使用“三廢”的坯體漿料流動性的研究

李少平　譚鋁光　余國明　盧廣堅

摘要：針對在陶瓷釉面磚生產(chǎn)過程中，坯料配方加入大量陶瓷生產(chǎn)廢渣及使用循環(huán)廢水后，產(chǎn)生漿料難解膠的問題，本文通過對廢渣廢水的特性以及廢渣廢水對流動性的影響機理進(jìn)行了分析研究，提出了對應(yīng)解決方法。

關(guān)鍵詞：廢渣；廢水；高分子解膠劑；漿料流動性

1 前言

在強調(diào)綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)的今天，政府對陶瓷行業(yè)生產(chǎn)中的各種廢棄物的處理要求日益嚴(yán)格。各陶瓷企業(yè)積極響應(yīng)政府的環(huán)保要求，減少廢物排放，減少環(huán)境污染。對筆者所在公司而言，要求廢料和廢水不出廠門，全部內(nèi)部消化。

由于在釉面磚坯體配方中使用了50%以上的陶瓷生產(chǎn)廢渣，并且全部使用循環(huán)廢水，對漿料的解膠提出了很高的要求。未使用廢渣及循環(huán)廢水時，坯體漿料水分33%～34%，漿料流動性35～55s。使用廢渣及循環(huán)廢水后，如果保持原來漿料水分，則流動性達(dá)80s以上，有時甚至沒有流動性。漿料加工很不穩(wěn)定，生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。如果漿料要達(dá)到原來的流動性，漿料的水分需要提高到36%以上，但是漿料的觸變性又很大，難以生產(chǎn)。并且噴霧塔造粒時能耗大，粉料顆粒度很不穩(wěn)定，影響后續(xù)工序的正常生產(chǎn)。為了解決漿料流動性及穩(wěn)定性的問題，本文通過對廢渣和循環(huán)廢水的特性以及使用廢渣和循環(huán)廢水后的坯體漿料流動性變化機理進(jìn)行研究，找出坯體漿料流動性的影響因素并加以解決。

2 “三廢”的情況

2.1固體廢棄物

固體廢棄物主要是指爛磚坯、灑落地面的粉料、壓榨泥等，壓榨泥即原料車間清洗球磨機及篩網(wǎng)等生產(chǎn)設(shè)備的漿料、釉面磚產(chǎn)品磨邊的磨削物、拋光磚磨邊及拋光過程中的磨削物（簡稱拋光廢渣）等經(jīng)過壓濾機處理后的壓濾泥餅，其中拋光廢渣對泥漿的流動性影響最大。拋光廢渣有兩部分組成，一部分是拋光磚的磨削物，對泥漿的流動性影響不大；另一部分是拋光磨頭損耗物，對泥漿的流動性影響很大。拋光磨頭由磨料（一般是碳化硅）和氯鎂氧水泥組成，其主要成分是3MgO·MgCl2·8H2O、5MgO·MgCl2·8H2O。在生產(chǎn)過程中，部分氯鎂氧水泥溶于水會析出Cl—離子和Mg2+離子，嚴(yán)重影響泥漿的流動性。

2.2廢水

廢水主要由以下幾部分組成：雨水、釉面磚產(chǎn)品的磨邊廢水、拋光車間的磨邊及拋光廢水、廢氣處理水、原料釉料車間（包括釉面磚坯體漿料、底面釉、印刷釉以及拋光磚滲花釉）清洗球磨機水及煤氣站處理水等。

雨水對泥漿的流動性影響不大。拋光車間的廢水影響與拋光磨頭廢料的影響一樣，主要是Cl—離子和Mg2+離子的影響。

滲花釉中含有醋酸鈷、醋酸鎳、醋酸銅、鉻酸鈉（鉀）、氟鋯酸銨等物質(zhì)，其中的發(fā)色金屬離子都是二價和三價離子，對泥漿的流動性有很大影響。

煤氣站的廢水中含有少量有機物，如煤焦油，對泥漿的流動性有不利影響。

2.3廢氣

筆者所在公司的窯爐使用的是水煤氣，噴霧干燥塔的熱風(fēng)爐使用的是水煤漿。這兩種燃料燃燒后，都會產(chǎn)生硫化物，在排放前必須進(jìn)行廢氣脫硫處理。脫硫工序采用燒堿溶液和石灰，窯爐和噴霧干燥塔的熱風(fēng)爐尾氣經(jīng)過燒堿溶液脫硫洗滌等處理后，各項指標(biāo)合格后再向大氣排放。尾氣中的硫化物SOx與溶液中的NaOH反應(yīng)，生成Na2SO3和Na2SO4，達(dá)到脫硫的目的，但是留在水中的SO42—離子對泥漿的流動性會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3 廢料的成分分析

3.1固體廢棄物

固體廢棄物有兩種代表性的廢棄物，一種是單純的拋光廢渣；另一種是全部廢棄物的混合物。二者的化學(xué)成分如表1所示。由表可知，廢料混合物中F—離子、SO42—離子的含量比單純的拋光廢渣高很多，但是Cl—離子的含量降低。由此可知，Cl—離子主要來源于拋光磨頭結(jié)合劑，與其他廢料混合后濃度降低?；旌衔镏蠸O42—離子的大幅提高，說明SO42—離子更多來源于脫硫方面。

3.2廢水

各階段的廢水成分如表2所示。表2中，1#水是從脫硫塔出來，還沒處理過的水。2#水是脫硫水，經(jīng)過燒堿和石灰處理后，在球磨生產(chǎn)中所使用的水。3#水是全廠范圍內(nèi)的生產(chǎn)所排放的水（除了脫硫水），經(jīng)過聚丙烯酰胺、石灰等處理；然后經(jīng)過壓濾機壓濾出泥餅后所濾出來的水，也用于球磨生產(chǎn)。2#水溫度較高，約45～50℃，3#水溫度較低，約40℃左右。

4 坯體配方

綜合考慮各種廢料的產(chǎn)生量和坯體的理化性能要求，經(jīng)試驗確定大生產(chǎn)用的坯體配方如下：瓷砂15%、拋光廢渣29%、拋光污泥10%、瓷片污泥12%、粘土24%、硅灰石5%、廢瓦粉5%。生產(chǎn)中使用2#水和3#水。

5 解膠劑試驗

使用廢料和廢水之前，普通坯體的泥漿易解膠，使用0.5%的水玻璃和0.15%的減水劑（九水偏硅酸鈉）即可。泥漿流動性為40s左右，比重1.73左右，符合生產(chǎn)的要求。但是，使用廢料和廢水后，再使用原來的解膠劑，不能解膠，因此必須尋找新的解膠劑。

根據(jù)孔海發(fā)的研究[3]，對于含有大量的Ca2+離子、Mg2+離子二價陽離子及Cl—離子、SO42—離子、NO3—離子等強酸性的陰離子的廢水，最佳的電解質(zhì)為具有弱酸陰離子團，如水玻璃和有機電解質(zhì)。筆者所在公司的廢水與常規(guī)的自來水相比，水中的Ca2+離子濃度高了約20倍，而SO42—離子濃度高近100倍。因此，在選用減水劑時，除了水玻璃和減水劑（九水偏硅酸鈉），還選用了一種有機聚合物電解質(zhì)解膠劑。根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，進(jìn)行三組試驗。試驗一，固定減水劑的用量0.25%，解膠劑用量0.2%，試驗水玻璃的用量對解膠性能的影響。結(jié)果如圖1所示，水玻璃的最佳用量為1.3%。試驗二，根據(jù)試驗一的結(jié)果，固定水玻璃的用量1.3%，高效解膠劑用量0.2%，試驗減水劑用量對解膠性能的影響。結(jié)果如圖2所示，減水劑的最佳用量為0.25%。試驗三，固定水玻璃用量1.3%，減水劑用量0.25%，試驗解膠劑的用量對解膠性能的影響。試驗結(jié)果如圖3所示，解膠劑的最佳用量為0.4%。

但是在生產(chǎn)過程中，存在一個問題，一般天氣氣溫高時，泥漿的解膠比較容易；但是，隨著氣溫的下降，泥漿的流動性急劇惡化。在使用高效解膠劑之前，使用三聚磷酸鈉，二者的使用效果如表3所示。由表可知，高效解膠劑在低溫下也有效，但是三聚磷酸鈉則無效。

考慮到綜合經(jīng)濟成本，解膠劑的量不宜多用。最后確定大生產(chǎn)的配方如下：水玻璃1.3%、減水劑0.25%、高效解膠劑為0.2%。

6 解膠機理

與正常的自來水相比，“三廢”處理后的水含SO42—離子濃度高出近100倍，Ca2+離子濃度高了約20倍，對泥漿解凝的影響非常嚴(yán)重。強酸陰離子團的大量引入，使得所加入的普通無機電解質(zhì)中的弱酸陰離子團作用下降，不利于在粘土邊面上重建負(fù)電荷位置；邊—面結(jié)構(gòu)和邊—邊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊妗娼Y(jié)構(gòu)不夠完全，導(dǎo)致泥漿的稀釋性能變差。為了達(dá)到所要求的漿料流動性，必須增加電解質(zhì)用量以便提高弱酸陰離子團濃度。使用廢水和廢料之前，常用的減水劑為水玻璃0.5%和減水劑0.15%。使用廢水和廢料后，減水劑用量調(diào)整為：水玻璃1.3%，減水劑0.25%，三聚磷酸鈉0.15%。盡管如此，泥漿的流動性還是不理想，不能滿足穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。尤其是當(dāng)天氣氣溫較低時，球磨機根本無法出漿完全。

無機電解質(zhì)不能解決漿料稀釋的問題，但是高分子聚合物電解質(zhì)卻可以解決。關(guān)鍵在于二者的解膠機理不同。水玻璃、三聚磷酸鈉、偏硅酸鈉等無機解膠劑，是依據(jù)靜電穩(wěn)定理論（DLVO理論）。但是當(dāng)泥漿中存在大量的強電性的SO42—離子和Ca2+離子時，粘土膠體粒子表面的負(fù)電荷被破壞，膠體粒子之間不能產(chǎn)生大的斥力，即使大幅度增加解膠劑的用量，也不能起到分散作用。

高分子解膠劑，除了靜電穩(wěn)定作用，還有空間位阻作用?？臻g位阻斥力是由于聚合物吸附層靠近重疊而產(chǎn)生的機械分散作用力，它阻止了陶瓷泥漿顆粒間的聚集。高分子解膠劑吸附在陶瓷顆粒表面形成一層具有一定厚度的聚合物加強水化膜，避免了強電性負(fù)離子對粘土膠體表面電荷的影響。

高分子解膠劑加入泥漿后，其分子定向吸附在泥漿顆粒表面，部分極性基團（HCOO—）指向液相。由于親水極性基的電離作用，使得泥漿顆粒表面帶上電性相同的電荷，并且電荷量隨減水劑濃度增大而增大直至飽和；導(dǎo)致泥漿顆粒間產(chǎn)生的靜電斥力而使絮凝結(jié)構(gòu)解體，顆粒相互分散；釋放出包裹于絮團中的自由水，從而有效增大泥漿的流動性。

7 結(jié)論

使用“三廢”的陶瓷泥漿，由于含有大量SO42—離子和Ca2+離子使得泥漿流動性變差。通過綜合使用無機減水劑和高分子解膠劑能夠解決此問題，并在不增加泥漿水分的情況下，確保其流動性。特別是在低溫環(huán)境下，高分子解膠劑能有效地解決泥漿的流動性和觸變性問題。

參考文獻(xiàn)

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