陶瓷行業(yè)應(yīng)對節(jié)能減排的措施

冼志勇　劉　樹　曾令可

摘要隨著“十一五”節(jié)能專項(xiàng)規(guī)劃的出臺，國家對高能耗高排放產(chǎn)業(yè)的改革勢在必行。陶瓷行業(yè)是高能耗、高污染和資源消耗型的“兩高一資”行業(yè)，必然是改革的重點(diǎn)領(lǐng)域，節(jié)能減排將是陶瓷產(chǎn)業(yè)的大勢所趨。本文從原料的選擇和處理、成形、干燥、燒成以及廢棄物的再利用等方面闡述陶瓷行業(yè)在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排過程中應(yīng)采取的一些具體措施。

關(guān)鍵詞節(jié)能減排，陶瓷行業(yè)，具體措施

1引 言

陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)過程需要消耗大量的粘土和砂石等無機(jī)礦產(chǎn)資源，燒成過程又需要消耗大量的能源，是一個典型的高能耗、高污染和資源消耗型行業(yè)，給整個社會的資源和能源消費(fèi)帶來了很大的壓力。我國“十一五”規(guī)劃綱要提出，十一五期間，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗須降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%。這是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇。隨著“十一五”節(jié)能專項(xiàng)規(guī)劃的出臺，國家對高能耗高排放產(chǎn)業(yè)的改革是陶瓷行業(yè)今后發(fā)展過程中必須面對和著力解決的問題，規(guī)劃綱要要求到2010年，建筑陶瓷的能耗標(biāo)準(zhǔn)從目前的10.04kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2降低到9.2kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2，2020年降低到7.2kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2。本文將從陶瓷原料的開采使用、產(chǎn)品制造以及產(chǎn)品使用等幾個方面闡述陶瓷行業(yè)如何應(yīng)對節(jié)能減排。

2陶瓷原料使用的節(jié)能減排措施

2.1 多種原料的綜合利用

我國生產(chǎn)陶瓷的歷史悠久，用傳統(tǒng)原料生產(chǎn)陶瓷的技術(shù)已十分成熟，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年陶瓷行業(yè)消耗的礦物原料超過1.2億噸，不少地方的陶瓷原料已近枯竭，形勢的發(fā)展要求開發(fā)一些新的陶瓷原料資源，綜合利用一些低品位原料及工業(yè)廢渣，以降低成本，降低對環(huán)境的破壞。如利用陶瓷廢料當(dāng)骨料制備透水磚、利用陶瓷拋光磚廢料來生產(chǎn)免燒陶粒和輕質(zhì)保溫陶瓷磚等。這些措施的采用既能保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，又能達(dá)到節(jié)能減排的目的，一舉兩得。同時應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究，擴(kuò)大可用原料的范圍，合理開采、科學(xué)配礦，從而將環(huán)境負(fù)荷減至最低，將對植被的破壞降到最少。開發(fā)工業(yè)廢棄物再生資源化技術(shù)，利用工業(yè)廢棄物生產(chǎn)具有優(yōu)異性能的陶瓷產(chǎn)品，如利用磷礦渣、高爐礦渣、粉煤灰、硅灰、煤矸石、螢石礦渣、高嶺土與瓷石尾砂等生產(chǎn)生態(tài)陶瓷產(chǎn)品，研制無鉛無鎘陶瓷顏料及無鉛低溫釉料，減少生產(chǎn)能耗和污染物排放。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院開發(fā)出以煤渣為主要原料和廢瓷料為骨料，以石灰石、白云石、長石、高嶺土、石英和瓷石粉的混合料為高溫粘結(jié)劑生產(chǎn)陶瓷透水磚的工藝，廢料綜合利用率達(dá)到65～85%，縮短了燒成時間，有利于工業(yè)廢渣的資源化利用。

2.2 積極開發(fā)低溫快燒原料

燒成溫度與能耗的關(guān)系極大，研究表明，當(dāng)燒成溫度從1400℃降至1200℃時，能耗可降低50～60%。由此可見，降低陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度對于節(jié)能具有十分重要的意義。低溫?zé)傻奶沾僧a(chǎn)品，其關(guān)鍵在于開發(fā)與利用低溫陶瓷原料，以保證實(shí)現(xiàn)低溫快燒的生產(chǎn)工藝。經(jīng)過我國陶瓷產(chǎn)業(yè)從業(yè)者的不懈努力，我國衛(wèi)生陶瓷的燒成溫度從20世紀(jì)70年代前的1300℃下降為目前的1150～1200℃；釉面磚素?zé)郎囟扔?180℃下降到1050～1100℃；釉燒溫度由1080℃下降為1020℃；硬質(zhì)日用瓷燒成溫度由1400℃下降為1300～1350℃；炻器燒成溫度由1350℃下降為1220～1250℃；骨質(zhì)瓷素?zé)郎囟扔?180℃下降為1100～1150℃，以上取得的節(jié)能效果十分顯著。佛山某廠通過添加低品質(zhì)原料，使拋光磚的燒成溫度降低到980℃，燒成能耗降低了28%左右。目前各國陶瓷研究機(jī)構(gòu)已成功篩選出許多種低溫陶瓷原料及低溫熔劑原料?，F(xiàn)在已知可用作低溫?zé)膳黧w原料的常規(guī)陶瓷礦物原料有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母、葉蠟石、珍珠巖、透閃石、鋰云母、鈣長石、透閃巖、高云母葉臘石等。

2.3 推進(jìn)原料標(biāo)準(zhǔn)化，提高原料利用率

我國是陶瓷生產(chǎn)大國，每年消耗的天然原材料已達(dá)1.2億噸，導(dǎo)致天然狀態(tài)的優(yōu)質(zhì)原料越來越少，有的甚至出現(xiàn)枯竭，數(shù)量眾多的是質(zhì)量一般的原料，可謂是“好的不多,多的不好”，這就需要盡快建立有規(guī)模的陶瓷原料生產(chǎn)基地，使我國原料加工形成標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，通過將各產(chǎn)地、各礦山的原料混合，既可以充分利用各種品位的礦藏，又能通過原料標(biāo)準(zhǔn)化使原料質(zhì)量穩(wěn)定、成分均勻、物盡其用，實(shí)現(xiàn)礦山開采科學(xué)化、合理化，從而提高原料的利用率，降低尾礦的排放量。

3生產(chǎn)過程的節(jié)能減排措施

3.1 原料制備過程中的節(jié)能減排措施

3.1.1 降低球磨機(jī)能耗

球磨機(jī)在陶瓷行業(yè)被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備之一。球磨機(jī)一般功率都較大，工作效率又很低，因而成為陶瓷行業(yè)最大的耗電設(shè)備之一。對球磨機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。研究表明，對于陶瓷企業(yè)在用的球磨機(jī)可以采用加裝變頻器進(jìn)行改造，通過變頻器調(diào)速，搜索出球磨機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)速以提高球磨機(jī)的研磨效率，可以降低能耗10%。與間歇式球磨機(jī)相比，采用連續(xù)式、大噸位球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，產(chǎn)量可提高10倍以上，比間歇式球磨機(jī)節(jié)省能耗15～30%，并易制成濃漿，可為后工序的噴霧干燥過程節(jié)約大量能量。

3.1.2 噴霧造粒

陶瓷行業(yè)在對料漿進(jìn)行干燥時，絕大部分使用噴霧干燥器。在干燥的同時進(jìn)行造粒，噴霧干燥消耗的能量占陶瓷磚生產(chǎn)能耗的30%左右，所以在目前能源日益緊張及市場競爭日益激烈的情況下，降低噴霧干燥器的能耗，節(jié)約能源及降低生產(chǎn)成本，對提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)而重要的意義。研究表明，通過增加主體高度、改進(jìn)分風(fēng)器、選用大型號旋風(fēng)除塵器、提高料液溫度、增強(qiáng)廢氣循環(huán)利用、加強(qiáng)保溫、降低泥漿的含水率、增大進(jìn)塔熱風(fēng)與離塔熱風(fēng)之間的溫差等措施，在同等條件下可以節(jié)能10～15%。如果采用干法制粉可比傳統(tǒng)的噴霧造粒節(jié)電30～50%、節(jié)水70%、節(jié)約投資30%。

3.1.3 成形工序

對于建筑陶瓷，在選擇壓磚機(jī)上，應(yīng)選用大噸位、寬間距的壓機(jī)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)一窯。因?yàn)榇髧嵨粔捍u機(jī)壓力大、產(chǎn)量大，壓制的磚坯質(zhì)量好、合格率高，在同等條件下，電耗可減少30%以上。目前，國產(chǎn)液壓壓磚機(jī)的最大噸位已經(jīng)達(dá)到7800噸，各種噸位的大型壓機(jī)也已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)陶瓷企業(yè)，節(jié)能效果顯著。廣東科達(dá)機(jī)電近期推出的寬體陶瓷壓磚機(jī)在能耗不變的情況下產(chǎn)能可提高30％；佛山市南海捷成工機(jī)械有限公司近期推出的3850噸全自動液壓壓磚機(jī)主機(jī)功率僅為90千瓦，比國內(nèi)外同類產(chǎn)品的110千瓦減少了20千瓦，每小時可節(jié)省20度電。通過這些技術(shù)進(jìn)步，能為陶瓷行業(yè)節(jié)能減排工作提供有力的技術(shù)支撐。對于衛(wèi)生瓷可采用高中壓注漿成形技術(shù)，依靠毛細(xì)管力，將傳統(tǒng)石膏模吸水成形機(jī)理變?yōu)槎嗫姿芰夏簽V排水機(jī)理，使衛(wèi)生瓷成形次數(shù)由1天/次提高到10～30min/次，模具壽命達(dá)2萬次以上，可節(jié)省模具干燥和加熱工作環(huán)境所需的熱能。對于日用瓷成形，從效率、節(jié)能考慮，應(yīng)逐漸過渡到采用等靜壓成形，實(shí)現(xiàn)具有瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻致密、質(zhì)量高、工序簡單、無雜質(zhì)、抗彎強(qiáng)度高、可成形復(fù)雜器形、尺寸精確、生產(chǎn)周期短、耗能低等目的。

3.2 干燥燒成環(huán)節(jié)的節(jié)能

3.2.1 干燥節(jié)能

傳統(tǒng)干燥技術(shù)單純依靠對流和傳導(dǎo)方式，能量利用率較低，最高不超過30%，且干燥周期長、能耗大。近年來，微波干燥以其干燥速度快、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。將微波與傳統(tǒng)加熱干燥技術(shù)相結(jié)合，可大大提高干燥速率、降低能耗，目前微波干燥技術(shù)在歐洲衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。

3.2.2陶瓷窯爐的節(jié)能減排

窯爐是陶瓷企業(yè)最關(guān)鍵的熱工設(shè)備，也是耗能最大的設(shè)備，窯爐能耗的水平主要取決于窯爐的結(jié)構(gòu)與燒成技術(shù)，因此通過改進(jìn)窯爐結(jié)構(gòu)和燒成技術(shù)就能夠降低陶瓷窯爐的能耗。

(1) 選擇合適的窯爐和結(jié)構(gòu)

陶瓷工業(yè)中使用較多的窯爐是隧道窯、輥道窯和梭式窯三大類。其中，輥道窯具有產(chǎn)量大、能耗低、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今陶瓷窯爐的發(fā)展方向。研究表明，在一定范圍內(nèi)，窯爐高度越低、寬度越寬越有利于節(jié)能。當(dāng)窯爐寬度和高度一定的情況下，隨著窯爐長度的增加，可減少單位制品的熱耗和窯頭煙氣帶走的熱量。

(2) 選擇合適的保溫材料

窯爐能耗的另一個因素是散熱，因此窯爐都要使用保溫材料，常見的保溫材料有重質(zhì)耐火磚、輕質(zhì)保溫磚、莫來石輕質(zhì)磚、高鋁輕質(zhì)磚和輕質(zhì)陶瓷纖維等。合理選擇保溫材料對節(jié)能降耗有很大的影響。如輕質(zhì)陶瓷纖維與重質(zhì)耐火磚相比，有以下特點(diǎn)：質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、重量只有輕質(zhì)材料的1/6、容重為傳統(tǒng)耐火磚的1/25、蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30～1/10、窯外壁溫度可降到30℃～60℃。纖維節(jié)能方面，從總能耗的20.6%下降到9.02%，節(jié)能達(dá)到16.67%。另外，為了提高陶瓷纖維的抗粉化能力，又能增加窯爐內(nèi)的傳熱效率，可使用多功能涂層材料，如熱輻射涂料（HRC）。在高溫階段，將其涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由0.7升為0.96，可節(jié)能138.3MJ／m2·h；而在低溫階段涂上HRC后，窯壁輻射率從0.7升為0.97，可節(jié)能20MJ／m2·h。

(3) 采用先進(jìn)的燒成技術(shù)

在燒成技術(shù)上，可以采用富氧燃燒技術(shù)、微波燒結(jié)技術(shù)、自控?zé)傻认冗M(jìn)的燒成方法以達(dá)到節(jié)能的目的。研究表明，當(dāng)助燃空氣中的氧氣含量在21～30%的富氧狀態(tài)下燃燒，且在燃料量和空氣過剩系數(shù)一定時，富氧燃燒可以提高燃燒的火焰溫度；同時降低燃點(diǎn)溫度，加快燃燒速度，促進(jìn)燃料的完全燃燒，獲得較好的熱傳導(dǎo)效果；減少大量煙氣和由煙氣所帶走的熱量損失，提高熱效率和熱利用率。采用微波燒結(jié)，由于微波與材料直接耦合，可以實(shí)現(xiàn)材料中大區(qū)域的零梯度均勻加熱，使材料內(nèi)部熱應(yīng)力減少，從而減少開裂、變形的傾向。同時由于微波能被材料直接吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，所以能量利用率極高，比常規(guī)燒結(jié)節(jié)能80%左右。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的燒成進(jìn)程，縮短了燒成時間，燒成溫度也有不同程度的降低。自控技術(shù)是目前國外普遍采用的、有效的節(jié)能方法，它主要用于窯爐的自動控制。研究表明，在排出煙氣中每增加可燃成分1％，則燃料損失要增加3%，如果能夠采用微機(jī)自動控制或儀表-微機(jī)控制系統(tǒng)，通過在線的外部參數(shù)（溫度、濕度、窯內(nèi)氧濃度、窯內(nèi)壓力、氣氛等）測量來引導(dǎo)操作向最大的節(jié)能方向進(jìn)行，則可節(jié)能5～10%。

(4) 提高窯爐余熱的利用率

據(jù)窯爐熱平衡測定數(shù)據(jù)顯示，僅煙氣帶走的熱量和抽熱風(fēng)帶出的熱量就占總能耗的60～75%，若能夠利用這部分余熱則可大大降低能耗。余熱利用在國外頗受重視，視其為陶瓷工業(yè)節(jié)能的主要環(huán)節(jié)。在國外，煙氣帶走的熱量和冷卻物料消耗的熱量約占總窯爐能耗的50～60％，對這一部分?jǐn)?shù)量可觀的余熱利用效果較好。國外的余熱主要集中利用于干燥和加熱燃燒空氣。現(xiàn)在歐洲陶瓷企業(yè)普遍采用在窯爐上安裝附加余熱利用裝置，進(jìn)行余熱的再回收利用。對于排煙廢熱的利用，也可采用換熱器進(jìn)行能量收集并輸送到所需場所，其綜合節(jié)能的效果使熱效率利用達(dá)到80～90％。利用蓄熱式燃燒技術(shù)將明焰隧道窯的余熱用于預(yù)熱空氣以供助燃，不但可改善燃料燃燒，提高燃燒溫度，而且可降低燃耗7％左右，還可以把窯爐的余熱送到噴霧塔作為干燥熱源，減少熱風(fēng)爐的燃耗，節(jié)能降耗。

4陶瓷廢棄物的再利用

陶瓷工業(yè)廢棄物主要是指在陶瓷制品生產(chǎn)過程中，由于成形、干燥、施釉、搬運(yùn)、焙燒、拋光及貯存等工序而產(chǎn)生的廢料及次品。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：僅佛山陶瓷產(chǎn)區(qū)，各種陶瓷廢料的年產(chǎn)生量已經(jīng)超過400萬噸，而全國陶瓷廢料的年產(chǎn)生量估計(jì)在1000萬噸左右，陶瓷廢料的堆積擠占土地，影響當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量，如此大量的陶瓷廢料已經(jīng)不是簡單填埋就可以解決問題。研究人員已開發(fā)了多種利用陶瓷廢棄物的技術(shù)和產(chǎn)品。例如，愛和陶公司利用陶瓷廢料生產(chǎn)出各種風(fēng)格的仿古磚；利用陶瓷固體廢棄物添加發(fā)泡劑可以生產(chǎn)出多孔陶瓷和透水磚；在水泥生產(chǎn)中添加易磨的陶瓷廢料可以提高水泥的比表面積；以陶瓷廢料為主要原料，輔以水泥和高強(qiáng)粘結(jié)劑以制備免燒型廣場道路磚；利用陶瓷廢料生產(chǎn)的陶粒具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良好的隔絕性、保溫、隔熱、隔音、隔潮等功能特點(diǎn)，可以作為輕骨料制備混凝土和墻體保溫板，也可以作為填料填在空心墻或窯的襯層中以隔熱保溫，還可以用來生產(chǎn)地鐵吸音材料。

5節(jié)能減排新產(chǎn)品的開發(fā)

5.1 產(chǎn)品薄型化

對于傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品，其規(guī)格越大厚度則越大，這樣才能保證產(chǎn)品的強(qiáng)度。我國建筑陶瓷年產(chǎn)量已經(jīng)超過50億平方米，以每平方米20公斤計(jì)算，年消耗原材料1億噸以上，國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的陶瓷原材料面臨枯竭，因此陶瓷磚的薄型化和減量化勢在必行。產(chǎn)品減薄之后不但生產(chǎn)過程中能夠節(jié)約資源、降低能耗，而且在產(chǎn)品的后期銷售運(yùn)輸過程中可降低油耗、節(jié)約成本。相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品，大規(guī)格超薄磚在降低能源、資源消耗，減少排放方面是一種革命性的產(chǎn)品。以蒙娜麗莎5mm厚的大規(guī)格超薄瓷質(zhì)板材為例，與傳統(tǒng)瓷質(zhì)磚相比，節(jié)約原材料60%以上，節(jié)能58.8%，二氧化硫排放減少59.5%、二氧化碳排放減少58.8%。除了超薄磚，常規(guī)的陶瓷產(chǎn)品薄型化也有較大的發(fā)展空間。據(jù)專家透露，上海斯米克的瓷質(zhì)磚比常規(guī)產(chǎn)品薄0.5至1.5mm，不僅節(jié)能降耗，也降低了成本。衛(wèi)生陶瓷通過在原料中添加氧化鋁粉可以提高素坯和成品的強(qiáng)度，從而能夠在減小厚度、降低產(chǎn)品重量的情況下保持產(chǎn)品性能不變。

5.2 節(jié)能型產(chǎn)品的開發(fā)

陶瓷磚在生產(chǎn)過程中需要節(jié)能減排，在產(chǎn)品的使用過程中也要降低能耗，減少有害成分的排放。以工業(yè)廢渣和廢料等劣質(zhì)原料為主，通過添加特殊的低溫發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑進(jìn)行發(fā)泡，輔以煅燒工藝，可生產(chǎn)出的保溫陶瓷磚，原料消耗僅是生產(chǎn)同等體積大小普通陶瓷磚的30～40%，大大提高了資源利用率，其導(dǎo)熱系數(shù)＜0.3W/(m· K)，是一種非常好的保溫材料。佛山歐神諾陶瓷股份有限公司利用自身的陶瓷廢渣及鋁型材廢渣資源，生產(chǎn)出節(jié)能保溫的建筑陶瓷板材，不但解決了廢棄物排放的問題，還使產(chǎn)品本身具備節(jié)能的功能。陶瓷保溫材料具備了傳統(tǒng)保溫材料所不具有的防火、防水、耐酸堿、抗風(fēng)化、強(qiáng)度高等性能，可以直接鋪貼在外墻上作為保溫層。

6小 結(jié)

傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)是高能耗、高污染和資源消耗型的行業(yè)，“十一五”規(guī)劃綱要明確指出了節(jié)能減排是將來陶瓷行業(yè)改革發(fā)展的重點(diǎn)，這是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇。從理論研究到結(jié)合實(shí)踐，無論從原料處理、成形、干燥、燒成到廢料的再利用，節(jié)能減排在陶瓷行業(yè)的各個環(huán)節(jié)都具有較大的潛力和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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