陶瓷行業應對節能減排的措施

摘要隨著“十一五”節能專項規劃的出臺，國家對高能耗高排放產業的改革勢在必行。陶瓷行業是高能耗、高污染和資源消耗型的“兩高一資”行業，必然是改革的重點領域，節能減排將是陶瓷產業的大勢所趨。本文從原料的選擇和處理、成形、干燥、燒成以及廢棄物的再利用等方面闡述陶瓷行業在實現節能減排過程中應采取的一些具體措施。

關鍵詞節能減排，陶瓷行業，具體措施

1引 言

陶瓷產品的生產過程需要消耗大量的粘土和砂石等無機礦產資源，燒成過程又需要消耗大量的能源，是一個典型的高能耗、高污染和資源消耗型行業，給整個社會的資源和能源消費帶來了很大的壓力。我國“十一五”規劃綱要提出，十一五期間，單位國內生產總值能耗須降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%。這是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。隨著“十一五”節能專項規劃的出臺，國家對高能耗高排放產業的改革是陶瓷行業今后發展過程中必須面對和著力解決的問題，規劃綱要要求到2010年，建筑陶瓷的能耗標準從目前的10.04kg標準煤/m2降低到9.2kg標準煤/m2，2020年降低到7.2kg標準煤/m2。本文將從陶瓷原料的開采使用、產品制造以及產品使用等幾個方面闡述陶瓷行業如何應對節能減排。

2陶瓷原料使用的節能減排措施

2.1 多種原料的綜合利用

我國生產陶瓷的歷史悠久，用傳統原料生產陶瓷的技術已十分成熟，據統計，每年陶瓷行業消耗的礦物原料超過1.2億噸，不少地方的陶瓷原料已近枯竭，形勢的發展要求開發一些新的陶瓷原料資源，綜合利用一些低品位原料及工業廢渣，以降低成本，降低對環境的破壞。如利用陶瓷廢料當骨料制備透水磚、利用陶瓷拋光磚廢料來生產免燒陶粒和輕質保溫陶瓷磚等。這些措施的采用既能保護環境，實現資源的循環利用，又能達到節能減排的目的，一舉兩得。同時應加強實驗研究，擴大可用原料的范圍，合理開采、科學配礦，從而將環境負荷減至最低，將對植被的破壞降到最少。開發工業廢棄物再生資源化技術，利用工業廢棄物生產具有優異性能的陶瓷產品，如利用磷礦渣、高爐礦渣、粉煤灰、硅灰、煤矸石、螢石礦渣、高嶺土與瓷石尾砂等生產生態陶瓷產品，研制無鉛無鎘陶瓷顏料及無鉛低溫釉料，減少生產能耗和污染物排放。景德鎮陶瓷學院開發出以煤渣為主要原料和廢瓷料為骨料，以石灰石、白云石、長石、高嶺土、石英和瓷石粉的混合料為高溫粘結劑生產陶瓷透水磚的工藝，廢料綜合利用率達到65～85%，縮短了燒成時間，有利于工業廢渣的資源化利用。

2.2 積極開發低溫快燒原料

燒成溫度與能耗的關系極大，研究表明，當燒成溫度從1400℃降至1200℃時，能耗可降低50～60%。由此可見，降低陶瓷產品的燒成溫度對于節能具有十分重要的意義。低溫燒成的陶瓷產品，其關鍵在于開發與利用低溫陶瓷原料，以保證實現低溫快燒的生產工藝。經過我國陶瓷產業從業者的不懈努力，我國衛生陶瓷的燒成溫度從20世紀70年代前的1300℃下降為目前的1150～1200℃；釉面磚素燒溫度由1180℃下降到1050～1100℃；釉燒溫度由1080℃下降為1020℃；硬質日用瓷燒成溫度由1400℃下降為1300～1350℃；炻器燒成溫度由1350℃下降為1220～1250℃；骨質瓷素燒溫度由1180℃下降為1100～1150℃，以上取得的節能效果十分顯著。佛山某廠通過添加低品質原料，使拋光磚的燒成溫度降低到980℃，燒成能耗降低了28%左右。目前各國陶瓷研究機構已成功篩選出許多種低溫陶瓷原料及低溫熔劑原料。現在已知可用作低溫燒成坯體原料的常規陶瓷礦物原料有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母、葉蠟石、珍珠巖、透閃石、鋰云母、鈣長石、透閃巖、高云母葉臘石等。

2.3 推進原料標準化，提高原料利用率

我國是陶瓷生產大國，每年消耗的天然原材料已達1.2億噸，導致天然狀態的優質原料越來越少，有的甚至出現枯竭，數量眾多的是質量一般的原料，可謂是“好的不多，多的不好”，這就需要盡快建立有規模的陶瓷原料生產基地，使我國原料加工形成標準化生產，通過將各產地、各礦山的原料混合，既可以充分利用各種品位的礦藏，又能通過原料標準化使原料質量穩定、成分均勻、物盡其用，實現礦山開采科學化、合理化，從而提高原料的利用率，降低尾礦的排放量。

3生產過程的節能減排措施

3.1 原料制備過程中的節能減排措施

3.1.1 降低球磨機能耗

球磨機在陶瓷行業被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生產設備之一。球磨機一般功率都較大，工作效率又很低，因而成為陶瓷行業最大的耗電設備之一。對球磨機進行節能改造具有重大的經濟和社會意義。研究表明，對于陶瓷企業在用的球磨機可以采用加裝變頻器進行改造，通過變頻器調速，搜索出球磨機的最佳工作轉速以提高球磨機的研磨效率，可以降低能耗10%。與間歇式球磨機相比，采用連續式、大噸位球磨機進行細磨，產量可提高10倍以上，比間歇式球磨機節省能耗15～30%，并易制成濃漿，可為后工序的噴霧干燥過程節約大量能量。

3.1.2 噴霧造粒

陶瓷行業在對料漿進行干燥時，絕大部分使用噴霧干燥器。在干燥的同時進行造粒，噴霧干燥消耗的能量占陶瓷磚生產能耗的30%左右，所以在目前能源日益緊張及市場競爭日益激烈的情況下，降低噴霧干燥器的能耗，節約能源及降低生產成本，對提高企業的經濟效益，促進陶瓷工業的可持續發展具有深遠而重要的意義。研究表明，通過增加主體高度、改進分風器、選用大型號旋風除塵器、提高料液溫度、增強廢氣循環利用、加強保溫、降低泥漿的含水率、增大進塔熱風與離塔熱風之間的溫差等措施，在同等條件下可以節能10～15%。如果采用干法制粉可比傳統的噴霧造粒節電30～50%、節水70%、節約投資30%。

3.1.3 成形工序

對于建筑陶瓷，在選擇壓磚機上，應選用大噸位、寬間距的壓機，實現一機一窯。因為大噸位壓磚機壓力大、產量大，壓制的磚坯質量好、合格率高，在同等條件下，電耗可減少30%以上。目前，國產液壓壓磚機的最大噸位已經達到7800噸，各種噸位的大型壓機也已廣泛應用于國內陶瓷企業，節能效果顯著。廣東科達機電近期推出的寬體陶瓷壓磚機在能耗不變的情況下產能可提高30％；佛山市南海捷成工機械有限公司近期推出的3850噸全自動液壓壓磚機主機功率僅為90千瓦，比國內外同類產品的110千瓦減少了20千瓦，每小時可節省20度電。通過這些技術進步，能為陶瓷行業節能減排工作提供有力的技術支撐。對于衛生瓷可采用高中壓注漿成形技術，依靠毛細管力，將傳統石膏模吸水成形機理變為多孔塑料模壓濾排水機理，使衛生瓷成形次數由1天/次提高到10～30min/次，模具壽命達2萬次以上，可節省模具干燥和加熱工作環境所需的熱能。對于日用瓷成形，從效率、節能考慮，應逐漸過渡到采用等靜壓成形，實現具有瓷質結構均勻致密、質量高、工序簡單、無雜質、抗彎強度高、可成形復雜器形、尺寸精確、生產周期短、耗能低等目的。

3.2 干燥燒成環節的節能

3.2.1 干燥節能

傳統干燥技術單純依靠對流和傳導方式，能量利用率較低，最高不超過30%，且干燥周期長、能耗大。近年來，微波干燥以其干燥速度快、產品質量好等優點而倍受青睞。將微波與傳統加熱干燥技術相結合，可大大提高干燥速率、降低能耗，目前微波干燥技術在歐洲衛生陶瓷生產企業中已得到廣泛應用。

3.2.2陶瓷窯爐的節能減排

窯爐是陶瓷企業最關鍵的熱工設備，也是耗能最大的設備，窯爐能耗的水平主要取決于窯爐的結構與燒成技術，因此通過改進窯爐結構和燒成技術就能夠降低陶瓷窯爐的能耗。

(1) 選擇合適的窯爐和結構

陶瓷工業中使用較多的窯爐是隧道窯、輥道窯和梭式窯三大類。其中，輥道窯具有產量大、能耗低、自動化程度高等優點，是當今陶瓷窯爐的發展方向。研究表明，在一定范圍內，窯爐高度越低、寬度越寬越有利于節能。當窯爐寬度和高度一定的情況下，隨著窯爐長度的增加，可減少單位制品的熱耗和窯頭煙氣帶走的熱量。

(2) 選擇合適的保溫材料

窯爐能耗的另一個因素是散熱，因此窯爐都要使用保溫材料，常見的保溫材料有重質耐火磚、輕質保溫磚、莫來石輕質磚、高鋁輕質磚和輕質陶瓷纖維等。合理選擇保溫材料對節能降耗有很大的影響。如輕質陶瓷纖維與重質耐火磚相比，有以下特點：質量輕、導熱系數小、重量只有輕質材料的1/6、容重為傳統耐火磚的1/25、蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30～1/10、窯外壁溫度可降到30℃～60℃。纖維節能方面，從總能耗的20.6%下降到9.02%，節能達到16.67%。另外，為了提高陶瓷纖維的抗粉化能力，又能增加窯爐內的傳熱效率，可使用多功能涂層材料，如熱輻射涂料（HRC）。在高溫階段，將其涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由0.7升為0.96，可節能138.3MJ／m2·h；而在低溫階段涂上HRC后，窯壁輻射率從0.7升為0.97，可節能20MJ／m2·h。

(3) 采用先進的燒成技術

在燒成技術上，可以采用富氧燃燒技術、微波燒結技術、自控燒成等先進的燒成方法以達到節能的目的。研究表明，當助燃空氣中的氧氣含量在21～30%的富氧狀態下燃燒，且在燃料量和空氣過剩系數一定時，富氧燃燒可以提高燃燒的火焰溫度；同時降低燃點溫度，加快燃燒速度，促進燃料的完全燃燒，獲得較好的熱傳導效果；減少大量煙氣和由煙氣所帶走的熱量損失，提高熱效率和熱利用率。采用微波燒結，由于微波與材料直接耦合，可以實現材料中大區域的零梯度均勻加熱，使材料內部熱應力減少，從而減少開裂、變形的傾向。同時由于微波能被材料直接吸收而轉化為熱能，所以能量利用率極高，比常規燒結節能80%左右。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的燒成進程，縮短了燒成時間，燒成溫度也有不同程度的降低。自控技術是目前國外普遍采用的、有效的節能方法，它主要用于窯爐的自動控制。研究表明，在排出煙氣中每增加可燃成分1％，則燃料損失要增加3%，如果能夠采用微機自動控制或儀表-微機控制系統，通過在線的外部參數（溫度、濕度、窯內氧濃度、窯內壓力、氣氛等）測量來引導操作向最大的節能方向進行，則可節能5～10%。

(4) 提高窯爐余熱的利用率

據窯爐熱平衡測定數據顯示，僅煙氣帶走的熱量和抽熱風帶出的熱量就占總能耗的60～75%，若能夠利用這部分余熱則可大大降低能耗。余熱利用在國外頗受重視，視其為陶瓷工業節能的主要環節。在國外，煙氣帶走的熱量和冷卻物料消耗的熱量約占總窯爐能耗的50～60％，對這一部分數量可觀的余熱利用效果較好。國外的余熱主要集中利用于干燥和加熱燃燒空氣。現在歐洲陶瓷企業普遍采用在窯爐上安裝附加余熱利用裝置，進行余熱的再回收利用。對于排煙廢熱的利用，也可采用換熱器進行能量收集并輸送到所需場所，其綜合節能的效果使熱效率利用達到80～90％。利用蓄熱式燃燒技術將明焰隧道窯的余熱用于預熱空氣以供助燃，不但可改善燃料燃燒，提高燃燒溫度，而且可降低燃耗7％左右，還可以把窯爐的余熱送到噴霧塔作為干燥熱源，減少熱風爐的燃耗，節能降耗。

4陶瓷廢棄物的再利用

陶瓷工業廢棄物主要是指在陶瓷制品生產過程中，由于成形、干燥、施釉、搬運、焙燒、拋光及貯存等工序而產生的廢料及次品。根據不完全統計：僅佛山陶瓷產區，各種陶瓷廢料的年產生量已經超過400萬噸，而全國陶瓷廢料的年產生量估計在1000萬噸左右，陶瓷廢料的堆積擠占土地，影響當地空氣質量，如此大量的陶瓷廢料已經不是簡單填埋就可以解決問題。研究人員已開發了多種利用陶瓷廢棄物的技術和產品。例如，愛和陶公司利用陶瓷廢料生產出各種風格的仿古磚；利用陶瓷固體廢棄物添加發泡劑可以生產出多孔陶瓷和透水磚；在水泥生產中添加易磨的陶瓷廢料可以提高水泥的比表面積；以陶瓷廢料為主要原料，輔以水泥和高強粘結劑以制備免燒型廣場道路磚；利用陶瓷廢料生產的陶粒具有質輕、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，可以作為輕骨料制備混凝土和墻體保溫板，也可以作為填料填在空心墻或窯的襯層中以隔熱保溫，還可以用來生產地鐵吸音材料。

5節能減排新產品的開發

5.1 產品薄型化

對于傳統陶瓷產品，其規格越大厚度則越大，這樣才能保證產品的強度。我國建筑陶瓷年產量已經超過50億平方米，以每平方米20公斤計算，年消耗原材料1億噸以上，國內優質的陶瓷原材料面臨枯竭，因此陶瓷磚的薄型化和減量化勢在必行。產品減薄之后不但生產過程中能夠節約資源、降低能耗，而且在產品的后期銷售運輸過程中可降低油耗、節約成本。相對于傳統產品，大規格超薄磚在降低能源、資源消耗，減少排放方面是一種革命性的產品。以蒙娜麗莎5mm厚的大規格超薄瓷質板材為例，與傳統瓷質磚相比，節約原材料60%以上，節能58.8%，二氧化硫排放減少59.5%、二氧化碳排放減少58.8%。除了超薄磚，常規的陶瓷產品薄型化也有較大的發展空間。據專家透露，上海斯米克的瓷質磚比常規產品薄0.5至1.5mm，不僅節能降耗，也降低了成本。衛生陶瓷通過在原料中添加氧化鋁粉可以提高素坯和成品的強度，從而能夠在減小厚度、降低產品重量的情況下保持產品性能不變。

5.2 節能型產品的開發

陶瓷磚在生產過程中需要節能減排，在產品的使用過程中也要降低能耗，減少有害成分的排放。以工業廢渣和廢料等劣質原料為主，通過添加特殊的低溫發泡劑和穩泡劑進行發泡，輔以煅燒工藝，可生產出的保溫陶瓷磚，原料消耗僅是生產同等體積大小普通陶瓷磚的30～40%，大大提高了資源利用率，其導熱系數＜0.3W/(m· K)，是一種非常好的保溫材料。佛山歐神諾陶瓷股份有限公司利用自身的陶瓷廢渣及鋁型材廢渣資源，生產出節能保溫的建筑陶瓷板材，不但解決了廢棄物排放的問題，還使產品本身具備節能的功能。陶瓷保溫材料具備了傳統保溫材料所不具有的防火、防水、耐酸堿、抗風化、強度高等性能，可以直接鋪貼在外墻上作為保溫層。

6小 結

傳統陶瓷產業是高能耗、高污染和資源消耗型的行業，“十一五”規劃綱要明確指出了節能減排是將來陶瓷行業改革發展的重點，這是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。從理論研究到結合實踐，無論從原料處理、成形、干燥、燒成到廢料的再利用，節能減排在陶瓷行業的各個環節都具有較大的潛力和發展空間。

參考文獻

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