陶瓷生产中的低碳制造技术及资源循环利用技术的研究

摘要：本文主要探讨了陶瓷低碳制备及资源循环利用的技术开发，分别对陶瓷低碳制备、工业废弃物的资源综合利用两个方面进行了阐述。研究了建筑陶瓷低碳制备及资源循环利用的技术以及行业的推广，对提高建陶工业能源利用效率、降低碳排放、实现废弃物资源循环利用、推进陶瓷低碳清洁生产具有重要的意义。

关键词：陶瓷；低碳制备；资源循环利用

1 前言

广东建筑陶瓷墙地砖约占全国产量的30%，抛光砖单位煤耗平均约8.2公斤/m²，电耗在8.5度/m²；釉面砖制品约5.9公斤/m²，电耗在2.9度/m²。仅以广东省而言，2011年产量约为26.3亿m²，消耗煤1930万吨，用电14亿度，碳排放总量超过5435万吨，陶瓷产业是广东省重要的传统支柱产业和能源支出行业，随着环保意识的增强，低碳、环保、资源循环利用已成为陶瓷工业发展的趋势。

中国约有13.7亿人口，人民的住房需求市场巨大，房地产开发投资将持续增长。近几年，仅城镇每年房地产开发投资超过3000亿元，住房年竣工面积达1.5亿m²，居民建筑装修花费每年在4000亿元以上。对建筑材料的需求将保持在较高的水平，在今后10年，乃至20年内，国内市场的强大需求，仍将保证中国建陶行业的稳定发展。随着生活水平的日益提高，对环保型建筑材料的需求也越来越多。

2 国内外技术发展现状与趋势

2.1陶瓷低碳制备技术的国内外情况

以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济其实质为能源高效利用、追求绿色GDP，核心是能源技术和减排技术创新，是实现可持续发展的必然选择。中国已成为世界第二大能源生产国和消费国，第二大碳排放国，对于工业产业中的陶瓷工业这一能源消耗和使用大户而言，发展低碳制备技术就显得尤为重要。目前国家已明确提出把解决能源、水资源和环境保护技术放在科学技术发展的优先位置，并加强节能技术、可再生能源技术以及煤炭清洁高效利用技术等的研发以减缓温室气体排放，但对于陶瓷工业，还未提出明确的量化指标，仅对生产能耗有指导性限定。

2.2陶瓷工业废弃物的循环利用技术的国内外情况

陶瓷砖在生产过程中，在原料加工球磨、喷雾干燥及成形过程中均会因工艺及设备原因产生粉料废弃物，产品在烧成后冷加工过程中因表面切削、抛光所产生的废渣约占砖体重量的10%，是陶瓷工业固体废弃物的主要来源。通常对陶瓷生产过程中产生的抛光砖废料、废泥等均采用堆弃、填埋等方式，对环境造成了很大的影响。如何回收利用陶瓷废料，国内的科研人员开展了一些研究工作，取得了一些初步的结果。国外目前根据实际情况，对废料均已进行适当回收，称之为eco配方。但对冷加工的陶瓷废渣因国外抛光砖产品生产少，目前没有重新利用的研究报道，其主要研究还是在国内。近年来陶瓷废料再利用的有关研究如下。

（1）陶瓷工业废弃物用来生产陶粒

由于陶粒容重小、内部多孔，形态、成分较均一，具有一定的强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的绝热性能，但其机械强度很低，不能用于建筑承重。在建筑业方面，可以作为轻骨料制备混凝土和墙体保温板，也可以作为填料填在空心墙或窑炉的衬层中隔热保温。

（2）陶瓷工业废弃物用于生产多孔陶瓷透水砖

该方法是将陶瓷生产厂的陶瓷废料粉碎至粒径为20mm以下，再加入适量的膨润土作粘结剂，在球磨机中混合均匀，压制成坯，送入窑中烧结成一种多孔陶瓷砖。陶瓷碎粒骨料被膨润土相互粘结，在碎粒之间形成空隙，具有较好的透水性。但其绝热性能有待提高，且使用大量的膨润土，生产能耗高，其工艺过程有待改进。

（3）陶瓷工业废弃物用于生产免烧砖

佛山陶瓷研究所自1999年开始，以陶瓷废料再生利用为突破口，从国外引进相关技术，开发出一些产品，其中原料构成中70%左右是陶瓷废料。但由于该工艺未进行烧结处理（使用高强度粘结剂），其机械强度和绝热性能有待进一步提高。

（4）陶瓷工业废弃物用于开发固体混凝土材料

固体废弃物混凝土材料（简称SWC）是以固体废弃物为主要原料，具有普通混凝土性能的一种环保材料。试验表明，以陶瓷废料为主要原料，辅以水泥和高强粘结剂制备的SWC材料适用于免烧型广场道路砖。但由于该工艺也未进行烧结处理，其机械强度和绝热性能有待进一步提高。

（5）陶瓷工业废弃物用于开发大规模轻质高强建筑陶瓷板材

佛山欧神诺陶瓷股份有限公司自2004年开始，以陶瓷废料再生利用为突破口，研究相关技术，开发出一系列产品，其中原料构成中40%左右是陶瓷废料。产品具有轻质、高强、保温、隔热等优良特性，已进行了市场推广。并起草了行业标准。

3 陶瓷低碳制备及资源循环利用技术路线

3.1陶瓷生产过程的低碳制备

通过对工业节能和环保设备的改造，变频球磨、余热利用等方面实现设备和工艺技术突破，提高能源使用效率，在厂房设计方面考虑建筑节能，照明采用节能灯等，降低整体的碳排放，可实现陶瓷生产的低碳制备。

（1）低电耗球磨设备改造技术

对球磨机等的大功率电机进行变频技术改造。以球磨机为例，根据球磨工艺要求设定不同运行时段的频率（球磨运行稳定后可将运行频率降低，球磨机所受到的冲击力大为减少，球磨皮带、轴、齿轮寿命大大提高），其他风机电机等设备亦根据设备工艺要求，调整运行频率，各技改后机电设备的功率因数明显提高，节电效果明显。

（2）陶瓷余热利用干燥技术

窑炉烟气余热、干燥窑余热利用技术，采用热能分级利用的原理，把烧结工艺、干燥窑干燥坯体过程综合在一起考虑，按生产工艺温度不同分级余热利用，实现能源的梯级利用，辊道窑烧结后排出的烟气余热用于坯体干燥。其主要流程为：辊道窑烧结阶段耗能量最大，而外排的炯气和尾气仍具有较高的温度，会带走大量的热能，造成极大的浪费。外排的烟气、热风的热量足以供给干燥塔工艺过程所需的热量。加设管道将窑炉尾气热风和烟气引入干燥窑，用于干燥砖坯，可取消干燥窑的热风炉。

3.2工业废弃物的资源综合利用

随着抛光砖的大量生产，抛光砖废渣的处理成为棘手的问题。如果采用堆弃、填埋等方式处理，不仅对环境造成很大的影响，而且这种生产和处理方式是以巨大的能源、资源消耗为代价的。如何有效地利用抛光砖废渣，变费为宝，欧神诺公司做了大量的研究工作，利用陶瓷抛光砖废料中的微细有机磨料作为发泡剂及少量的无机触媒在烧成过程中液相发泡致孔技术，研制出了具有保温、隔热、隔音等优良性能的节能、环保型轻质高强建筑节能新型墙材。因为此产品的原材料来源稳定、价格低廉、产品附加值较高，既为公司解决了废渣问题，又为公司创造了较好的经济效益。

本文以年产600万m²的抛光砖为例，每年抛光废渣的产量就近1.8万吨，若是进行填埋及运输，其成本就能超过40万元。如果将全部抛光废渣进行回收利用，不仅起到环保作用，而且还具有明显的社会效益。

建设轻质高强建筑节能新型墙材生产线，可采用湿法制浆、喷雾干燥制粉、大吨位压机成形，以及宽截面辊道窑烧成的一次烧成生产工艺，可获得色泽亮丽、纯正、质量好的产品。使用轻质高强建筑陶瓷板材的建筑除具有吸声功能外，还可以减少能耗5%～10%。

4 结语

佛山欧神诺陶瓷股份有限公司开展陶瓷低碳制备及资源循环利用技术开发以来，现已节约电2.178×10⁶千瓦时/年、标煤2474.59吨/年、用水1.9万吨/年，建成了年产60万m²轻质高强建筑节能新型墙材生产线，减少陶瓷工业废渣1.1万吨/年。由于低碳制备及资源循环利用的方案实施，提高了企业的管理和技术水平，取得良好的经济效益、环境效益和社会效益。

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