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    貴州瓷粉淺析瓷粉廢料在建材領域的綜合利用

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    貴州瓷粉淺析瓷粉廢料在建材領域的綜合利用

    發布日期:2017-09-15 作者: 點擊:

    貴州瓷粉淺析瓷粉廢料在建材領域的綜合利用

    1 前言

    作為陶瓷生產大國,我國陶瓷工業近十年來得到了迅猛發展。陶瓷墻地磚、衛生陶瓷、工業陶瓷等陶瓷產品產量均占同類產品世界年總產量的60%以上。預計我國在未來較長一段時間內將繼續保持陶瓷產量世界第一、人均消費瓷磚第一和產品出口第一的陶瓷大國地位。陶瓷工業在生產過程中難免會產生大量次品和廢品,在陶瓷制品深加工過程(如切割、研磨和拋光等)中也會產生大量陶瓷邊角廢料及粉塵。據不完全統計,我國每年會產生至少1000萬噸的瓷粉廢料。長期以來,瓷粉廢料的處理是困擾陶瓷行業的難題,處理不當會給周邊環境帶來非常嚴重的危害,影響周邊地區人們的生活質量。

    根據現有報道,目前國內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,在行業內消化廢料;二是應用于建材行業,如將瓷粉廢料作為摻合料替代部分水泥,或者經初步加工后用以生產各種建筑材料??傊?,最終目標是實現瓷粉廢料的資源化利用,減少污染、節省優質礦物原料。這是陶瓷行業節資、節能、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中的應用現狀,希望對瓷粉廢料在建材行業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

    陶瓷工業所產生的廢料主要是在陶瓷制品生產過程中,由于成形、干燥、施釉、搬運、焙燒及貯存等不同工序中產生的廢料,大致分為坯體廢料、廢釉料、燒成廢料和磚屑廢料四類。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過程中所形成的污水經凈化處理后產生的固體廢料,通常含有重金屬元素。燒成廢料是陶瓷制品在生產過程中因成型工藝不當或燒成制度不合理產生的廢品,或是陶瓷制品在貯存和搬運等工序中損壞產生的廢品。磚屑廢料指瓷質磚等在刮平定厚、研磨拋光及磨邊倒角等一系列深加工過程中產生的大量廢料。

    目前在陶瓷廠瓷粉廢料資源化利用難度最大的是燒成廢料和磚屑廢料,本文就這兩種廢料進行重點討論。

    2.2 物理性質和化學性質

    瓷粉廢料在光學顯微鏡下的形貌。瓷粉廢料顆粒外形多呈不規則鱗片狀,且具有層狀結構,具有較好的易磨性。

    瓷粉廢料化學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,具備一定的化學活性。蘇達根等[8]通過研究陶瓷?;u廢料、瓷質廢料、炻質劈開磚廢料和陶質廢料等四種瓷粉廢料后發現,按GB/T 2847-2005《用于水泥中的火山灰質混合材料》的要求,幾種瓷粉廢料的火山灰活性均合格。其水泥膠砂28d抗壓強度比均高于62%,其中,陶瓷?;u廢料為82.1%,瓷質廢料為80.8%,炻質劈開磚廢料為78.3%,陶質廢料為77.3%。這也證實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中代替部分水泥應用提供了一個新思路。貴州瓷粉

    3 瓷粉廢料在建材行業中的應用技術

    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性能的影響。研究結果表明:拋光磚粉作為水泥混合材時,水泥的標準稠度用水量增加,初凝時間縮短而終凝時間略有延長;水泥28d膠砂強度活性指數可達82%;拋光磚粉摻量在30%以下,隨其摻量增加,Marsh時間明顯延長,水泥漿體的流動性變差;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,但影響萘系減水劑與水泥的相容性。

    江南寧等[10]重點研究了瓷粉廢料摻量對水泥凈漿水化性能的影響。結果表明:瓷粉廢料能促進水泥的水化,對水泥水化產物的種類無明顯影響,但對水化產物的數量卻有一定的影響。隨著瓷粉廢料摻量的增加,單位質量水泥化學結合水量呈上升趨勢,單位質量膠凝材料化學結合水量呈下降趨勢。瓷粉廢料摻量為30% 時,水化產物中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水泥的水化,但其活性在后期(56d)才能得以發揮。

    Ay N等指出,隨著瓷粉廢料摻量的增加,水泥的強度有所降低,需水量變大,凝結時間變長,但是只要選擇合適的配比,將其摻量控制在35%以內,完全可以生產出較高強度等級的水泥。

    3.2 建筑材料和道路材料

    拋光磚生產時在拋光階段會產生大量的磚屑廢料,這種廢料難以利用,限制了這種產品的規?;l展。磚屑廢料中含有氯氧鎂水泥等雜質,直接回收利用磚屑廢料做漿料會導致坯體產生膨脹、針孔和變形等缺陷。曾權等針對這一難題,提出了分類回收、自然沉降和分類使用的最優處理思路,將發泡廢渣作為洞石原料直接用于洞石面料配方中,制備的產品性能優異;對磚屑廢料進行改性后重新用于拋光磚底料和面料配方中,生產的產品各項性能指標均達到了生產要求。

    稅安澤等以磚屑廢料、高溫砂、低溫砂以及各種黏土為原料,經球磨、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建筑材料,所制得的產品表觀密度為900 kg/m3,抗折強度為6.0MPa,導熱系數為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保材料。陸盛武等[14]分析了陶瓷在破碎過程中所產生大量的粉末(即瓷粉廢料)直接充當SWC添加物的可能性及意義,并進行了初步試驗。經檢測,破碎后的廢磚,其松散堆積密度基本符合建筑用集料的標準,破碎后的顆粒級配用天然砂調整,粗集料的粒徑在(5-15)mm之間,細集料的粒徑在(1-5)mm之間。按照一般混凝土的配合比設計方法,將原材料按一定的配合比混合。試驗表明,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)和高強粘結劑(有機粘結劑)制備的SWC材料,可用于生產性能符合標準要求的免燒型廣場道路磚。

    3.4 輕質集料

    近年來國內外也開始利用工業廢料生產陶粒。由于陶粒容重小且內部多孔,形態和成分比較均一,具有一定的強度和堅固性,因而具有質輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良好的保溫、隔熱、隔音、隔潮等功能特點,得到了廣泛應用。在建筑方面,陶??梢宰鳛檩p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,經包裹成球后自然養護得到輕質夾心型免燒陶粒。該陶粒生產工藝簡單、免燒結,而且還充分利用了陶瓷產業的副產物。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,屬于綠色環保建筑材料。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

    隨著我國可持續發展戰略的持續推進,對環境保護提出了更高的要求。降低環境污染,加大對各種工業廢棄物的資源化安全利用力度,是環保工業的主要發展方向。將瓷粉廢料回收處理作為廉價原料,用于陶瓷工業本身和建材行業領域,既能大批量無害化處理瓷粉廢料,又可以為建材行業提供一種新的原材料。實現陶瓷、建材兩大工業的協同發展,無疑會產生巨大的社會效益、經濟效益和環境效益,并起到良好的示范效果。

    具體而言,筆者認為,在今后相當長的一段時間里,對瓷粉廢料的研究和實際應用應朝著以下方向努力。

    (1) 瓷粉廢料的行業內部消化。陶瓷行業產能巨大,生產的陶瓷種類繁多,如果能在陶瓷行業內部有效循環利用瓷粉廢料,可以產生充分的價值。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要求較低的燒結磚等方面關鍵技術的研究。

    (2) 瓷粉廢料在建材行業的資源化利用。建材行業是利用各種固體廢棄物的重要行業,應采取因地制宜、因材制宜的方式,根據瓷粉廢料自身特性,進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輕質集料(如陶粒),制備功能性建筑材料產品(如陶?;炷梁图託饣炷?等。

    除此之外,筆者認為,政府和陶瓷行業內部還應重點考慮對資源化利用瓷粉廢料的企業進行適當的環保獎勵和政策鼓勵。如鼓勵節能環保產業裝備及產品發展,引導各種資本投資建設高產能企業,研究制定出臺環保產品和消費的激勵政策,進一步落實和完善環保產業現有稅收優惠政策等。貴州瓷粉這些政策驅動力對于陶瓷行業和建材行業的有機結合和共同發展將會起到十分重要的保障作用。

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