用于釉面磚生產開辟了一條新途徑。

2 研制過程

2.1拋光廢渣性能的研究及其在坯料中摻入量的確定

2.1.1拋光廢渣的成分分析

拋光廢渣中不僅含有拋光磚坯的成分，還有拋光時帶入的大量拋光磨頭的碎屑(主要由磨頭的磨料以及磨料結合劑的碎屑組成)、煙氣脫硫時加入的堿性物質和作為污水處理的絮凝劑等其它成分。尤其是拋光磨頭的碎屑，拋光磨頭主要含有碳化硅、金剛石、剛玉等成分，其中碳化硅可以在較高溫度下氧化并放出二氧化碳氣體;磨料結合劑中作為膠凝材料的主要有輕燒鎂礦，如果把它作為原料引入坯體中，這些成分在高溫煅燒時會氧化分解，容易導致坯體發泡或膨脹變形，這就是拋光廢渣難以大量摻入使用的原因。所以，研究拋光廢渣的工藝性能、尋找對應的解決措施，是解決拋光廢渣在陶瓷磚生產上回收利用的關鍵。

經分析，拋光廢渣的化學成分見表1。

2.1.2拋光磚拋光過程各段廢渣的試燒對比

拋光生產線各段所用的磨頭有所不同，磨頭的磨料和結合劑也不完全相同，通過將各段拋光過程中產生的廢渣進行試燒，可以大致了解拋光廢渣的燒結溫度范圍。各段廢渣在不同溫度下的燒失量、收縮和燒后的吸水率如表2所示。從表2可看出，廢渣在1050℃時出現最大燒失量，在1090℃時出現最大的收縮量，隨后便開始膨脹;而最低吸水率則出現在1138℃或以上。

從表2我們可以看出，拋光廢渣的燒失、收縮和吸水率與一般的陶瓷原料相比，有點反常，并不是隨溫度的變化而呈規律性的變化，由此可看出拋光廢渣的成分比較復雜。

2.1.3拋光廢渣在不同吸水率坯體中的燒結試驗

為了研究拋光廢渣在坯體中應用的可能性，進行了拋光廢渣在不同吸水率坯體中的燒結試驗，分別在廣場磚粉料、拋光磚粉料、釉面磚粉料中外加15%的拋光廢渣，并在不同溫度下試燒，加入廢渣的廣場磚和拋光磚坯料分別在1175℃和1230℃下煅燒，釉面磚坯料則在1090℃和1138℃下煅燒，測定燒后瓷坯的相關數據見表3。試燒結果表明，由于廣場磚和拋光磚的燒成溫度高，拋光廢渣在高溫下氧化分解，使坯體膨脹，而釉面磚燒成溫度較低，適應拋光廢渣的燒結特性，因此，拋光廢渣在釉面磚中應用的可能性最大;另外，素燒工藝有利于坯體排放大量氣體，以及釉面磚坯體氣孔率高、收縮小、強度要求不高等特性，都為拋光廢渣的摻入使用創造了條件。

2.1.4拋光廢渣引入量的燒結試驗

單一拋光廢渣料組成的坯料燒結溫度低，液相出現的溫度也低，高溫下分解的氣體容易形成氣泡，使坯體膨脹變形，因此，拋光廢渣無法單獨配料成坯體。但根據前面的試驗研究，在釉面磚坯料中摻入一定量的拋光廢渣，只要配方合理，燒成控制得當，有可能獲得較好的效果。為了確定廢渣的最佳摻入量，將不同摻入量的拋光廢渣均勻地分散在釉面磚坯料中，考察其液相出現溫度的改變，以及拋光廢渣高溫分解產生的氣體對釉燒過程的影響。通過多次試驗，當拋光廢渣摻入量在25%以下時，坯料不出現明顯膨脹，考慮到拋光廢渣成分的不穩定性，確定摻入量為16%～22%。

2.2坯料配方試制

2.2.1坯用原料的選用

本項目所采用的坯用原料除拋光廢渣外，其它的原料與普通釉面磚基本相同，其化學組成見表4。

2.2.2 坯料配方的試制

通過多次試驗，確定了釉面磚坯料中拋光廢渣的加入量在16%～22%比較合適，最終試制出適合釉面磚生產的坯料配方，其化學組成見表5。

2.2.3 粉料的制備及坯體素燒

將上述原料和坯用稀釋劑、水按配方準確配料，入36t球磨機球磨，球磨細度為250目篩余3.5%～4.5%，漿料含水量為34%左右;漿料經除鐵、過篩、噴霧造粒成一定顆粒級配和含水率的粉料，經1500t壓機在245MPa壓力下壓制成形，產品規格為330mm×600mm。 通過干燥窯烘干后在1095±5℃溫度下素燒，燒成時間為50 min，燒成曲線如圖1所示。

2.3 釉料配方的試制

2.3.1 釉用原料的選用

釉用原料的種類及其成分如表6所示。

2.3.2底、面釉配方的試制

由于在坯料配方中加入了16%～22%的拋光廢渣，為了保證產品的質量，底、面釉應與坯體具有良好的匹配性。通過多次試驗，調試出適應性能較好的底、面釉配方，其化學組成分別見表7和表8。

2.3.3 釉料的制備及燒成

根據配方，分別將底、面釉的原料與適當比例的羧甲基纖維素鈉、三聚磷酸鈉和水準確配料，入1.5t球磨機球磨，控制釉漿細度為325目篩余0.2%～0.3%，含水量為29%左右;經除鐵、過篩后在施釉線上用鐘罩淋底釉180g/片、面釉260g/片，經輥筒印花后，入窯爐燒成。為了保證產品不發泡，應嚴格控制燒成制度，縮小素燒與釉燒的溫度差;本試驗采用的釉燒溫度為1130±5℃，素燒與釉燒的溫度僅相差40℃左右，燒成時間約52min，燒成曲線見圖2。

3結果與分析

按上述試制方法燒制的釉面磚強度高，經測試，斷裂模數達28MPa;產品平整度高、后期變形小;坯體細膩柔白、釉面平滑、光澤度好、抗釉裂性好;采用輥筒印花，花色新穎、裝飾效果好，完全達到甚至高于原釉面磚的性能，提高了產品檔次。但由于拋光廢渣成分不穩定，尤其是在高溫下易發泡，因此，用其生產釉面磚工藝難度大、影響因素較多，下面對各影響因素逐一進行分析。

3.1 燒成制度的影響

從前面對拋光廢渣的性能分析可知，拋光廢渣在1138℃以上開始膨脹。由此可見，要將拋光廢渣用于釉面磚生產中，最高燒成溫度應控制在1138℃以下，以免因廢渣發泡而造成產品變形。

另外，拋光廢渣在1050℃時出現最大燒失量，說明在該溫度下各種有機物發生劇烈反應，產生大量的氣體。因此，在這一溫度附近，燒成速度應盡量放慢，并采取適當的保溫措施;同時還應注意助燃風的配入量以及助燃風與水煤氣的比例。在保證噴槍燃燒的前提下，助燃風應盡可能開大一點，以保證有足夠的助燃風帶入窯內，同時也適當減少水煤氣的帶入量，以免水煤氣內的有害氣體過多加重了排氣的困難;同時，在此溫度區域的窯壓應保持負壓，以利于窯內氣體的流通。因此，窯頭的排煙風機應根據窯壓適當加大抽力，窯頂的溫度區域閘板應盡可能往上提高。

拋光廢渣在1090℃時出現最大收縮，表明此時坯體的各類礦物在此溫度區域反應速度最快，生成的液相量加大，使得坯體內的氣孔率逐漸變小，產品出現劇烈收縮。為了保證產品收縮均勻，在此溫度區域也應采取保溫措施、延長燒成時間，以免因窯內的溫差過大而使產品收縮不均勻，導致產品變形。

3.2 底、面釉性能的影響

由前面的試驗可知，拋光廢渣在1050℃時產生最大的燒失量、1090℃時出現最大收縮、1138℃時開始發泡，因此，底、面釉的一些關鍵性能應與以上三個溫度相適應:首先，因1050℃時廢渣產生大量的氣體，釉料的始融溫度應選在此溫度附近，以保證此時釉料有最大的氣孔率，以利于氣體的排出。如始熔溫度過低，釉料過早出現液相而封閉氣孔，不利于氣體的排出，易造成針孔、氣泡等缺陷;若始熔溫度過高，則會因釉料的熔融時間不夠而造成釉面的平滑度、光澤度變差。

其次，拋光廢渣在1090℃時出現最大收縮，表明坯體在此溫度下出現了最大液相量。因此，為了保證生成良好的坯釉中間層，釉料也應與坯體在此時同步熔融而出現液相;但由于1050℃到1090℃只有40℃的溫度差，坯體內的氣體不可能全部排出，始終還是有部分氣體殘留下來。為了保證釉面的質量，此時應提高釉料在該溫度區間的高溫粘度，快速封閉氣孔，防止氣體排出;

再次，由于拋光廢渣在1138℃時開始發泡，釉燒的最高溫度應低于此溫度，而1090℃到1138℃也只有48℃的溫度差，在如此短的溫度區間內面釉要完成從熔融到玻化的整個過程，就必須保證此時面釉產生最大的液相量并具有適當的高溫粘度，使得液相能在短時間內快速展開，填平釉面因氣體排出所產生的小凹坑，保證產品的光澤度和平滑度。因此，要滿足以上三個方面的要求，釉料組成非常關鍵:高溫粘度大的石英、煅燒后氣體排放較少的燒滑石，在底釉中可適當多加一些;在高溫中能產生大量液相及快速延展開的Li2O、SrO等堿金屬及堿土金屬氧化物，在面釉中也應適當多加一點，以保證在短時間內釉面?；耆瑥亩岣哂悦娴墓鉂啥群推交取?/p>

3.3 粉料性能的影響

由于拋光廢渣、瓷片污泥渣不但含有拋光磚、釉面磚的坯體和釉料成分，還含有磨頭碎屑以及污水處理時加入的硫酸鋁、丙烯酸等物質，其中有些磨頭是用樹脂作粘接劑的，因而這些磨塊屑細度很小，它們的熔融揮發溫度較低，大概在500～600℃就開始分解，產生大量氣體。噴霧造粒時塔內的溫度大概在600℃左右，此時泥漿噴上去與高溫熱風相遇產生渦流作用，使泥漿瞬間變成含水率為7%左右的粉料;此時，由于泥漿中的磨塊屑和部分有機物在此溫度下開始分解，產生氣體，而這些氣體在短時間內難以排出，殘留在粉料顆粒中，形成假顆粒，使粉料在沖壓時有大量氣體排出，影響了磚坯的致密度。另外，這些夾雜的假顆粒在粉料陳腐、運輸過程中易破裂而變成無規則的細粉，在沖壓時會因細粉過多，流動性差、排氣困難而造成坯體的致密度變差。

實驗表明，摻入了拋光廢渣的噴霧粉料，其顆粒級配如與原釉面磚的粉料顆粒級配一致，則燒成時會因收縮不均勻造成磚坯的大小頭及磚形不穩定等缺陷。為了增加坯體致密度，根據“緊密堆積”原理，只有當大小不同的顆粒達到最佳比例時，其致密度最好。因此，在噴霧造粒時噴槍的角度、噴片的直徑及旋片的厚度，要根據實際的粉料顆粒度進行調節，以保證有合適的顆粒級配;另外，粉料在運輸過程中應盡量減少落差震動，以免破壞顆粒，建議將振動大的槽式或圓式振篩，改成振動小的輥筒篩進行粉料過篩。

3.4 其它方面的影響

(1) 廢渣成分穩定性的影響

由于坯料中不僅添加了16%～22%的拋光廢渣，還加了釉面磚污水坭廢渣，廢渣的總量較多、成分復雜，因此，每批廢渣的成分可能波動較大。為使這些廢渣的成分相對穩定，廢渣壓濾后，以每批1000t為一個均化單位，集中堆放后采用勾機進行粗均化，陳腐后再取樣化驗，調整配方后再加入使用，以保證每批廢渣的性能穩定。

(2) 稀釋劑成分的影響

由于污水處理過程中添加了有機物，以及煙氣脫硫產生的含硫廢水對漿料的流動性影響較大，所以漿料的稀釋劑成分的選用及配比也很關鍵，如控制不好，會造成漿料的流動性差，不但影響球磨效率，還會造成后工序的不穩定，如影響除鐵過篩的效率及噴霧造粒的質量。

(3) 坯釉料細度的影響

試驗表明，在保證產品不出現縮釉的前提下，適當提高坯釉料的球磨細度，有利于坯釉在燒成中的結合性。

4結束語

拋光廢渣在釉面磚中的成功應用，具有極大的經濟效益。一方面，拋光廢渣用量占配方的16%～22%，每年廢渣用量達60000t以上，可節省原料費、廢渣處理費800萬元以上;另一方面，因廢渣細度較小，球磨時間可在原基礎上縮短2h，因此每年可節約電費約200萬元，經濟效益非常可觀。

在獲得極大經濟效益的同時，本項目還為政府正在推進的節能減排工程做出了重大貢獻。長期以來，企業都是專門雇請人員清理拋光廢渣，增大成本支出的同時，往往還會造成二次污染。因為廢渣一般是通過填埋的方式處理，占用土地、污染地下水;此外，廢渣在運輸過程中易滴漏、揚塵，污染空氣。此技術的成功應用，大大減少了拋光磚廢渣的排放量，對陶瓷行業的可持續發展具有重大意義。

參考文獻

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