佛山市陶瓷廢渣高附加值資源化路徑的探討

李保慶+郭艷平+區雪連

（1.廣東環境保護工程職業學院重金屬污染控制與資源綜合利用重點實驗室， 佛山 528216；2.廣東省環境保護礦冶行業重金屬污染防治與職業教育重點實驗室， 廣州 510006）

摘 要：根據煤氣燃燒實驗和典型陶瓷輥道窯爐的測試數據，分析過剩空氣系數對于窯爐能耗影響和目前陶瓷輥道窯爐運行當中不同燃燒區域過剩空氣系數的情況，最后提出輥道窯爐空氣過剩系數的分段控制和窯爐燃燒系統設計的建議。

關健詞：過剩空氣系數；輥道窯爐

1 引言

陶瓷屬于佛山第二大產業并且是我國規模最大、最重要的陶瓷生產基地，素有“南國陶都”的美譽。據測算，佛山陶瓷行業總產值400億元左右，產品占全國陶瓷生產總量的50%，陶瓷行業成為佛山地區經濟發展的重要產業，極大的促進了佛山和廣東經濟的發展。但在陶瓷行業帶來高效益的同時，陶瓷廢渣的任意填埋和堆積，不僅占用大量土地，而且對水、空氣、土壤等環境造成了嚴重污染。陶瓷廢料的綜合利用已成為陶瓷企業和環保部門實現節能環保生產所面臨的最緊迫的課題。

陶瓷廢渣含較大成分的SiO2、Al2O3、CaO，還含有一定量的MgO、K2O、Na2O等，具備了生產建材乃至高檔建材的基本條件。目前，陶瓷廢料的資源化利用技術主要集中在生產建筑材料，如陶瓷磚、陶瓷釉面磚、外墻磚、內墻磚、輕質保溫磚、透水磚等[1-3]，產生了一定的經濟效益，也合理處置了一部分陶瓷廢料，但這些工藝主要是借鑒建材行業已有的成熟工藝，原始創新性不足，產品附加值低、銷售范圍小，難以顯示出生產成本、運輸成本和產品質量的總合優勢，從而無法大范圍推廣適用。近年來，社會上提出的固體廢棄物高附加值綜合利用技術的研究反而使陶瓷廢渣的有效處理顯示出一定的優勢。

2 高附加值產品現狀

2.1微晶玻璃高附加值產品

微晶玻璃，亦稱結晶化玻璃，是一種采用全天然無機材料，運用受控晶化高新技術制得的新型建筑裝飾材料。微晶玻璃是將玻璃在適當的熱處理制度下晶化處理而成的多晶固體，它綜合了玻璃和陶瓷的優越性能，其色澤美觀，外表華麗，高硬度、高強度，無色差、永不褪色、永不被腐蝕、無放射性、不吸水，絕對安全環保衛生，另因其可用礦石、冶金爐渣、螢石礦渣等工業尾礦或廢棄物作為主要原材料，且在生產過程中無污染，產品本身也無任何天然石材所含有的危害人身健康的放射性元素，故被稱為二十一世紀國際流行的綠色建筑裝飾材料。用陶瓷廢渣制備高附加值微晶玉石等高檔建材，在國內外同領域技術范疇內，表現出一定的技術先進性。

據調查，陶瓷廢渣價格10 ～ 20元/噸，用陶瓷廢渣生產微晶玻璃，國內市場報價為500 ～ 900元/ m2，不僅低于進口高檔石材價格，而且大多數企業生產成本在200元/ m2左右。可見，陶瓷廢渣生產微晶玻璃利潤十分可觀。

目前，生產微晶材料的工藝基本采用兩種工藝方法：壓延法和燒結法。

壓延法生產為連續生產，工藝流程為：配料—混合—熔制—壓延—熱切割—晶化—磨拋—檢驗—成品—入庫。這種方法一次性投資較大，產品品質難于多樣化，生產的產品無玉質感。

燒結法生產步驟為在原料成分測試的基礎上，將陶瓷廢渣與其他化工原料等按配方混合均勻加入高溫爐，在高溫爐內熔制成玻璃液，熔制溫度約在1200 ～ 1500℃左右。經過充分熔化、均化、澄清成質量穩定的玻璃液，立即經冷水激能，水淬成一定粒度或塊狀的玻璃料。

玻璃料干燥、篩分處理為粒度在2 ～ 30 mm之間的玻璃粒料或塊料。玻璃粒料裝模后，放入高溫爐，按溫控程序晶化，晶化溫度約900 ～ 1200℃左右。晶化成型后的板材經進一步切割、研磨、拋光，制得微晶材料成品。

陶瓷廢渣制備微晶玻璃的關鍵技術在于重點解決結晶控制、著色控制關鍵技術問題，還包括原料的預處理技術、粉體粒度配比、化學成份的控制、玻璃的熔制工藝、玻璃的微晶化技術。

兩階段微晶玻璃工藝流程見圖1和圖2。

佛山市風行新型材料有限公司、佛山瑭虹釉料科技有限公司等通過多年研究和生產實踐，用化學原料生產出品種繁多的通體微晶板材，遠銷國內外，在微晶玻璃市場占有一席之地，也為佛山陶瓷工業的發展作出了巨大貢獻。近來，該公司與廣東環境保護工程職業學院合作利用陶瓷廢渣為主要原材料生產微晶玻璃，這樣使微晶玻璃生產充分利用了固廢資源，節約了能源，用最廉價的原料制成了新型高檔材料，既發揮了當地豐富的資源優勢，又減少了環境污染。

2.2發泡陶瓷高附加值產品

發泡陶瓷作為一種新型外墻外保溫材料，具有熱傳導率低、不燃、防火、耐久性好、與建筑同壽命、與水泥砂漿、混凝土等相容性好、吸水率低、耐候性好、質量通病少等優異的綜合性能，并且能夠消化利用大量固體廢棄物，是真正的綠色節能新材料。

陶瓷廢渣等原料生產發泡陶瓷的優勢在于本身含有碳化硅等發泡劑，可以不外加發泡劑。各種原料經粉碎球磨后，過100目方孔篩，再加入水、發泡劑和其它助劑，高溫灼燒，制備得到發泡陶瓷。該產品在北方用于建材，具有保溫效果；在南方也可以用作阻燃材料，同時也有隔熱隔音效果。

發泡陶瓷制備工藝流程如圖3所示。

目前，越來越多以固體廢棄物為原料生產發泡陶瓷的成功案例。池躍章[4]等以拋光磚廢渣和珍珠巖尾礦為基料，在成型壓力75 ～ 150 kg/cm2，燒成溫度1165 ～ 1175 ℃的條件下，制備性能優良的閉孔發泡陶瓷。王國梅[5]等利用地方瓷砂原料和廢碎玻璃試制了具有防水、保溫功能的高溫發泡陶瓷。馬龍[6]等在試驗室利用赤泥、水泥、粉煤灰、粘結劑等為原材料，經配比混合、成型發泡、燒結等工藝制備發泡陶瓷保溫材料；試驗的最佳燒結溫度為 1120 ℃，試樣抗折強度為 0.41 MPa、抗壓強度 1.15 MPa，密度達到 479 kg/m3。這些前期的成功案例，為陶瓷廢渣制備發泡陶瓷的研究奠定了基礎。

2.3陶瓷微粉高附加值產品

從表1中可以看到，陶瓷廢渣顆粒大部分是細粉，粒徑400到2000目（7.79 ～ 34.41μm）的百分比占40%，是所有粒徑分布中最多的。另外，2000到5000目（3.17 ～ 7.79 μm）的占25%，5000目以上的占25%，目數越大越難分離出來，這個特點使陶瓷廢渣篩分出陶瓷微粉產品成為可能。

陶瓷微粉，是最近才被開發并得到應用的新型多功能無機填料，富含二氧化硅，具有相當的水化活性，是顆粒粒經達到微米級別（平均粒徑6 μm）的超細輔助膠凝材料。同傳統的天然礦物填充材料相比，具有更穩定的物理化學性能、更高的硬度、更好的耐磨、耐高溫、耐久、耐酸堿性，可以廣泛應用于化工、橡膠、塑料、涂料、高級油漆、油墨、3D打印、鑄造、過濾、建筑、冶金、高性能混凝土等生產領域做填充材料，可以提高填充產品的性能及降低成本，具有巨大的市場潛力及使用空間。目前，陶瓷微粉在混凝土建材行業應用的研究成果表明陶瓷微粉可以顯著提高混凝土的內部密實性及表面光滑度，大大改善混凝土的粘聚性、保水性、包裹性、和易性、泵送的流動性、耐磨性和耐久性等性能[7-11]，是生產高性能混凝土的超細活性礦物摻合材料。

廣州翔龍環保科技有限公司擁有的陶瓷廢渣立式烘干分級系統（現場設備和工藝流程圖如下）采用國內先進的懸浮烘干分選技術[12-13]，分選陶瓷廢渣已成為現實。陶瓷微粉產品按細度劃分為粗粉和細粉兩個等級，粗粉應用于水泥的混合材料使用，細粉則應用于混凝土攪拌站，產品包括500目、1000目、2000目。目前該公司正在積極進行市場推廣和拓寬陶瓷微粉應用領域，比如功能性涂料行業。

2.4陶粒高附加值產品

陶粒密度低，孔隙率高、形態、成分均一，具有一定的強度和堅固性，因而具有質量輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和保溫隔絕性等多功能特點，廣泛應用在建材、園藝、食品、化工、石油部門。鄒正禹、林子增、陳彥文、賈蘭等[14～17]分別用粉煤灰、污泥、煤矸石、玻璃粉等固體廢棄物成果制備和改性了陶粒，并應用于環境廢水和重金屬污染治理領域，取得了一定的成效。其生產工藝圖5。

佛山陶瓷研究所與華南理工大學多孔陶瓷研究團隊合作，創新性在使用陶瓷工業廢料廢渣，探索了利用拋光廢渣制備免燒夾心型陶粒，并用該陶粒作為吸聲材料，并且獲得國家發明專利。佛山市禪城區小西灣固廢處理中心自投產后就一直致力于陶瓷廢渣的資源化利用技術研究，主要將廢漿經沉淀后，水、漿初步分離，工人用泵機將泥漿抽入池中，隨后經壓濾機處理，制造灰磚、瓷粉磚。第四期項目投入300萬元，建造年產6萬立方米陶粒生產線，利用陶瓷廢渣生產成環保輕質陶粒，產品年消耗回用廢渣總量達到5萬噸以上，充分利用了佛山陶瓷廢渣，提高了廢渣的綜合利用率，也促進了陶瓷工業的可持續發展。

2.5多孔陶瓷過濾材料高附加值產品

多孔陶瓷過濾材料因其本身含相互聯通的氣孔，加之自身強度較高，主要應用于過濾、分離和滲透中，還可應用于氣體和液體的過濾，主要有熔融金屬過濾、水凈化、海水淡化和脫水等水處理，氣體尾氣晶化、柴油機尾氣的微粒補集器、工業廢氣過濾、發電廠的多孔陶瓷過濾器及空氣凈化等氣體處理。近年來，國外采用陶瓷廢料為基料研發了一種多孔陶瓷板，拓寬了陶瓷廢料的利用渠道。國內關于陶瓷廢料制備多孔陶瓷材料的研究也取得了許多成果[18-20]。夏明輝[21]用廢棄瓷磚制備濾料，廢棄的瓷磚經破碎、篩分，得到粒徑為0.9 ～ 1.25 mm顆粒，并用三氯化鐵作為改性劑，對濾料表面改性。鉻、磷的動態吸附實驗表明，污染物去除率都達到98%以上。

華南理工大學特種功能材料教育部重點實驗室利用陶瓷拋光廢料制備了以堇青石和少量剛玉為主晶相的MgO-SiO2-Al2O3系多孔陶瓷過濾材料。寶山鋼鐵股份有限公司研究院以粉煤灰為主要原料制備了莫來石和石英為主晶相的多孔陶瓷過濾材料，并研究了各項影響因素對制備結果的影響規律。

3 高附加值綜合利用發展趨勢

3.1節能降耗，提高綜合利用率

固體廢棄物成分復雜，含水份或其他雜質較多，處理工藝復雜，生產過程較難控制，故固體廢棄物的前期預處理成本大、耗能高等難題一直困擾著企業，也是企業難以用固體廢棄物代替化學原料生產工業產品的一個原因。

在平衡經濟技術成本和產品價值的基礎上，如何在技術上最大化地提高微晶石產品中陶瓷廢渣的綜合利用率，降低能耗，是今后固廢資源化利用待解決的重要問題。

3.2立足市場，開發更多新型產品

大宗工業固體廢物綜合利用是當前實現工業轉型升級的重要舉措，更是確保我國工業可持續發展的一項長遠的戰略方針。當前階段，陶瓷廢渣資源化主要用作混凝土骨料及摻和料、道路材料、鐵路道磚、水泥、鑄石、礦渣棉和輕骨料等材料，顯示了一定的優越性和價值。在“十三五”規劃及將來，綠色是環保行業未來，提高陶瓷固廢整體水平，研發高附加值利用新技術，開發更多新型產品，促進資源合理利用，需要我們立足市場，創新思路和發展新技術，需要可靠的工藝技術、裝備技術、有效質量管控，以確保固廢資源化利用與社會可持續發展相互支撐、穩步推進。

4 建議

佛山陶瓷廢渣是一個非常值得珍惜的資源，合理的資源化利用技術的研究將節省巨大的資源，為佛山帶來巨大的經濟效益。對于佛山陶瓷廢渣的綜合利用，現階段主要以生產一般建材為主，為了大大提升陶瓷廢渣的經濟價值，發揮最大的資源優勢，高附加綜合利用技術的發展還需要政府、企業等大力支持和發展。從整個佛山陶瓷行業來看，陶瓷廢渣的高附加值資源化利用技術的深入開發和應用仍需要政府加強政策支持和積極引導，加大對企業的補貼和扶持力度；鼓勵企業開展清潔生產審核和增大自行消納廢渣的技術投入，研究并建立陶瓷企業的清潔生產標準，加強陶瓷企業的環境管理，從源頭上減少陶瓷廢物的產生；一定程度上企業積極拓寬技術交流領域，建設示范中心，深入校企合作，共同建設陶瓷廢渣綜合利用技術創新平臺，加大高附加值產品宣傳力度。

5 總結

本著“減量化、再利用、再循環”的3R原則，在環境壓力和資源短缺的雙重背景下，從較高層面上提升陶瓷廢渣的綜合利用水平，不僅可以從根本減少廢物數量，有效排除環境安全風險；而且，也是大力發展循環經濟、提高資源化利用、實現企業自我盈利的必要途徑。深入地攻關陶瓷廢渣高附加值綜合利用先進技術，形成技術集群，為建設佛山市首個陶瓷廢渣高附加值綜合利用先進技術科技平臺奠定基礎，從這個意義來講，陶瓷廢渣高附加值資源化利用具有重大的經濟效益和社會效益。

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基金項目：佛山市哲學社會科學規劃項目（2016-QN18）；2016年佛山市自籌經費類科技計劃項目：佛山市陶瓷廢漿制備微晶玻璃高附加值產品關鍵技術研究；2016年佛山市科技創新項目（高校和醫院科研基礎平臺）：佛山市典型固體廢棄物污染控制與綜合利用創新平臺。

作者簡介：李保慶（1986—），男，碩士，工程師，研究方向：固體廢棄物資源化利用和環境功能材料。