陶瓷生產中的低碳制造技術及資源循環利用技術的研究

摘要：本文主要探討了陶瓷低碳制備及資源循環利用的技術開發，分別對陶瓷低碳制備、工業廢棄物的資源綜合利用兩個方面進行了闡述。研究了建筑陶瓷低碳制備及資源循環利用的技術以及行業的推廣，對提高建陶工業能源利用效率、降低碳排放、實現廢棄物資源循環利用、推進陶瓷低碳清潔生產具有重要的意義。

關鍵詞：陶瓷；低碳制備；資源循環利用

1 前言

廣東建筑陶瓷墻地磚約占全國產量的30%，拋光磚單位煤耗平均約8.2公斤/m²，電耗在8.5度/m²；釉面磚制品約5.9公斤/m²，電耗在2.9度/m²。僅以廣東省而言，2011年產量約為26.3億m²，消耗煤1930萬噸，用電14億度，碳排放總量超過5435萬噸，陶瓷產業是廣東省重要的傳統支柱產業和能源支出行業，隨著環保意識的增強，低碳、環保、資源循環利用已成為陶瓷工業發展的趨勢。

中國約有13.7億人口，人民的住房需求市場巨大，房地產開發投資將持續增長。近幾年，僅城鎮每年房地產開發投資超過3000億元，住房年竣工面積達1.5億m²，居民建筑裝修花費每年在4000億元以上。對建筑材料的需求將保持在較高的水平，在今后10年，乃至20年內，國內市場的強大需求，仍將保證中國建陶行業的穩定發展。隨著生活水平的日益提高，對環保型建筑材料的需求也越來越多。

2 國內外技術發展現狀與趨勢

2.1陶瓷低碳制備技術的國內外情況

以低能耗、低污染、低排放為基礎的低碳經濟其實質為能源高效利用、追求綠色GDP，核心是能源技術和減排技術創新，是實現可持續發展的必然選擇。中國已成為世界第二大能源生產國和消費國，第二大碳排放國，對于工業產業中的陶瓷工業這一能源消耗和使用大戶而言，發展低碳制備技術就顯得尤為重要。目前國家已明確提出把解決能源、水資源和環境保護技術放在科學技術發展的優先位置，并加強節能技術、可再生能源技術以及煤炭清潔高效利用技術等的研發以減緩溫室氣體排放，但對于陶瓷工業，還未提出明確的量化指標，僅對生產能耗有指導性限定。

2.2陶瓷工業廢棄物的循環利用技術的國內外情況

陶瓷磚在生產過程中，在原料加工球磨、噴霧干燥及成形過程中均會因工藝及設備原因產生粉料廢棄物，產品在燒成后冷加工過程中因表面切削、拋光所產生的廢渣約占磚體重量的10%，是陶瓷工業固體廢棄物的主要來源。通常對陶瓷生產過程中產生的拋光磚廢料、廢泥等均采用堆棄、填埋等方式，對環境造成了很大的影響。如何回收利用陶瓷廢料，國內的科研人員開展了一些研究工作，取得了一些初步的結果。國外目前根據實際情況，對廢料均已進行適當回收，稱之為eco配方。但對冷加工的陶瓷廢渣因國外拋光磚產品生產少，目前沒有重新利用的研究報道，其主要研究還是在國內。近年來陶瓷廢料再利用的有關研究如下。

（1）陶瓷工業廢棄物用來生產陶粒

由于陶粒容重小、內部多孔，形態、成分較均一，具有一定的強度和堅固性，因而具有質輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良好的絕熱性能，但其機械強度很低，不能用于建筑承重。在建筑業方面，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爐的襯層中隔熱保溫。

（2）陶瓷工業廢棄物用于生產多孔陶瓷透水磚

該方法是將陶瓷生產廠的陶瓷廢料粉碎至粒徑為20mm以下，再加入適量的膨潤土作粘結劑，在球磨機中混合均勻，壓制成坯，送入窯中燒結成一種多孔陶瓷磚。陶瓷碎粒骨料被膨潤土相互粘結，在碎粒之間形成空隙，具有較好的透水性。但其絕熱性能有待提高，且使用大量的膨潤土，生產能耗高，其工藝過程有待改進。

（3）陶瓷工業廢棄物用于生產免燒磚

佛山陶瓷研究所自1999年開始，以陶瓷廢料再生利用為突破口，從國外引進相關技術，開發出一些產品，其中原料構成中70%左右是陶瓷廢料。但由于該工藝未進行燒結處理（使用高強度粘結劑），其機械強度和絕熱性能有待進一步提高。

（4）陶瓷工業廢棄物用于開發固體混凝土材料

固體廢棄物混凝土材料（簡稱SWC）是以固體廢棄物為主要原料，具有普通混凝土性能的一種環保材料。試驗表明，以陶瓷廢料為主要原料，輔以水泥和高強粘結劑制備的SWC材料適用于免燒型廣場道路磚。但由于該工藝也未進行燒結處理，其機械強度和絕熱性能有待進一步提高。

（5）陶瓷工業廢棄物用于開發大規模輕質高強建筑陶瓷板材

佛山歐神諾陶瓷股份有限公司自2004年開始，以陶瓷廢料再生利用為突破口，研究相關技術，開發出一系列產品，其中原料構成中40%左右是陶瓷廢料。產品具有輕質、高強、保溫、隔熱等優良特性，已進行了市場推廣。并起草了行業標準。

3 陶瓷低碳制備及資源循環利用技術路線

3.1陶瓷生產過程的低碳制備

通過對工業節能和環保設備的改造，變頻球磨、余熱利用等方面實現設備和工藝技術突破，提高能源使用效率，在廠房設計方面考慮建筑節能，照明采用節能燈等，降低整體的碳排放，可實現陶瓷生產的低碳制備。

（1）低電耗球磨設備改造技術

對球磨機等的大功率電機進行變頻技術改造。以球磨機為例，根據球磨工藝要求設定不同運行時段的頻率（球磨運行穩定后可將運行頻率降低，球磨機所受到的沖擊力大為減少，球磨皮帶、軸、齒輪壽命大大提高），其他風機電機等設備亦根據設備工藝要求，調整運行頻率，各技改后機電設備的功率因數明顯提高，節電效果明顯。

（2）陶瓷余熱利用干燥技術

窯爐煙氣余熱、干燥窯余熱利用技術，采用熱能分級利用的原理，把燒結工藝、干燥窯干燥坯體過程綜合在一起考慮，按生產工藝溫度不同分級余熱利用，實現能源的梯級利用，輥道窯燒結后排出的煙氣余熱用于坯體干燥。其主要流程為：輥道窯燒結階段耗能量最大，而外排的炯氣和尾氣仍具有較高的溫度，會帶走大量的熱能，造成極大的浪費。外排的煙氣、熱風的熱量足以供給干燥塔工藝過程所需的熱量。加設管道將窯爐尾氣熱風和煙氣引入干燥窯，用于干燥磚坯，可取消干燥窯的熱風爐。

3.2工業廢棄物的資源綜合利用

隨著拋光磚的大量生產，拋光磚廢渣的處理成為棘手的問題。如果采用堆棄、填埋等方式處理，不僅對環境造成很大的影響，而且這種生產和處理方式是以巨大的能源、資源消耗為代價的。如何有效地利用拋光磚廢渣，變費為寶，歐神諾公司做了大量的研究工作，利用陶瓷拋光磚廢料中的微細有機磨料作為發泡劑及少量的無機觸媒在燒成過程中液相發泡致孔技術，研制出了具有保溫、隔熱、隔音等優良性能的節能、環保型輕質高強建筑節能新型墻材。因為此產品的原材料來源穩定、價格低廉、產品附加值較高，既為公司解決了廢渣問題，又為公司創造了較好的經濟效益。

本文以年產600萬m²的拋光磚為例，每年拋光廢渣的產量就近1.8萬噸，若是進行填埋及運輸，其成本就能超過40萬元。如果將全部拋光廢渣進行回收利用，不僅起到環保作用，而且還具有明顯的社會效益。

建設輕質高強建筑節能新型墻材生產線，可采用濕法制漿、噴霧干燥制粉、大噸位壓機成形，以及寬截面輥道窯燒成的一次燒成生產工藝，可獲得色澤亮麗、純正、質量好的產品。使用輕質高強建筑陶瓷板材的建筑除具有吸聲功能外，還可以減少能耗5%～10%。

4 結語

佛山歐神諾陶瓷股份有限公司開展陶瓷低碳制備及資源循環利用技術開發以來，現已節約電2.178×10⁶千瓦時/年、標煤2474.59噸/年、用水1.9萬噸/年，建成了年產60萬m²輕質高強建筑節能新型墻材生產線，減少陶瓷工業廢渣1.1萬噸/年。由于低碳制備及資源循環利用的方案實施，提高了企業的管理和技術水平，取得良好的經濟效益、環境效益和社會效益。