貴州瓷粉之瓷粉廢料在建材領(lǐng)域的綜合利用

1 前言

作為陶瓷生產(chǎn)大國，貴州瓷粉我國陶瓷工業(yè)近十年來得到了迅猛發(fā)展。陶瓷墻地磚、衛(wèi)生陶瓷、工業(yè)陶瓷等陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)量均占同類產(chǎn)品世界年總產(chǎn)量的60%以上。預(yù)計(jì)我國在未來較長一段時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)保持陶瓷產(chǎn)量世界第一、人均消費(fèi)瓷磚第一和產(chǎn)品出口第一的陶瓷大國地位[1]。陶瓷工業(yè)在生產(chǎn)過程中難免會(huì)產(chǎn)生大量次品和廢品，在陶瓷制品深加工過程(如切割、研磨和拋光等)中也會(huì)產(chǎn)生大量陶瓷邊角廢料及粉塵。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年會(huì)產(chǎn)生至少1000萬噸的瓷粉廢料[2]。長期以來，瓷粉廢料的處理是困擾陶瓷行業(yè)的難題，處理不當(dāng)會(huì)給周邊環(huán)境帶來非常嚴(yán)重的危害，影響周邊地區(qū)人們的生活質(zhì)量。

根據(jù)現(xiàn)有報(bào)道，目前國內(nèi)外對瓷粉廢料的綜合利用，主要采取以下兩種方式：一是將瓷粉廢料回收作為礦物原料，制備陶瓷漿料，在行業(yè)內(nèi)消化廢料[3,4]；二是應(yīng)用于建材行業(yè)，如將瓷粉廢料作為摻合料替代部分水泥，或者經(jīng)初步加工后用以生產(chǎn)各種建筑材料[5,6]?？傊?，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)瓷粉廢料的資源化利用，減少污染、節(jié)省優(yōu)質(zhì)礦物原料。這是陶瓷行業(yè)節(jié)資、節(jié)能、減排和降低成本的可行之路。

本文簡述了瓷粉廢料的來源及特性，全面分析了瓷粉廢料在建材行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，希望對瓷粉廢料在建材行業(yè)的資源化安全利用有所裨益。

2 瓷粉廢料來源及特性

2.1 來源

陶瓷工業(yè)所產(chǎn)生的廢料主要是在陶瓷制品生產(chǎn)過程中，由于成形、干燥、施釉、搬運(yùn)、焙燒及貯存等不同工序中產(chǎn)生的廢料，大致分為坯體廢料、廢釉料、燒成廢料和磚屑廢料四類[7]，如圖1 所示。坯體廢料是指陶瓷制品焙燒之前所形成的廢料，包括上釉坯體廢料及無釉坯體廢料，該類廢料大部分可以在本廠回收再利用。廢釉料是在陶瓷制品的生產(chǎn)過程中所形成的污水經(jīng)凈化處理后產(chǎn)生的固體廢料，通常含有重金屬元素。燒成廢料是陶瓷制品在生產(chǎn)過程中因成型工藝不當(dāng)或燒成制度不合理產(chǎn)生的廢品，或是陶瓷制品在貯存和搬運(yùn)等工序中損壞產(chǎn)生的廢品。磚屑廢料指瓷質(zhì)磚等在刮平定厚、研磨拋光及磨邊倒角等一系列深加工過程中產(chǎn)生的大量廢料。

四類廢料

貴州瓷粉目前在陶瓷廠瓷粉廢料資源化利用難度大的是燒成廢料和磚屑廢料，本文就這兩種廢料進(jìn)行重點(diǎn)討論。

2.2 物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)

圖2為瓷粉廢料在光學(xué)顯微鏡下的形貌。由圖2可見，瓷粉廢料顆粒外形多呈不規(guī)則鱗片狀，且具有層狀結(jié)構(gòu)，具有較好的易磨性。

瓷粉廢料的形貌

瓷粉廢料化學(xué)組成與粉煤灰和礦渣粉相似，均為SiO2、CaO和Al2O3等氧化物，此外還有少量的堿性氧化物等，具備一定的化學(xué)活性。蘇達(dá)根等[8]通過研究陶瓷玻化磚廢料、瓷質(zhì)廢料、炻質(zhì)劈開磚廢料和陶質(zhì)廢料等四種瓷粉廢料后發(fā)現(xiàn)，按GB/T 2847-2005《用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》的要求，幾種瓷粉廢料的火山灰活性均合格。其水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度比均高于62%，其中，陶瓷?；u廢料為82.1%，瓷質(zhì)廢料為80.8%，炻質(zhì)劈開磚廢料為78.3%，陶質(zhì)廢料為77.3%。這也證實(shí)了瓷粉廢料具有一定的火山灰活性，為瓷粉廢料在建材行業(yè)中代替部分水泥應(yīng)用提供了一個(gè)新思路。

3 瓷粉廢料在建材行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)

3.1 水泥混合材

周傳友等[9]研究了陶瓷拋光磚粉作水泥混合材對水泥相關(guān)性能的影響。研究結(jié)果表明：拋光磚粉作為水泥混合材時(shí)，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，初凝時(shí)間縮短而終凝時(shí)間略有延長；水泥28d膠砂強(qiáng)度活性指數(shù)可達(dá)82%；拋光磚粉摻量在30%以下，隨其摻量增加，Marsh時(shí)間明顯延長，水泥漿體的流動(dòng)性變差；拋光磚粉的摻入基本不影響聚羧酸系減水劑的飽和摻量點(diǎn)，但影響萘系減水劑與水泥的相容性。

江南寧等[10]重點(diǎn)研究了瓷粉廢料摻量對水泥凈漿水化性能的影響。結(jié)果表明：瓷粉廢料能促進(jìn)水泥的水化，對水泥水化產(chǎn)物的種類無明顯影響，但對水化產(chǎn)物的數(shù)量卻有一定的影響。隨著瓷粉廢料摻量的增加，單位質(zhì)量水泥化學(xué)結(jié)合水量呈上升趨勢，單位質(zhì)量膠凝材料化學(xué)結(jié)合水量呈下降趨勢。瓷粉廢料摻量為30% 時(shí)，水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的含量降低，而AFt的含量稍有增加，這說明瓷粉廢料能促進(jìn)水泥的水化，但其活性在后期(56d)才能得以發(fā)揮。

Ay N等[11]指出，隨著瓷粉廢料摻量的增加，水泥的強(qiáng)度有所降低，需水量變大，凝結(jié)時(shí)間變長，但是只要選擇合適的配比，將其摻量控制在35%以內(nèi)，完全可以生產(chǎn)出較高強(qiáng)度等級的水泥。

3.2 建筑材料和道路材料

拋光磚生產(chǎn)時(shí)在拋光階段會(huì)產(chǎn)生大量的磚屑廢料，這種廢料難以利用，限制了這種產(chǎn)品的規(guī)模化發(fā)展。磚屑廢料中含有氯氧鎂水泥等雜質(zhì)，直接回收利用磚屑廢料做漿料會(huì)導(dǎo)致坯體產(chǎn)生膨脹、針孔和變形等缺陷。曾權(quán)等[12]針對這一難題，提出了分類回收、自然沉降和分類使用的最優(yōu)處理思路，將發(fā)泡廢渣作為洞石原料直接用于洞石面料配方中，制備的產(chǎn)品性能優(yōu)異；對磚屑廢料進(jìn)行改性后重新用于拋光磚底料和面料配方中，生產(chǎn)的產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了生產(chǎn)要求。

稅安澤等[13]以磚屑廢料、高溫砂、低溫砂以及各種黏土為原料，經(jīng)球磨、干燥、成形、燒成后制備了以閉口氣孔為主、兼具保溫隔熱功能的新型輕質(zhì)建筑材料，所制得的產(chǎn)品表觀密度為900 kg/m3，抗折強(qiáng)度為6.0MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.230W/(m·K)，耐火度高于 1200℃。

3.3 固體廢棄物混凝土

固體廢棄物混凝土材料(SWC)是以固體廢棄物為主要原料，具有普通混凝土基本性能的一種環(huán)保材料。陸盛武等[14]分析了陶瓷在破碎過程中所產(chǎn)生大量的粉末(即瓷粉廢料)直接充當(dāng)SWC添加物的可能性及意義，并進(jìn)行了初步試驗(yàn)。經(jīng)檢測，破碎后的廢磚，其松散堆積密度基本符合建筑用集料的標(biāo)準(zhǔn)，破碎后的顆粒級配用天然砂調(diào)整，粗集料的粒徑在(5-15)mm之間，細(xì)集料的粒徑在(1-5)mm之間。按照一般混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法，將原材料按一定的配合比混合。試驗(yàn)表明，以瓷粉廢料為主要原料，輔以水泥(一般選用32.5級以上硅酸鹽系列水泥)和高強(qiáng)粘結(jié)劑(有機(jī)粘結(jié)劑)制備的SWC材料，可用于生產(chǎn)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求的免燒型廣場道路磚。

3.4 輕質(zhì)集料

近年來國內(nèi)外也開始利用工業(yè)廢料生產(chǎn)陶粒。由于陶粒容重小且內(nèi)部多孔，形態(tài)和成分比較均一，具有一定的強(qiáng)度和堅(jiān)固性，因而具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良好的保溫、隔熱、隔音、隔潮等功能特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。在建筑方面，陶粒可以作為輕集料制備輕集料混凝土和墻體保溫板，也可以作為填料填充于空心墻或窯的襯層中起保溫隔熱作用。

侯來廣等[15]以陶瓷磚屑廢料、黏土、水泥及其他添加劑為包裹料，以膨脹珍珠巖為核心，經(jīng)包裹成球后自然養(yǎng)護(hù)得到輕質(zhì)夾心型免燒陶粒。該陶粒生產(chǎn)工藝簡單、免燒結(jié)，而且還充分利用了陶瓷產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物。以該陶粒為輕集料添加少量的膨脹珍珠巖，以水泥、粉煤灰為膠結(jié)材料制備的吸聲材料，其吸聲效果好，特別是在低頻的400 Hz左右吸聲效果最佳。該吸聲材料的密度小，不含纖維等有害物質(zhì)，屬于綠色環(huán)保建筑材料。該研究為瓷粉廢料的資源化利用提供了一條新思路。

4 展望

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，對環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。降低環(huán)境污染，加大對各種工業(yè)廢棄物的資源化安全利用力度，是環(huán)保工業(yè)的主要發(fā)展方向。將瓷粉廢料回收處理作為廉價(jià)原料，用于陶瓷工業(yè)本身和建材行業(yè)領(lǐng)域，既能大批量無害化處理瓷粉廢料，又可以為建材行業(yè)提供一種新的原材料。實(shí)現(xiàn)陶瓷、建材兩大工業(yè)的協(xié)同發(fā)展，無疑會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，并起到良好的示范效果。

具體而言，筆者認(rèn)為，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間里，對瓷粉廢料的研究和實(shí)際應(yīng)用應(yīng)朝著以下方向努力。

(1) 瓷粉廢料的行業(yè)內(nèi)部消化。陶瓷行業(yè)產(chǎn)能巨大，生產(chǎn)的陶瓷種類繁多，如果能在陶瓷行業(yè)內(nèi)部有效循環(huán)利用瓷粉廢料，可以產(chǎn)生充分的價(jià)值。建議開展瓷粉廢料回收作為坯料原料，或制備一些原料品質(zhì)要求較低的燒結(jié)磚等方面關(guān)鍵技術(shù)的研究。

(2) 瓷粉廢料在建材行業(yè)的資源化利用。建材行業(yè)是利用各種固體廢棄物的重要行業(yè)，應(yīng)采取因地制宜、因材制宜的方式，根據(jù)瓷粉廢料自身特性，進(jìn)行充分的有效的利用，如深入研究并推廣瓷粉廢料作為水泥混合材和混凝土摻合料的可能性，以及利用瓷粉廢料生產(chǎn)輕質(zhì)集料(如陶粒)，制備功能性建筑材料產(chǎn)品(如陶粒混凝土和加氣混凝土)等。

除此之外，筆者認(rèn)為，政府和陶瓷行業(yè)內(nèi)部還應(yīng)重點(diǎn)考慮對資源化利用瓷粉廢料的企業(yè)進(jìn)行適當(dāng)?shù)沫h(huán)保獎(jiǎng)勵(lì)和政策鼓勵(lì)。如鼓勵(lì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)裝備及產(chǎn)品發(fā)展，引導(dǎo)各種資本投資建設(shè)高產(chǎn)能企業(yè)，研究制定出臺環(huán)保產(chǎn)品和消費(fèi)的激勵(lì)政策，進(jìn)一步落實(shí)和完善環(huán)保產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有稅收優(yōu)惠政策等。貴州瓷粉這些政策驅(qū)動(dòng)力對于陶瓷行業(yè)和建材行業(yè)的有機(jī)結(jié)合和共同發(fā)展將會(huì)起到十分重要的保障作用。