陶瓷工業清潔生產技術*

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

前言

2018年，我國出臺的《環境保護稅法》已經在全國各地正式實行，作為中國第一部專門體現“綠色稅制”、推進生態文明建設的單行稅法，標志著我國在“守住綠水青山”、打好藍天保衛戰的信心和決心。

陶瓷工業作為建材行業三大產業之一， 為改善人民居住環境、美化建筑物起到了很大作用；但同時，陶瓷工業生產的高消耗和高污染卻又使自然環境遭到很大破壞。當越來越多的人關注到環境、資源的重要性，受到國內的環保風暴的影響，陶瓷工業的清潔生產也就變成是勢在必行的事情。

清潔生產是一種新形式的創造性思想。根據聯合國環境規劃署工業與環境規劃中心對其所作的定義，清潔生產是指“將綜合預防的環境政策持續用于生產過程和產品中，以便減少對人類環境污染的風險性”。對生產過程而言，清潔生產包括節約原材料和能源，淘汰有毒原材料并在全部排放物和廢棄物離開生產線以前減少它們的數量和毒性，實現生產過程中的無污染或少污染。對產品而言，清潔生產策略旨在減少產品在整個生產周期過程中對人類和環境的影響。

1 陶瓷工業污染物的分類

1.1 大氣污染物

1.1.1 粉塵

在建筑衛生陶瓷生產中，粉料的制備工序當中，將原料與水按照一定的比例混合，研磨，干燥，使得粉料含有8%左右的水分，有利于成形時的可塑性或壓制成形。這也就抑制和減少了物料在加工和成形工序中粉塵的產生。

建筑衛生陶瓷生產中，原料運輸、配料、球磨機加料、打磨修坯、施釉等工序中將會產生粉塵，其排放粉塵的成分與被加工的物料相同。

1.1.2 煙(塵)氣

干燥室、爐窯以及鍋爐房(煤氣站)產生煙(塵)氣。我國大中型企業多采用煤粉、水煤漿、煤氣燃料，部分有條件的企業使用天然氣燃料，使用重油或煤作燃料時將有一定的二氧化硫和煙塵排放。在一般情況下使用氣體或低硫燃油，其煙氣中產生大量的煙塵和二氧化硫。

1.2 廢水

建筑衛生陶瓷生產，所排放廢污水均來自清洗工序的排水，如硬質原料的洗刷、噴霧干燥塔的清洗、拋光線上的器件沖洗、車間地面清洗等，所排廢污水中主要污染物為懸浮物。

1.3 固體廢棄物

1.3.1 坯體廢物

坯體廢物即窯爐煅燒前產生的廢物，如成形、壓制和干燥工序生產的廢坯，破碎后可作原料繼續使用，廢水沉淀池中的泥渣、收塵器回收灰塵也可作為原料回用。

1.3.2 產品廢棄物

產品廢棄物即坯體經窯爐素燒或煅燒后不合格的成品或半成品，其破碎后可作為建筑衛生陶瓷或耐火材料的生產原料。

1.4 噪聲

原料加工、制備中的破碎機、球磨機、料漿攪拌機等作業時均有機械性噪聲產生，強度在80～90 dB；窯爐和干燥塔等處都設有風機、空壓機，其作業時產生的空氣動力性噪聲，強度在80～95 dB。

2 清潔生產的途徑及方法

2.1 原料專業化、標準化、系列化

原料、坯料制備是建筑陶瓷企業產生粉塵污染和噪聲污染的主要場所，特別是含游離二氧化硅的粉塵會對人體會造成極大的危害。根據檢測，一些企業生產現場粉塵濃度大大超過了國家規定的10 mg/m3最高允許濃度和含有10%以上游離二氧化硅的粉塵濃度2 mg/m3的規定，對人體和環境都造成了很大的危害。

根據國外建筑衛生陶瓷企業大多采用專業化、標準化、系列化原料進行生產的經驗，我國建筑衛生陶瓷企業也應因地制宜，逐步在生產中推廣采用專業化、標準化、系列化原料替代原料的預處理。在原料加工企業則可采用專用環保設備，以減少粉塵污染和噪聲污染。

2.2 能源的清潔化

采用清潔的煤氣(煤氣站采用深度脫硫技術制備的煤氣)、天然氣、液化石油氣或電加熱等清潔燃料，可以減少廢氣、廢渣的產生和排放量。

3 陶瓷工業生產全過程的清潔化

3.1 新型干法短流程原料制備工藝

陶瓷墻地磚新型干法短流程制粉工藝有別于高能耗的濕法制粉工藝，其工藝流程可概述為：各種不同的軟質原料和硬質原料經鄂式破碎機或對輥式破碎機進行粗、中碎，再經懸輥式磨粉機或立式磨粉機細磨細碎(磨)，細粉料進入各自的料倉。按配方用電子秤從各料倉分別取料，進入混合均化式混料器，將細粉料按配方混合均勻。混合均勻的細粉料進入造粒系統，在造粒機中加入10%～12%的水分(相對水分)，進行“過濕”造粒，“過濕”造粒的粉料顆粒進入流化床干燥器干燥至含水率為6%～8%，同時流化床干燥器系統的收塵裝置將未造粒的細粉末回收，重新進入造粒機系統。干燥后的粉料經篩分裝置過篩，篩上大顆粒經優化整形機整粒，同篩下合格料一同進入料倉陳腐，供大生產壓制成形使用。

3.2 低溫一次快燒工藝

在陶瓷生產中，燒成溫度越高，能耗就越高。據熱平衡計算，若燒成溫度降低100 ℃,則單位產品熱耗可降低10%以上，且燒成時間縮短10%，產量增加10%，熱耗降低4%。因此，應用低溫快燒技術，不但可以增加產量，節約能耗，而且還可以降低成本。某企業采用超低溫配方燒成，將現有的建筑陶瓷產品的燒成溫度降低約 200 ℃, 達到1 000 ℃ 以下，單位制品的燃耗降低了25%，能耗為3～5 MJ/kg瓷，能耗僅為普通燒成技術的75%左右，大大降低了生產成本。

采用一次燒成技術比一次半燒成(900 ℃ 左右低溫素燒，再高溫釉燒)和二次燒成更節能，綜合效應更佳，同時可以解決制品的后期龜裂，延長制品的使用壽命。

陶瓷屬于高能耗的行業，以瓷質磚為例，傳統生產技術的燒成溫度一般在1 200 ℃以上，燒成時間為12～24 h以上，其燒成周期長，能耗和成本高，產量低，嚴重阻礙了行業的發展。為解決或緩解這種局面，低溫快燒技術應運而生。針對陶瓷行業而言，低溫快燒技術是指燒成溫度降低80～100 ℃ 以上 燒成時間明顯縮短，產品性能與采用傳統技術生產的產品性能相同或相近的燒成工藝；且根據熱力學平衡計算可知，燒成溫度降低100 ℃，單位產品熱耗可降低10%以上；燒成時間縮短10%，產量可增加10%，熱耗降低 4%。由此可知，低溫快燒技術在增加陶瓷制品產量的同時，也可顯著降低企業的單位能耗和成本，實現節能減排，從而為陶瓷行業的發展提供了一條可實現持續發展和轉型升級的途徑。

綜合眾多學者一直以來的研究可知，陶瓷低溫快燒技術的關鍵在于開發和利用低溫熔劑原料選擇合適的燒成工藝和熱工設備等，通過這些措施，使得陶瓷行業的燒成溫度下降明顯，如衛生陶瓷燒成溫度降低50～100 ℃；釉面磚素燒溫度降低80～130 ℃；硬質日用陶瓷燒成溫度降低50～150 ℃；耐火硅磚燒成溫度降低60～100 ℃等，且其燒成時間顯著縮短，節能降耗效果顯著。

3.3 陶瓷工業產品的薄型化，輕量化新工藝、新技術

3.3.1 陶瓷薄板原料配方研發

陶瓷磚的薄型化生產必須在原料選擇和配方設計時考慮陶瓷磚的增強和增韌技術對于生坯強度的提高，可選用可塑性好干燥強度高品質穩定的粘土；其次，可利用非全瘠性原料(如瓷石)代替瘠性長石原料，增加坯料的可塑性；此外，應用合理的高性能坯體增強劑；配方設計時，應盡量減少坯料的燒失量。

3.3.2 陶瓷薄板強度提高技術

對于陶瓷薄板瓷坯強度的提高，可采用以下措施：

1)增加瓷坯的晶相含量，減少玻璃相和氣孔；

2)在瓷坯中形成高強度的晶相，如針狀莫來石剛玉相等。

3.3.3 陶瓷薄板成形技術

陶瓷薄板的生產主要有干法和濕法兩種工藝。干法工藝主要的體現在成形工藝干法成形效率高產量大，但干壓法受壓機噸位模腔和壓制工作臺尺寸等限制，成形較大尺寸一般都會受到限制,但目前的工藝技術已可生產大尺寸的陶瓷磚；濕法工藝生產過程沒有粉塵污染，生產更清潔，但生產工藝過程控制較多。

流延法是一種制備大面積薄平陶瓷材料的重要成形方法，可做厚度小于1 mm 的陶瓷薄板。其可用作室內裝修，即陶瓷墻紙，因此，該生產技術對傳統建筑陶瓷行業是一個新的革新技術，其發展前景廣闊。

3.4 陶瓷工業窯爐節能減排新技術

3.4.1 合理選用噴嘴

過去噴嘴使用時的溫度控制容易出現偏差。 由于高溫火焰流因浮力而上升，形成窯內溫度上高下低，使熱電偶檢測到的溫度偏高，故造成熱電偶儀表顯示溫度與窯內制品實際溫度發生很大的偏差。采用新型高速噴嘴或脈沖燒成技術，可以使窯內溫度變得均勻，減小了窯內上下溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果。特別對于寬斷面的窯爐，采用脈沖比例燒嘴或高速燒嘴；對于燒成用水煤氣的輥道窯，采用預混式燒嘴，不但可以減小窯斷面溫差，而且可以節約能源20%～30%。

3.4.2 余熱回收環利用

積極采用先進的煙氣余熱回收技術, 降低排煙熱損失是實現工業窯爐節能的主要途徑。當前國內外煙氣余熱利用主要用于干燥、烘干制品和生產的其他環節。采用換熱器回收煙氣余熱來預熱助燃空氣和燃料，具有降低排煙熱損失、節約燃料和提高燃料燃燒效率、改善爐內熱工過程的雙重效果。一般認為:空氣預熱溫度每提高100 ℃,即可節約燃料 5%。現有余熱利用方式主要有：

1)在換熱器中用煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣；

2)設置預熱段或輥道干燥窯，用煙氣余熱干燥濕坯；

3)設置余熱鍋爐，用煙氣余熱生產蒸汽；

4)加熱空氣作為烘干坯體的熱源；

5)用煙氣余熱發電和供暖等。

3.4.3 計算機自動監控技術

使用自動監控技術是目前國外普遍采用的有效節能方法，它主要用在窯爐的自動控制系統，使窯爐的調節控制更加精確，對節省能源，穩定工藝操作和提高燒成質量十分有利。同時，還為窯爐燒成的優化提供可靠的數據。先進的窯爐應配置自動點火、熄火監測，窯內壓力監測,氧濃度監測，氣體泄漏監測及噴嘴用熱電偶紀錄儀等一系列監測儀器，從而可以保證制品的快速燒成，采用這一技術可節能10%～15%。

4 提高企業員工的環保意識

實施清潔生產，涉及到陶瓷企業生產經營活動的每一個環節，需要全體員工的積極參與，需要逐步來進行，要做到與時俱進。因此，企業要運用綠色理念來指導、規劃和改造產品結構。陶瓷企業領導要深入學習研究綠色管理和可持續發展理念，樹立綠色經營理念，確立順應時代潮流的企業精神和企業風格，制定綠色管理戰略；工程技術人員要不斷學習新的節能技術、環保技術，不斷提高自己的環境知識和技能，從設計與制造方面減少或消除污染，并從控制污染轉向綠色生產，提高生態效率；對生產第一線的員工，要培育“綠色消費”、“綠色產品”和珍愛人類生存環境的意識，使“環保、生態、綠色”的理念深入人心。

5 結語

陶瓷工業既是高耗能工業，又是高污染工業，陶瓷工業的清潔生產勢在必行。實現清潔生產一方面是保護資源、努力減少資源浪費，減少人員使用，另一方面是保護環境，與國際接軌，增加國際競爭力。此外，實現清潔生產又是應對國際發達國家設立綠色貿易壁壘的重要舉措，同時也是我國建筑陶瓷行業可持續發展的需要。鑒于我國建筑衛生陶瓷工業目前的生產現狀和工藝特點，完全實現清潔生產尚需長期努力工作，而且有一定的難度，而實施生產工藝優化，陶瓷裝備節能，以原料燃料消耗最少化、排放減量化和效益最大化的清潔生產為主，末端控制為輔的綜合污染防治方式是最理想的選擇。只有這樣，我國建筑衛生陶瓷工業才能逐步變強，才能實現突圍，真正實現可持續穩定的發展。