陶瓷工業(yè)清潔生產(chǎn)的思考

陶瓷工業(yè)清潔生產(chǎn)的思考

1國(guó)外清潔生產(chǎn)的實(shí)踐人類已經(jīng)進(jìn)入上世紀(jì)末?？紤]到十月革命對(duì)人類環(huán)境的嚴(yán)重環(huán)境問題，他總結(jié)了多年的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，并將多年來的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)結(jié)合起來，以提高環(huán)境和資源保護(hù)。在上個(gè)世紀(jì)初,曾以機(jī)器隆隆,煙囪林立,作為工業(yè)繁華的象征。隨著工業(yè)革命的發(fā)展,人類對(duì)大自然的掠奪性破壞逐漸加劇,環(huán)境條件變得逐漸惡劣。大自然開始對(duì)人類進(jìn)行報(bào)復(fù),夏日出現(xiàn)極端高溫,冬日出現(xiàn)極端低溫,洪水肆虐世界各地,泥石流不斷發(fā)生,溫室效應(yīng)持續(xù)全球氣溫不斷上升,保護(hù)人類免受紫外線照射的臭氧層出現(xiàn)了空洞。人們逐漸意識(shí)到了保護(hù)環(huán)境的重要性,因此,清潔生產(chǎn)就成為了各個(gè)國(guó)家爭(zhēng)相達(dá)到的新的生產(chǎn)目標(biāo)。面對(duì)環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,資源日趨短缺的局面,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在對(duì)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程進(jìn)行反思的基礎(chǔ)上,認(rèn)識(shí)到不改變長(zhǎng)期沿用的大量消耗資源和能源來推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的傳統(tǒng)模式,單靠一些補(bǔ)救的環(huán)境保護(hù)措施,是不能從根本上解決環(huán)境問題的。美國(guó)國(guó)會(huì)1990年10月通過了“污染預(yù)防法”,把污染預(yù)防作為美國(guó)的國(guó)家政策,取代了長(zhǎng)期采用的末端處理的污染控制政策,要求工業(yè)企業(yè)從源頭上削減污染,包括:設(shè)備與技術(shù)改造、工藝流程改進(jìn)、產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)、原材料替代以及促進(jìn)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的內(nèi)部管理、減少污染物的排放,并在組織、技術(shù)、宏觀政策和資金做了具體的安排。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限,盡管也強(qiáng)調(diào)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展要與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,但是一度存在先破壞后治理的局面,而且治理的重點(diǎn)主要是在控制和減少生產(chǎn)終端的廢物排放上,對(duì)生產(chǎn)過程的污染控制尚未全面開展,影響了工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。國(guó)家環(huán)保總局于1994年12月31日成立了“國(guó)家清潔生產(chǎn)中心”,并于1996年12月20日成立了全國(guó)清潔生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò);九屆全國(guó)人大常委會(huì)第28次會(huì)議通過了《中華人民共和國(guó)清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》,這部法律于2003年1月1日起實(shí)施,標(biāo)志著我國(guó)將進(jìn)入依法全面推行清潔生產(chǎn)的新階段,也標(biāo)志著我國(guó)推行和實(shí)施清潔生產(chǎn)走上法制化和規(guī)范化的軌道,必將對(duì)依法加快推行和實(shí)施清潔生產(chǎn),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。從陶瓷工業(yè)的現(xiàn)狀看,大部分企業(yè)分布在大、中、小城市郊區(qū),污染點(diǎn)多、面廣,大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)工藝落后,生產(chǎn)設(shè)計(jì)陳舊,既是能源、原材料的消耗大戶,又是排放污染物的源頭,嚴(yán)重影響陶瓷行業(yè)的整體形象,進(jìn)而影響到陶瓷企業(yè)參預(yù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力,由此,在陶瓷行業(yè)大力推行清潔生產(chǎn)是必要與可行的。本文就我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)進(jìn)行了分析研究,目的旨在與企業(yè)共同探討清潔生產(chǎn)的必要與可能性,并盡快努力去實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),減少資源的消耗,保護(hù)我們的居住環(huán)境。2環(huán)境污染問題清潔生產(chǎn)是指以節(jié)能、降耗、減污為目標(biāo),以管理技術(shù)為手段,實(shí)施工業(yè)生產(chǎn)全過程控制污染,使污染物的生產(chǎn)量、排放量最小化的一種綜合措施。它不僅強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)工藝的改進(jìn),同時(shí)強(qiáng)調(diào)對(duì)企業(yè)內(nèi)部的統(tǒng)籌管理;不僅考慮原材料的充分利用,也考慮工業(yè)“三廢”的有效處理,使企業(yè)達(dá)到節(jié)能、降耗、減輕對(duì)環(huán)境污染的目的。發(fā)達(dá)國(guó)家在上個(gè)世紀(jì)60年代和70年代初,由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,忽視對(duì)工業(yè)污染的防治,致使環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。公害事件不斷發(fā)生,如日本的水俁病事件,對(duì)人體健康造成極大危害,生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞,社會(huì)反映非常強(qiáng)烈。環(huán)境問題逐漸引起各國(guó)政府的極大關(guān)注,并采取了相應(yīng)的環(huán)保措施和對(duì)策。例如增大環(huán)保投資、建設(shè)污染控制和處理設(shè)施、制定污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)行環(huán)境立法等,以控制和改善環(huán)境污染問題,取得了一定的成績(jī)。但是通過十多年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn):這種僅著眼于控制排污口(末端),使排放的污染物通過治理后,達(dá)標(biāo)再排放的辦法,雖在一定時(shí)期內(nèi)或在局部地區(qū)起到一定的作用,但并未從根本上解決工業(yè)污染問題。我國(guó)的建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)從上個(gè)世紀(jì)的八十年代初開始蓬勃發(fā)展,時(shí)至今日,建筑衛(wèi)生陶瓷的產(chǎn)量已居世界第一。由于建筑衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)需要消耗大量的資源與能源,20多年來我國(guó)為此付出的代價(jià)也是巨大的。(1)礦產(chǎn)資源用量目前我國(guó)年生產(chǎn)建筑陶瓷墻地磚約為25億平方米,年生產(chǎn)衛(wèi)生潔具5600萬件。每年需耗用多少原料,目前尚無權(quán)威數(shù)據(jù),但可以由產(chǎn)量推算而出。建筑陶瓷平均為22kg/m2,衛(wèi)生潔具則平均為15kg/件,由此為依據(jù)可計(jì)算出年產(chǎn)量約為6000萬噸產(chǎn)品,考慮各種損耗,按1.5噸原料/1噸瓷計(jì)算,年需耗用天然礦物原料約為0.9億噸;若再考慮年產(chǎn)140億件的日用陶瓷,同時(shí)考慮每年有部分陶瓷原料的出口及加入WTO后加大陶瓷產(chǎn)品出口量,再考慮到我國(guó)在礦山開采方面造成的浪費(fèi),則年需開采量高達(dá)1.5億噸以上。非金屬礦產(chǎn)資源是不可再生的,這么大的非金屬礦物用量,對(duì)于許多中小國(guó)家是無法支持的。即使中國(guó),如果不做好資源的綜合開發(fā)利用,不進(jìn)行廢渣、廢棄物的利用研究,長(zhǎng)期下去,既造成資源的枯竭,還會(huì)導(dǎo)致生態(tài)平衡被打破,環(huán)境被破壞。(2)柴油/姜片磚按現(xiàn)有的規(guī)模產(chǎn)量,每平方米墻地磚生產(chǎn)耗用柴油和電的平均數(shù)取3公斤柴油/平方米磚、5千瓦時(shí)/平方米磚,衛(wèi)生潔具能耗按2500千卡/公斤計(jì)算,年用柴油量達(dá)1000萬噸(用天然氣或其它能源可進(jìn)行換算),用電150億千瓦時(shí)。如果按擴(kuò)大出口產(chǎn)量計(jì)算,數(shù)量還要大。(3)年減少水資源量水的用量將不同產(chǎn)品進(jìn)行加權(quán)平均,可按照1∶2.5計(jì)算,則每年需用水達(dá)4億m3,而水資源在我國(guó)已越來越顯得寶貴,因此減少用水量也成為建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。(4)固體廢氣的產(chǎn)生在建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)存在三種廢棄物:廢水——建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)過程中要產(chǎn)生大量的含固體廢水,主要來自沖洗廢水和拋光線產(chǎn)生的廢水。這些廢水大多直接排放或是稍作沉淀處理后排放。一條年產(chǎn)100萬m2的墻地磚生產(chǎn)線,每天產(chǎn)生約120噸廢水,這些廢水中除含有大量難以自然沉淀的固體懸浮物以外,還含有一定量的鉛、鎘、鋇等生物毒性顯著的重金屬。廢渣——包含兩大塊,一是固體粉塵,二是固體廢渣。固體粉塵:建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)過程產(chǎn)生粉塵的主要來源有:原料的破碎和粉碎、篩分、配料、成型施釉、修坯以及各種運(yùn)輸過程、煤的燃燒等。其中,以原料的粗、中、細(xì)碎、配料、煤的燃燒以及耐火材料車間粉塵最為嚴(yán)重。粉塵對(duì)人體影響最大的是游離二氧化硅,游離二氧化硅的含量直接關(guān)系到塵肺的發(fā)生和發(fā)展,極大地影響到職工的身體健康,粉塵中游離二氧化硅的含量越高,則致塵肺組織進(jìn)行性病變加快,其后果嚴(yán)重。如果粉塵中游離二氧化硅含量低于10%時(shí),則上述病變發(fā)展較慢。根據(jù)廣東佛山石灣衛(wèi)生防疫站對(duì)企業(yè)的實(shí)際監(jiān)控檢測(cè),在企業(yè)生產(chǎn)點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵中檢測(cè)到的游離二氧化硅含量為12.3～45.5%,平均33.18%,嚴(yán)重地影響到工人的身體健康。固體廢渣:建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢渣主要有廢品、廢泥及廢渣,此外還有廢模及廢匣缽。建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的廢品在生產(chǎn)各個(gè)工序都可能產(chǎn)生。根據(jù)廢品產(chǎn)生工序的不同,可分為生坯廢品、施釉廢品、素?zé)龔U品、燒成廢品及彩烤廢品等。據(jù)測(cè)算,我國(guó)僅墻地磚生產(chǎn)每年就產(chǎn)生457630噸生坯廢品,燒成廢品則更多達(dá)655970噸。建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的廢泥是指廢水沉淀物,分含色釉料廢泥和不含色釉料廢泥兩種,前者化學(xué)成分復(fù)雜,對(duì)環(huán)境影響比較大。建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的廢渣是墻地磚拋光磨邊產(chǎn)生的,其成分主要是砂輪磨料中的碳化硅、堿金屬化合物及可溶性鹽類。建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的廢模及廢匣缽是衛(wèi)生瓷廠的廢石膏模和燒成車間用于焙燒衛(wèi)生的廢匣缽。廢氣——建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)每天還要向空氣中排放有害氣體。建筑衛(wèi)生企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣主要源自于燒成過程,燃煤、燃油、燃煤氣等產(chǎn)生的含SO2、NOx、CO以及微細(xì)固體碳粒的煙氣通過煙囪排放到大氣中。SO2是燃料中的硫在燃燒時(shí)氧化物的產(chǎn)物。1噸煤含5～30kg硫,燃燒后成倍生成SO2。SO2在空氣中遇水成硫酸霧,其毒性比SO2高10倍。高標(biāo)號(hào)重油含硫量較高,燃燒時(shí)同樣產(chǎn)生SO2。NOx主要在燃料燃燒過程中生成,其中氮少量來自燃料,大部分是空氣中的氮在高溫下與氧化合生成。NOx的生成速度與燃燒過程中的最高溫度及氧、氮濃度有關(guān):NOx的濃度與氣體在高溫區(qū)停留的時(shí)間密切相關(guān),停留時(shí)間越長(zhǎng),煙氣中的NOx濃度越大。燃重油產(chǎn)生的煙塵的主要污染物是碳黑,它是不完全燃燒的產(chǎn)物。形成黑煙的原因,一是重油霧化后溫度急劇升高到650℃以上時(shí),重油易發(fā)生不對(duì)稱裂化,形成易燃的輕碳?xì)浠衔锖碗y燃的重碳?xì)浠衔锛坝坞x碳粒:二是重油油滴蒸發(fā)成油氣后,高溫下缺氧發(fā)生熱解,產(chǎn)生含少量H2的油煙碳粒。為什么造成這么大的問題未能得到解決呢,其原因在于:第一,隨著生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品品種的不斷增加,以及人們環(huán)境意識(shí)的提高,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)所排污染物的種類檢測(cè)越來越多,規(guī)定控制的污染物(特別是有毒有害污染物)的排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格,從而對(duì)污染治理與控制的要求也越來越高,為達(dá)到排放的要求,企業(yè)要花費(fèi)大量的資金,大大提高了治理費(fèi)用,即使如此,一些要求還難以達(dá)到。第二,由于污染治理技術(shù)有限,治理污染實(shí)質(zhì)上很難達(dá)到徹底消除污染的目的。因?yàn)橐话隳┒酥卫砦廴镜霓k法是先通過必要的預(yù)處理,再進(jìn)行生化處理后排放。而有些污染物是不能生物降解的污染物,只是稀釋排放,不僅污染環(huán)境,甚至有的治理不當(dāng)還會(huì)造成二次污染;有的治理只是將污染物轉(zhuǎn)移,廢氣變廢水,廢水變廢渣,廢渣堆放填埋,污染土壤和地下水,形成惡性循環(huán),破壞生態(tài)環(huán)境。第三,只著眼于末端處理的辦法,不僅需要投資,而且使一些可以回收的資源(包含未反應(yīng)的原料)得不到有效的回收利用而流失,致使企業(yè)原材料消耗增高,產(chǎn)品成本增加,經(jīng)濟(jì)效益下降,從而影響企業(yè)治理污染的積極性和主動(dòng)性。第四,實(shí)踐證明,預(yù)防優(yōu)于治理。根據(jù)日本環(huán)境廳1991年的報(bào)告,從經(jīng)濟(jì)上計(jì)算,在污染前采取防治對(duì)策比在污染后采取措施治理更為節(jié)省。例如就整個(gè)日本的硫氧化物造成的大氣污染而言,排放后不采取對(duì)策所產(chǎn)生的受害金額是現(xiàn)在預(yù)防這種危害所需費(fèi)用的10倍。以水俁病而言,其推算結(jié)果則為100倍?？梢妰烧咧顦O其懸殊。據(jù)美國(guó)EPA統(tǒng)計(jì),美國(guó)用于空氣、水或土壤等環(huán)境介質(zhì)污染控制總費(fèi)用(包括投資和運(yùn)行費(fèi)),1972年為260億美元(占GNP的1%),1987年猛增至850億美元,80年代末達(dá)到1200億美元(占GNP的2.8%)。如杜邦公司每磅廢物的處理費(fèi)用以每年20～30%的速率增加,焚燒一桶危險(xiǎn)廢物可能要花費(fèi)300～1500美元。即使如此之高的經(jīng)濟(jì)代價(jià)仍未能達(dá)到預(yù)期的污染控制目標(biāo),末端處理在經(jīng)濟(jì)上已不堪重負(fù)。因此,發(fā)達(dá)國(guó)家通過治理污染的實(shí)踐,逐步認(rèn)識(shí)到防治工業(yè)污染不能只依靠治理排污口(末端)的污染,要從根本上解決工業(yè)污染問題,必須“預(yù)防為主”,將污染物消除在生產(chǎn)過程之中,實(shí)行工業(yè)生產(chǎn)全過程控制。上個(gè)世紀(jì)70年代末期以來,不少發(fā)達(dá)國(guó)家的政府和各大企業(yè)集團(tuán)(公司)都紛紛研究開發(fā)和采用清潔工藝(少?gòu)U無廢技術(shù)),開辟污染預(yù)防的新途徑,把推行清潔生產(chǎn)作為經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。3領(lǐng)導(dǎo)人的想法和對(duì)策3.1無廢開采強(qiáng)調(diào)了綜合利用實(shí)現(xiàn)無廢開采礦山(即實(shí)現(xiàn)礦山開采的清潔生產(chǎn))是從源頭上實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的第一步。建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)使用的陶瓷原料主要是無機(jī)非金屬礦資源,而無機(jī)非金屬礦資源在地球上存在的方式粗略區(qū)分主要有兩大方式,一是作為有色金屬礦資源的伴生物;二是作為獨(dú)立的非金屬礦資源存在,其中可以是單礦也可以是復(fù)合礦。礦產(chǎn)資源是不可再生的,盡量少用或充分利用,是目前世界上較為流行的做法,為了地球的可持續(xù)發(fā)展,任何人都應(yīng)該這樣做。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家更應(yīng)該帶好這個(gè)頭。以往,為了獲得某種原料,在開采時(shí),就將需要的部分進(jìn)行保留,其他的一概放棄,使得利用率極為低下,造成嚴(yán)重的浪費(fèi),同時(shí)又破壞了生態(tài)平衡。礦山的無廢開采強(qiáng)調(diào)的是綜合利用或稱之為充分利用。目前在我國(guó)已展開了這方面的研究,并取得了較好的效果。比如江西德興市的銅礦開采,其含銅率為4～5%,其他少量含有金、鈮、銀等金屬,絕大多數(shù)為無機(jī)非金屬礦,用一句通俗的語言可以表達(dá)開采的現(xiàn)狀,即挖掉一座山,又堆起一座山,為了實(shí)現(xiàn)無廢礦產(chǎn)開采,德興銅礦邀請(qǐng)高等院校和科研院所對(duì)開采形成的尾礦進(jìn)行綜合治理研究,先后利用尾礦開發(fā)生產(chǎn)出了藝術(shù)玻璃、建筑陶瓷、日用陶瓷、微量玻璃磚、玻璃馬塞克、電焊條輔料等,目前已形成規(guī)模生產(chǎn)。基本實(shí)現(xiàn)了少?gòu)U生產(chǎn),為實(shí)現(xiàn)無廢生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在綜合利用方面日本做得較為突出。以葉蠟石開采為例,日本采用分級(jí)利用法,即將含鐵量低、白度高、比較純的葉臘石用于造紙?zhí)盍虾屯苛?將低鐵、低堿的葉臘石,以其鋁含量的高低用作高鋁耐火材料、玻璃原料和低鋁高硅耐火材料;堿質(zhì)葉臘石、絹云母用作特殊耐火材料;中等質(zhì)量的葉臘石用作陶瓷原料,而一般葉臘石用作農(nóng)藥載體等。這樣既充分利用了葉臘石資源,又可形成葉臘石系列產(chǎn)品,更為主要的是彌補(bǔ)了該國(guó)滑石資源的不足,適當(dāng)減少了進(jìn)口滑石量。又如西德的粘土礦也是按不同質(zhì)量開拓各種用途,即是用高鋁粘土作耐火材料,將低鐵粘土生產(chǎn)淺色瓷、建筑瓷磚;用鐵、鈦含量高的粘土生產(chǎn)彩色貼面磚、地板磚、墻地磚等,將劣質(zhì)土加上適量的鋸末或泡沫塑料制作空心磚。這些做法充分體現(xiàn)了“優(yōu)質(zhì)優(yōu)用,劣質(zhì)低用”的原則。非金屬礦物的綜合利用特性尤為明顯地表現(xiàn)在既可以以一種礦物的不同特性開發(fā)出專利產(chǎn)品,又可以利用不同的礦物原料開發(fā)同一種功能、用途的產(chǎn)品。由此可見非金屬礦物的綜合利用潛力是很大的。3.2陶瓷原料資源的開發(fā)傳統(tǒng)的陶瓷原料開采量越來越大,導(dǎo)致原料資源急劇減少,開辟新的陶瓷原料資源已成為當(dāng)務(wù)之急。近些年來,陶瓷科技工作者在此方面做了大量的工作,并取得了可喜的成績(jī)。3.2.1透輝石的特性透輝石是鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物,屬單斜晶系,其化學(xué)通式為CaO·MgO·2SiO2,結(jié)構(gòu)式CaMg[Si2O6],即二節(jié)鏈結(jié)構(gòu)。透輝石的化學(xué)組成為CaO25.9%、MgO18.5%、SiO255.6%,所含雜質(zhì)為Fe、Al、Cr、Mn、V等。透輝石晶體形態(tài)多為短柱狀、針狀、粒狀、放射狀等。透輝石顏色為:灰色、淡綠色、淺灰色、淺黃色、灰白色等,外觀具有玻璃光澤。透輝石伴生礦物有硅灰石、石榴石、符山石、方解石、透閃石等。透輝石的物理性質(zhì):比重:3.27～3.38(理論值為3.30);硬度:5.5～6;加熱時(shí)變形溫度為1170℃(收縮溫度);軟化溫度為1280℃;熔融溫度為1290℃;純的熔融溫度為1391℃。透輝石的產(chǎn)地主要有湖北宜昌、河北唐山、山東福山、四川樂山等地。透輝石的工藝特性:(1)熱反應(yīng)小,收縮小,平均收縮在0.5%以下。(2)熱膨脹系數(shù)小,且與溫度成線性關(guān)系,α20～800℃為6.5×10-6℃-1,有利于快速燒成。(3)能與其他原料組成四元配方(Ca-Mg-Al-Si),降低燒成溫度,熱穩(wěn)定性好。(4)吸濕膨脹小。3.2.2透閃石的特性透閃石也是鏈狀結(jié)構(gòu),與透輝石不同的是其為雙鏈結(jié)構(gòu),屬單斜晶系,亦是典型的接觸變質(zhì)硅酸鹽礦物。其化學(xué)通式為:2CaO·5MgO·8SiO2·H2O結(jié)構(gòu)式Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2,透閃石理論化學(xué)組成:CaO13.8%、MgO24.8%、SiO259.2%、H2O2.2%。透閃石的晶型主要為放射狀或纖維狀集合體,透閃石的外觀色澤為青灰色、灰白色等。透閃石的比重為3.02;硬度為5～6。透閃石的差熱曲線和緩,僅在1150℃有一個(gè)小的吸熱谷,這是脫去結(jié)晶水所致。透閃石的產(chǎn)地主要有湖北、吉林、陜西、江西等省。透閃石的工藝特性(1)熱膨脹系數(shù)較小,且與溫度成線性關(guān)系,使燒成穩(wěn)定性變好。(2)燒成收縮小,體積變化小。(3)吸濕膨脹小。3.2.3設(shè)置晶及各類形態(tài)礦物珍珠巖是一種酸性火山巖漿噴出冷凝的玻璃質(zhì)熔巖。其中含有數(shù)量不等的透長(zhǎng)石、石英的斑晶和各種形態(tài)的雛晶,以及隱晶質(zhì)礦物,如角閃石、剛玉、葉臘石、黑云母等。珍珠巖的化學(xué)組成如表1。珍珠巖的收縮溫度:1025℃;珍珠巖的軟化溫度:1175℃;珍珠巖的熔融溫度:>1500℃。具有燒成溫度低、燒成范圍寬的特點(diǎn),可替代長(zhǎng)石作熔劑使用。3.2.4原料中金屬酶的組分霞石正長(zhǎng)巖是一種全晶質(zhì)侵入巖、深成巖的代表巖石,屬中性堿性巖類。由霞石、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石組成,并含有數(shù)量不一的鎂鐵質(zhì)和伴生礦物。比重2.61,硬度5～6,折射率1.53,pH值9.6,熔點(diǎn)1250～1270。粗～中粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。一般為淺灰或紅色,受風(fēng)化影響的巖石,可呈淺黃、黃褐和灰褐等色。它以其SiO2不飽和、Al2O3、堿質(zhì)(Na2O、K2O)含量高,礦物組合中出現(xiàn)類長(zhǎng)石礦物為特征,而與花崗石、正長(zhǎng)巖相區(qū)別。按化學(xué)成分,它是一種貧硅、富堿的結(jié)晶質(zhì)巖石,SiO2含量一般在50%～60%之間,常少于巖漿巖的平均SiO2含量。霞石正長(zhǎng)巖主要礦物有:霞石(鈣霞石)、斜長(zhǎng)石(鈉長(zhǎng)石或鈣長(zhǎng)石)、鉀長(zhǎng)石,少量堿性輝石、角閃石(或含Na的鈉閃石和霓輝石、霓石等)、菱鎂礦、黑云母、黃鐵礦、磁黃鐵礦、赤鐵礦等。巖石中的鐵90%以上分布在以黑云母、(霓)輝石為代表的暗色礦物(含鐵硅酸鹽)中。典型的霞石正長(zhǎng)巖礦物組成(wt%)為:霞石22,鈉長(zhǎng)石54,微斜長(zhǎng)石20,鎂鐵質(zhì)礦物(黑云母、磁鐵礦等)4。霞石正長(zhǎng)巖在陶瓷坯釉中的作用:主要有在陶瓷坯料中用霞石正長(zhǎng)巖代替部分或全部長(zhǎng)石,起熔劑的作用,顯著降低坯體的燒成溫度,擴(kuò)大燒結(jié)范圍,降低燒成收縮;在釉中引入霞石正長(zhǎng)巖,高溫下形成的熔體較長(zhǎng)石熔體的熱膨脹系數(shù)低,可降低釉面的膨脹系數(shù),提高坯釉適應(yīng)性。霞石的用量范圍較寬,一般在10%～50%。另外,除了上述介紹的幾種原料外,還有早已使用的硅灰石。此外,偉晶花崗巖、絹英石、角閃石、輝綠巖等,亦可用作陶瓷原料。上述的原料均屬于節(jié)能型原料。3.3已成為拓展研究之問題我國(guó)工業(yè)廢料相當(dāng)多,轉(zhuǎn)變它們的資源屬性,使其成為有用之材已成為當(dāng)務(wù)之急。工業(yè)廢料中有相當(dāng)一部分可以成為無機(jī)非金屬原料,可以用于建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn),目前得到較多研究與推廣應(yīng)用的有煤矸石、粉煤灰、硫酸廢渣、磷礦渣、銅尾礦、高爐礦渣等。3.3.1煤石的利用價(jià)值煤矸石是采煤生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物,我國(guó)每年煤矸石的排放量相當(dāng)于當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的10%左右,目前積存煤矸石累計(jì)已達(dá)30億噸,每年還新增1億噸,是我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一,每噸煤矸石的基建和運(yùn)輸管理費(fèi)平均為8元,由此可見每年還得花費(fèi)巨資來進(jìn)行管理。充分得用煤矸石是我國(guó)的長(zhǎng)期技術(shù)政策之一。煤矸石的化學(xué)組成與礦物組成由于煤礦的成因和地質(zhì)條件不同而有很大差異,一般以高嶺石、伊利石和石英為主要礦物,另含少量的黃鐵礦、云母,細(xì)粉碎后有一定的可塑性。煤矸石工藝物理性質(zhì)如下。(1)頁(yè)巖差異構(gòu)模型煤矸石必須經(jīng)細(xì)碎后才表現(xiàn)出弱可塑性,煤矸石中砂巖塑性較頁(yè)巖差?；旌厦喉泛辖?jīng)粉碎至250目篩篩余>2%后,其可塑指標(biāo)可達(dá)2.8～3,相應(yīng)含水率為23～25%,如果進(jìn)一步細(xì)碎至300目篩篩余<2%,則塑性會(huì)更大。(2)施工包裝隨煤矸石的顆粒的比表面增大,煤矸石泥團(tuán)基本可以塑性成型時(shí),泥漿粘度在1.1左右,可用于注漿成型。(3)含砂巖多的石、砂巖多石硬度煤矸石中的砂巖的真比重和硬度較頁(yè)巖的大,所以,各地矸石硬度差異很大,含頁(yè)巖多的矸石硬度在2～3,含砂巖多的矸石在4～5之間?；旌厦喉肥恼姹戎匾话阍?.6左右,其自然休止角在40～50度間。(4)收縮性煤矸石塑性低,收縮也就較小,一般線收縮在2.5～3%,燒結(jié)后的線收縮在2.2～2.4%,相應(yīng)吸水率在17～19%。(5)膨脹溫度煤矸石的燒結(jié)溫度一般在1050℃左右,900℃左右為一次膨脹,1120℃至1160℃時(shí)收縮最小,溫度繼續(xù)上升至1160℃以上時(shí)產(chǎn)生二次膨脹,由固相轉(zhuǎn)為固液相或完全融熔。(6)脫碳過程的脫碳過程煤矸石的脫碳溫度一般總是低于最佳燒結(jié)溫度,最佳脫碳溫度常發(fā)生在1000℃上下,最低脫碳時(shí)間為200—250分鐘,在整個(gè)脫碳過程中,應(yīng)保持氧化氣氛。(7)堿土金屬對(duì)al2o3和sio煤矸石屬于中低耐火材料,一般耐火度在1300～1350℃,這主要取決于化學(xué)組成,從相圖角度看,若含Al2O3和SiO2高則熔點(diǎn)高,若含堿金屬和堿土金屬高則熔點(diǎn)就低。3.3.2黃磷礦渣的生產(chǎn)磷礦渣是制磷的副產(chǎn)品,其主要成分類似于硅灰石。2Ca3(ΡΟ4)2+6SiΟ2+10C→6CaSiΟ3+10CΟ+4Ρ2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C→6CaSiO3+10CO+4P一般情況下,產(chǎn)生一噸黃磷,可附生產(chǎn)出7.5噸磷礦渣,化學(xué)組成為SiO241～44%,CaO43～47%,可以用作生產(chǎn)釉面磚,當(dāng)熔劑使用。目前,山東、遼寧、浙江等地已有使用。為了使上述反應(yīng)能充分進(jìn)行,一般情況下,添加的C會(huì)超過10mol。因此,磷礦渣中常含有未參與反應(yīng)的C,會(huì)影響制品的質(zhì)量(這是由于在高溫下,C的氧化會(huì)產(chǎn)生氣體)。3.3.3主要化學(xué)組成高爐礦渣是由煉鐵時(shí)產(chǎn)生的廢棄物,經(jīng)水淬形成的廢渣主要組成為:以玻璃相為主,并含部分鈣鋁黃長(zhǎng)石、硅灰石和鈣長(zhǎng)石等礦物,主要化學(xué)組成見表2。這類似于硅灰石的化學(xué)組成,我國(guó)的鞍山等地亦利用高爐礦渣生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的面磚。3.3.4粉煤灰的性質(zhì)我國(guó)是世界燃燒煤發(fā)電第一大國(guó),排出的粉煤灰是世界之冠。1997年粉煤灰的總排放量已達(dá)1.6億噸,到本世紀(jì)初已達(dá)1.9億噸,目前利用率約在30%,主要用于筑基和回填,建材業(yè)所用不多,每年有一億多噸未能利用的粉煤灰,儲(chǔ)存于灰?guī)熘?。如?貯存一噸粉煤灰的建庫(kù)費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)約需10～100元,粉煤灰用于筑路,又受地區(qū)、時(shí)間的限制,使用不均衡。因此,必須利用粉煤灰生產(chǎn)適合建筑業(yè)需要的墻體及磚體材料。武漢青山熱電廠的粉煤灰容重為639kg/m3,礦物組成為:玻璃相70～80%,石英少量,莫來石少量?；瘜W(xué)組成見表3。根據(jù)粉煤灰的礦物組成和化學(xué)組成,可知粉煤灰完全可以用于生產(chǎn)陶瓷墻地磚,目前國(guó)內(nèi)有一些企業(yè)已利用粉煤灰生產(chǎn)出合格的陶瓷墻地磚制品。3.3.5磷尾礦對(duì)白云石的吸附磷尾礦是開采磷礦的副產(chǎn)物,其主要構(gòu)成礦物為白云石,坯體中加入磷尾礦后,在燒成溫度>900℃時(shí),白云石的分解物CaO、MgO與坯體中的SiO2反應(yīng)生成透輝石,顯著降低吸濕膨脹。3.3.6iii2、il生產(chǎn)硼砂排出的廢渣,主含MgO、SiO2、IL大,主要礦物為蛇紋石、菱鎂礦、硼鎂鐵礦、石英等,具有中等可塑性。某廠的硼泥化學(xué)組成見表4。3.3.7銅渣這是浮選銅精礦所廢棄的一次尾砂,無可塑性,無收縮、主要化學(xué)組成見表5。可部分取代石英和長(zhǎng)石。3.3.8數(shù)雜糧的化學(xué)成分熒石的主要化學(xué)組成是CaF。為白、紅、藍(lán)、綠、紫等各種色調(diào)的透明巖石。自然界中存在的熒石多數(shù)夾雜有氧化物、碳酸鈣、氧化鐵和氧化鋁。其熔點(diǎn)為1230℃,具有較強(qiáng)的助熔作用,是釉料中的助熔劑原料。由熒石礦渣開采加工后形成的熒石礦渣,其化學(xué)成分見表6。從化學(xué)組成來看,熒石的主要組成是硅酸鈣,所以可以替代硅灰石,用于配制墻地磚的坯料,也可以用作瓷磚釉料的助熔劑材料。3.3.9作為墻地磚原料開采黃金的尾礦、煉釩的廢渣、煉銻的爐渣、煉硫酸的廢渣和煉硫磺的廢渣等均可用作生產(chǎn)墻地磚的原料。采用上述的新型陶瓷原料和工業(yè)廢渣來生產(chǎn)制造墻地磚,可以大大地降低對(duì)非金屬礦的開采和依賴,既充分利用了資源,又保護(hù)了大自然的平衡生態(tài)環(huán)境。3.4開采、粉碎、均化清潔化坯料制備是困擾我國(guó)建筑陶瓷行業(yè)發(fā)展的又一方面。目前雖有企業(yè)在進(jìn)行清潔化坯料制備的嘗試,但尚未取得突破性的進(jìn)展。要實(shí)現(xiàn)清潔化坯料制備,就要實(shí)現(xiàn)原料制備的標(biāo)準(zhǔn)化工作,目前可根據(jù)我國(guó)的現(xiàn)實(shí)情況,不要求一步到位。對(duì)于大型企業(yè)可以買下礦山的經(jīng)營(yíng)權(quán),由自己來開采。在開采時(shí),根據(jù)礦山的地質(zhì)特點(diǎn)分層開采、分段開采,然后按成分和性能的差異程度分檔次混合堆放,一些高檔次的原料還可以在進(jìn)一步的精選、淘洗過程中混合均化。在企業(yè)內(nèi)部可先實(shí)現(xiàn)原料均化,即一次性存儲(chǔ)可以生產(chǎn)半年以上的原料,同時(shí)每種原料至少有兩個(gè)倉(cāng)位,以便輪換使用。每次購(gòu)進(jìn)的原料在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)要平鋪堆放,使用時(shí),垂直切割取料。可以借鑒國(guó)外先進(jìn)的坯料制備技術(shù),在濕法制備坯料時(shí),可以將各種原料分別球磨,其目的是根據(jù)不同的原料制定不同的球磨制度,以求每種原料均達(dá)到最佳的球磨效果,然后可根據(jù)漿料的比重進(jìn)行配料,對(duì)漿料進(jìn)行混合后再行均化,最后送去制粉。今后在大型產(chǎn)瓷區(qū)可以集中力量,建成大型的原料制備企業(yè),逐步向生產(chǎn)企業(yè)提供規(guī)范化、系列化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的陶瓷坯料與釉料。3.5加強(qiáng)勞壓、減噪和清潔化的管理在企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí),均有生產(chǎn)工藝控制點(diǎn),但并不是說有了生產(chǎn)控制點(diǎn),就一定會(huì)減少缺陷。這主要是因?yàn)橐恍┢髽I(yè)的生產(chǎn)控制點(diǎn)設(shè)置不合理,或是控制點(diǎn)太少;也有一些企業(yè)的生產(chǎn)控制點(diǎn)是寫在紙上供人看的,并沒有落實(shí)在行動(dòng)上。在企業(yè)生產(chǎn)線上可以采取下列具體措施:一是加強(qiáng)工業(yè)衛(wèi)生管理,杜絕或減少碎片或粉塵掉落地面,凡是需要運(yùn)行的設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)均需加蓋或加罩,以防污染粉料,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)噪音的管理控制,對(duì)噪聲源進(jìn)行消噪與降噪處理;二是增加質(zhì)量控制點(diǎn),派專人負(fù)責(zé),落實(shí)在行動(dòng)上;三是隨時(shí)進(jìn)行觀察,注意新的情況,出現(xiàn)問題立即解決;四是采用新的生產(chǎn)工藝技術(shù)與裝備,減少一些不必要的生產(chǎn)工序,減少產(chǎn)生缺陷的環(huán)節(jié);五是加強(qiáng)對(duì)一線工人的培訓(xùn),要使每一個(gè)人都清楚自己的工作崗位的重要性,不能將工人只當(dāng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的操作者。同時(shí)要研究開發(fā)并推廣使用符合“清潔化”要求的陶瓷機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)工藝。重視在更新設(shè)備、改進(jìn)工藝過程中的生產(chǎn)環(huán)境和自然環(huán)境的保護(hù),加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備、工藝的清潔化改造。改革濕法生產(chǎn)工藝,努力向干法生產(chǎn)工藝過渡,從而節(jié)約大量能源,減少有害氣體和廢水的排放,減少生產(chǎn)設(shè)備和廢物處理設(shè)備的投資,是陶瓷清潔生產(chǎn)的重要措施。目前干法制粉工藝在川渝地區(qū)的建筑陶瓷廠應(yīng)用已比較成熟,300余家陶瓷企業(yè)大多數(shù)采用干法生產(chǎn)工藝。3.6制備成分配廢水實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),廢水是不能隨便排放的。建筑陶瓷廠的廢水主要來自原料車間、成型車間和拋光車間,它們是:沖洗礦石原料用水,放漿時(shí)跑漿沖洗用水,制粉沖洗地面用水,成型車間沖洗地面用水,拋光冷卻用水等。這此廢水的特點(diǎn)是都含有微細(xì)的固體顆粒,除了拋光廢水里含有一些研磨體的組成外,其他的固體顆?；旧隙际枪杷猁}的混合體。廢水的處理主要是經(jīng)平流式沉淀池沉淀,去除較粗顆粒,然后泵入快速凝聚裝置進(jìn)行處理,去除微細(xì)顆粒,清水進(jìn)入清水池中加壓后送往車間使用。凝聚裝置的選用需要考慮凝聚效果、凝聚時(shí)間、沉淀性能和經(jīng)濟(jì)性。目前常用的沉淀劑有硫酸鋁、聚合氯化鋁。3.7煙氣的凈化建筑陶瓷企業(yè)的廢氣主要有兩類,一類是含有粉塵的氣;另一類是來源于窯爐、熱風(fēng)爐及干燥器產(chǎn)生的煙氣。含有粉塵的氣體主要產(chǎn)生于制粉工序與成型工序。改善的有效辦法是將開放式生產(chǎn)為封閉式生產(chǎn),即凡是會(huì)產(chǎn)生粉塵的工序,盡可能實(shí)現(xiàn)封閉式生產(chǎn),若不能實(shí)現(xiàn)封閉式生產(chǎn),可以加裝脈動(dòng)微震除塵器進(jìn)行除塵,對(duì)于局部粉塵濃度高的區(qū)域可以選用水膜、水浴或電除塵器等進(jìn)行除塵。傳輸過程,可變敞開體系為封閉體系,杜絕粉塵飛揚(yáng)。既可以改善工人工作條件,又可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。不同的燃料與不同的燃燒方式以及不同的產(chǎn)品,產(chǎn)生的煙氣中的有毒氣體是不相同的。在建筑陶瓷常用的熔塊中,大多數(shù)企業(yè)在配方中加入了一定數(shù)量的鉛,在熔制過程中會(huì)排放出有毒氣體,對(duì)此可以利用化學(xué)吸附法去除鉛蒸汽,即用0.25%～0.3%稀醋酸進(jìn)行化學(xué)吸收。窯爐在燒成過程中產(chǎn)生的煙氣既含有固體微塵,又含有有害氣體,因此對(duì)煙氣的處理要兼顧兩方面,通過使用旋風(fēng)除塵器與袋式除塵器除去固體微塵。但實(shí)踐證明用這兩種方法,作用不是很大,對(duì)于粒徑很小的(10μm以下)微塵需用濕法才能除去,常用的方法有淋水法與吸附法。為了強(qiáng)化除塵效果,需在吸附液中加入少量的活性劑,用于改善碳粒等微塵的疏水法,才能較好地被吸附。對(duì)于煙氣中所含的SO2等有關(guān)酸性氣體,可用鈉鈣雙堿法除去。在啟動(dòng)時(shí)以純堿液吸收SO2,在凈化裝置內(nèi),當(dāng)煙氣和吸收液發(fā)生復(fù)雜的傳質(zhì)過程時(shí),SO2、NOx與吸收液中的堿性物質(zhì)發(fā)生酸堿中和反應(yīng),生成無害化的鹽和水,從而把有害氣體去除。吸收液用石灰再生。純堿溶液在啟動(dòng)后,其中的CO2-32?3基本被去除,吸收液再生后,循環(huán)使用。循環(huán)過程中的主要化學(xué)反應(yīng)過程如下。脫疏過程:Νa2CΟ3+SΟ2→Νa2SΟ3+CΟ22ΝaΟΗ+SΟ2→Νa2SΟ3+Η2ΟΝa2SΟ3+SΟ2+Η2Ο→2ΝaΗSΟ3此反應(yīng)在凈化裝置內(nèi)完成,生成廢液流入循環(huán)沉淀池進(jìn)行再生過程:2ΝaΗSΟ3+Ca(ΟΗ)2→Νa2SΟ3+CaSΟ3+2Η2ΟΝa2SΟ3+Ca(ΟΗ)2→2ΝaΟΗ+CaSΟ3此反應(yīng)在循環(huán)沉淀池中完成,生成的CaSO3與灰渣共沉在池中。再生水的pH值由加入的石灰乳控制,經(jīng)精確計(jì)算和測(cè)試控制在9左右,適時(shí)補(bǔ)充一定量的活化液和Na2CO3溶液以維持再生洗滌吸收液中的Na+、活化劑的濃度,確保消煙