抛光砖抛光废料的回收利用途径分析

1抛光砖抛光废料的回收利用途径分析乔木1，王欣丹2，王艳1，李丹1（1辽宁省轻工产品质量检测中心，沈阳1100322辽宁省轻工科学研究院，沈阳110036）摘要：陶瓷抛光砖抛光废料产出量很大，严重污染周边环境，是困扰抛光砖生产的世界性难题。本文通过对此方面的研究结果，着重论述了陶瓷抛光砖抛光废料回收利用的可行性方法。关键词：抛光砖，抛光废料，内墙釉面砖，污染，发泡，利用引言在墙地砖的各类产品中，陶瓷抛光砖属于高端产品。它在墙地砖中所占的权重大，同时产品附加值也高，近年来，该产品得到了迅猛的发展。抛光砖是通体砖的表面经过打磨而成的一种光亮的砖，属通体砖的一种。相对于通体砖而言，抛光砖表面要光洁得多，而且更坚硬、耐磨。但抛光砖在研磨、抛光的过程中会产生大量的抛光废料，这种抛光废料粒度很细，风干后呈分散状态，极易随风飘落到各处，会严重威胁周围人群的身体健康，并造成周边土地的板结，导致严重的环境污染。而抛光废料的填埋，不但耗费人力、物力，还会污染地下水质，人们通常把这种现象称作“白色恐怖”。据统计：我国陶瓷抛光砖产量已达8亿平方米[1],在陶瓷抛光砖的研磨抛光工序，通常将从砖坯表面去除0．5—0．7毫米表面层，有时甚至高达1—2毫米，那么生产1平方米抛光砖将形成1．5公斤左右的砖屑,同时，磨具的损耗约0.6公斤左右，总之，制造1平方米的抛光砖大致形成2.1公斤左右的抛光废粉[2]。按此计算，我国每年抛光砖抛光废料的产出量可达到170万吨。如果这些抛光废料不能得到有效地回收利用，将会对周边的环境造成严重的破坏。抛光废料的处理是一直困扰抛光砖生产的世界性难题，抛光废料的有效利用已成为抛光砖生产所面临的最紧迫的课题。2我们曾于2000年着手于“抛光砖抛光废料回收利用”的研究工作，从机理到工艺等方面的研究都取得了一定的成果，可惜由于资金等方面的原因，终止了研究。10年过后，又耳闻此方面的研究日趋炽手和迫切，便有趣检索了一下这方面的研究信息。遗憾的是10年过去了，此项研究仍未见突破。因此，很想把过去研究过程中总结出来的一些拙见，以文章的形式呈送给致力于此项研究的同仁，希望能对他们的研究有所帮助和启发。1影响墙地砖行业发展的瓶颈之一——陶瓷废料环境污染问题20世纪80年代之前，欧洲已经成为世界墙地砖生产的主要产区。其中，意大利、西班牙是两个最具代表性的国家，在那里集中了世界上最先进的技术、设备和人才。但出于资源、劳动力、环保等方面的原因，他们把墙地砖的生产技术逐渐转移到我国，我国现已成为世界墙地砖生产的最大国。广东佛山是我国引进吸收这一技术最早的地区，随着不断地技术引进和生产扩张，广东佛山成为了我国墙地砖生产的龙头和霸主。然而，集众多著名陶瓷品牌之力，产能占中国陶瓷“半壁江山”的佛山，迫于环保、能源、土地等压力，又将建筑陶瓷企业开始向外省迁移，省份遍及山东、四川、福建、山西、河北等地，基于同样的原因，山东、福建等省又将这些陶瓷企业迁移到辽宁法库。法库建筑陶瓷企业起步于2002年，虽然起步较晚，但借助于当地的资源优势、政策优势和地理优势，迅速地发展壮大起来。回顾近年墙地砖生产发展的历史，在每一次迁移的原因中都离不开一个问题——“环保问题”，其中：“陶瓷废料占用土地，并严重污染周边环境”是所谓“环保问题”的一项重要的内容。建筑陶瓷废料主要集中在烧成废料和抛光砖抛光废料两大类。烧成废料是陶瓷制品经焙烧后生成的的废料，主要是指烧成废品和产品在储存和搬运等工序中的损坏而造成的废品。烧成废料一般对环境不构成污染，而且烧成废料的回收利用技术在我国已经比较成熟。但是，抛光砖抛光废料的回收利用是一个世界性的难题，目前我国在这方面的研究还停留在理论探讨层面上，实际应用成效不够明3显，亟待寻求一种行之有效的解决方法。2“抛光砖抛光废料回收利用”的可行性分析2.1“抛光砖抛光废料回收利用”应遵循的原则“抛光砖抛光废料回收利用”是一项专业性很强、涉及面很广的的综合性研究项目。项目成功与否取决于技术可行性和经济可行性两方面因素。因此，项目首先要明确的就是研究方向，如果研究方向不正确，就会因陷入误区而使研究工作徒劳无益。“抛光砖抛光废料回收利用”的研究应遵循如下原则：（1）用来制备的产品一定要有足够的产量去消化抛光废料的产出；因抛光废料的产出量很大，如果用它来制备的产品市场需求量小，则吞吐废料的能力就有限，即便制备出有价值的产品，但从回收废料的角度上看，还不能够解决根本问题。（2）抛光废料的使用比例一定要大；抛光废料在配合料中的使用比例决定着抛光废料的利用程度，它是影响抛光废料吞吐量的一个重要因素。（3）产品的制备工艺要力求简单而不应复杂；复杂、繁琐的制备工艺会因实现过程难以控制，导致产品废品率增高而无实用价值。而且，复杂、繁琐的制备工艺使得材料在成本中所占的比例骤降，从而，降低了废料回收利用的价值。（4）制备出的产品性能不能低于同类产品，成本又不应高于同类产品。以合理的成本生产出合格的产品是抛光废料回收利用的基本原则。2.2我国“抛光砖抛光废料回收利用”的状况根据检索查询结果，我国“陶瓷抛光砖抛光废料的综合利用研究”主要有以下几个方面：（1）利用抛光废料生产轻质陶瓷材料此项研究就是直接利用抛光废料在高温下发泡的原理，以抛光废料为4主要原料再引入一些陶瓷原料组成配合料，再经成型、烧成（1200℃）、切割等工序生产轻质陶瓷材料。这种轻质陶瓷材料内部的气孔均为封闭气孔，其体积密度为0.46—0.75g/cm3,[3]利用材料的这一特点，可作为轻质保温材料和隔音材料使用，但是，由于低成本加气混凝土免烧材料的存在，使这种高温烧制砖因成本高而无立足之地，导致所有的研究只处于理论阶段，而无实际应用价值。还有人提出可用这种轻质陶瓷材料制作供人们欣赏的海上漂浮工艺品，想法虽然新颖、可行，但是，以此能消耗掉的抛光废料与其巨大的产出量相比实为“杯水车薪”。（2）利用抛光废料生产装饰用微晶玻璃装饰用微晶玻璃是建筑装饰材料中的高端产品，这种产品生产成本很高，价格也相当昂贵。其生产工艺非常复杂，要经过配料、熔化、水淬、粉碎、铺装、烧结、抛光、切割等工序。它的生产过程包括了玻璃和陶瓷两套生产工艺，熔化工艺要经过引入晶核、助熔、熔制等关键环节，烧结工艺要经过核化、晶化、退火等关键环节，工艺控制非常严格，产品生产难度很大，到目前为止产品表面气孔问题仍然没有得到彻底解决。装饰用微晶玻璃的原料一般为工业尾矿和矿渣，另外，还要引入少量的助熔剂、澄清剂和成核剂。产品的成本主要集中在熔化和烧结成本上，原料成本所占比例较小。而且，用工业尾矿和矿渣制备装饰用微晶玻璃已有50多年的历史，技术已经很成熟[4]，抛光废料、尾矿和矿渣又同属工业废料，用废料替代废料本身意义就不大，何况技术上又不够成熟，更重要的是对抛光废料的消耗量又相对较小。因此，用抛光废料生产装饰用微晶玻璃技术难以得到推广应用。（3）利用抛光废料作水泥混合材料苏达根、王功勋、钟小敏等人采用X射线衍射分析、玻璃相含量及硅、铝离子的溶出量分析等方法研究了工业废渣陶瓷抛光砖粉的组成和火山灰性。研究结果表明:抛光砖粉火山灰试验合格,具有一定的潜在水硬性,其水5泥胶砂28天抗压强度比为83.6%。抛光砖粉的早期活性高于粉煤灰。但抛光砖粉中氯含量在0.011%～0.203%范围内波动,其氯含量主要来自抛光磨头和絮凝剂。陶瓷抛光砖粉要用作水泥混合材,需控制其氯含量[5]。而且，有些抛光砖废粉里还含有一些有机树脂材料，这些都给抛光废料作为水泥混合材料的应用带来困难。（4）利用抛光废料和河道淤泥生产烧结多孔砖[6]利用抛光废料和河道淤泥生产烧结多孔砖是一项有价值的研究，主要是因为其生产工艺简单、生产成本低（烧结温度低：900—1000℃）、产品规模大，具有可行性。但却受到地域限制（有河道淤泥的地方），而且，此方法抛光废料的利用率较低（20—30%），同时，产品附加值也相对较低。（5）利用抛光废料生产内墙釉面砖在建筑陶瓷产品中，内墙釉面砖是与陶瓷抛光砖并行的一大类产品，因产品产量巨大原料的消耗量也很巨大，而且通常来说，同一个墙地砖厂既生产内墙釉面砖又生产陶瓷抛光砖。如果用抛光废料生产内墙釉面砖方法可行，那么，抛光砖产出的抛光废料，就可以作为内墙釉面砖生产的原料而直接得到利用，这种“自产自消”的循环利用方法是最科学、最有效的，是陶瓷抛光废料能够得以有效利用的方向所在。也是我们在2000年就着手进行此项研究时所确立的研究方向。值得欣慰的是国内有些人也在从事这方面的研究，2009年4月，广东宏陶陶瓷有限公司举办“陶瓷抛光废渣循环利用新技术”科技成果鉴定会，陶瓷釉面砖生产使用18%陶瓷抛光废渣等作为原料得到专家确认。“18%比例对于致密釉面砖而言已经相当高。”作为此次鉴定委员会主任委员，吴建青坦言。但吴建青认为，抛光砖废渣利用水平还不很好。“利用废渣生产墙砖、仿古砖企业已经比较多了，但使用抛光废渣生产釉面砖企业还很少，而且量不大，主要原因就是质量不稳定。[7]”但是,本人认为18%比例还远远不够，陶瓷抛光废料的添加比例要达到650%以上，甚至80%，只有这样陶瓷抛光废料才能得到真正意义上的利用，而且，这并不是“天方夜谭”。因为我知道，18%的添加比例是可添加的自然比例上限（在配方里没有防发泡措施），如果没有抑制发泡的措施，即使18%的比例也不能够保证产品质量的稳定。只要在配方设计上有抑制发泡的措施，就能够大幅度提高陶瓷抛光废料的添加比例。3用抛光废料生产内墙釉面砖的技术路线3.1用抛光废料生产内墙釉面砖的机理分析陶瓷抛光砖抛光废料是抛光砖表面与SiC磨头在抛光过程中因相互研磨而脱落下来的粉屑。因SiC磨头分为菱苦土结合剂磨头和树脂结合剂磨头两种，所以粉屑主要是由抛光砖瓷粉，SiC粉、MgO、MgCl2和有机树脂混合而成。我们将抛光废料制成坯体进行烧制，其中：有机树脂在一定温度下燃烧成气体而脱离坯体，余下的抛光砖瓷粉与SiC粉、MgO、MgCl2均属于陶瓷材料，它们在高温下形成低温共熔，而使烧成温度降低。一般抛光砖的烧成温度为1200～1300℃，而混入SiC、MgO、MgCl2后，混合粉（抛光废料）的烧成温度降低到1050～1120℃。而这一温度恰好符合内墙釉面砖的烧成温度，这便是用抛光废料生产内墙釉面砖的基础。但是由于SiC在1050～1120℃易发生氧化反应：SiC+2O2→SiO2+CO2↑，2SiC+3O2→2SiO2+2CO↑，放出CO2和CO气体。而在1050～1120℃抛光废料正处于瓷化阶段，由于抛光砖瓷粉与SiC粉、MgO、MgCl2的低温共熔作用，使得坯体在高温条件下趋于软化状态，这种趋于软化状态的坯体在CO2、CO气体的作用下发泡，冷却后便形成具有大量气孔的发泡陶瓷。可见，陶瓷抛光废料在高温下发泡是它不能得到有效利用的根本原因。因此，抑制高温发泡是用陶瓷抛光废料生产内墙釉面砖的前提条件。3.2用抛光废料生产内墙釉面砖的技术路线用抛光废料制作内墙釉面砖存在两个技术难题：（1）抛光废料属于脊性材料，没有粘结性能，无法进行压制成型；7（2）抛光废料在高温下因发泡而无法制成具有一定致密度和平整度的内墙釉面砖。由此可见，在抛光废料中引入合适的有机粘合剂和无机添加剂，来增加坯料的粘结性能，并且抑制坯体在高温下产生气泡，是用抛光废料生产内墙釉面砖的根本技术途径。其中，无机添加剂的选择是用抛光废料生产内墙釉面砖的关键技术：通过在抛光混合废料中引入适宜的无机添加剂，抑制SiC高温氧化，防止SiC+2O2→SiO2+CO2↑，2SiC+3O2→2SiO2+2CO↑反应的发生，避免处于高温软化状态的坯体内产生气体而导致坯体发泡。无机添加剂的选择原则是能对坯体起到还原保护作用，同时其成分又不会对陶瓷坯体的性能产生不利的影响。围绕技术途径，主要包括以下研发内容：（1）抛光废料的成分分析及烧制实验；（2）有机添加剂和无机添加剂的选择及配方研究；（3）成型工艺的研究；（4）烧成工艺条件的确定。用抛光废料生产内墙釉面砖技术路线如下：抛光废料成分分析↓抛光废料烧制实验↓内墙釉面砖的配方