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總之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
圖2為瓷粉廢料在光學顯微鏡下的形貌由圖2可見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
圖2 瓷粉廢料的形貌
瓷粉廢料化學組成與粉煤灰和礦渣粉相似均為SiO2CaO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通過研究陶瓷玻化磚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%其中陶瓷玻化磚廢料為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
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CaOH2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模化發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[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5-15mm之間細集料的粒徑在1-5mm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粒混凝土和加氣混凝土等
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
