陶瓷原料選擇與資源綜合利用

朱敬賢+潘利敏+謝志軍+黃玲艷

摘 要：目前，我國陶瓷原料資源的開采缺乏科學(xué)合理的規(guī)劃和綜合利用措施，致使資源利用率很低。本文論述了陶瓷原料的選擇與資源綜合利用，對解決需求增長與資源短缺的問題提出了兩種參考方案。一是采用先進(jìn)工藝技術(shù)對劣質(zhì)原料優(yōu)用；二是綜合利用工業(yè)固體廢棄物及尾砂，節(jié)約現(xiàn)有資源的同時也保護(hù)環(huán)境。同時，本文還重點(diǎn)論述了建設(shè)大型陶瓷原料生產(chǎn)基地，實現(xiàn)原料標(biāo)準(zhǔn)化對于資源綜合利用的重要性、緊迫性，并分析了當(dāng)前遇到的困難。

關(guān)鍵詞：陶瓷原料； 資源；選擇；綜合利用；原料標(biāo)準(zhǔn)化

1 前言

陶瓷原料是陶瓷的根本，是陶瓷工業(yè)的糧食，是組織陶瓷生產(chǎn)的基礎(chǔ)。非金屬陶瓷原料是不可再生資源，而目前我國陶瓷原料資源的開采，缺乏科學(xué)合理的規(guī)劃和綜合利用措施，致使資源利用率很低。這就要求對資源進(jìn)行綜合開發(fā)利用，以節(jié)約資源。隨著陶瓷工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)固體廢棄物的種類和數(shù)量也越來越多，不但對環(huán)境造成了污染，而且還是一種資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時，廢棄物的處理問題也給企業(yè)帶來了無形的壓力。陶瓷礦產(chǎn)資源消耗巨大且浪費(fèi)嚴(yán)重，造成許多優(yōu)質(zhì)陶瓷原料資源瀕臨枯竭，而且較高的價格也限制了其應(yīng)用。因此，從陶瓷原料選擇與資源綜合利用角度來看，工業(yè)固體廢棄物的再利用是一個很不錯的選擇。大力開發(fā)利用低質(zhì)原料和工業(yè)廢料，不僅有利于優(yōu)質(zhì)陶瓷原料的保護(hù)，還可以降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 采用先進(jìn)工藝技術(shù)提高資源利用率

2.1 各類天然巖石的利用

為了更好地節(jié)約優(yōu)質(zhì)原料，降低成本，提高資源效益，各類天然巖石的應(yīng)用就尤顯重要。硅灰石是一種低硅酸鈣類礦物，主要產(chǎn)于酸性侵入巖與不純的石灰?guī)r的接觸變質(zhì)帶中，在燒成中它是助熔劑，出現(xiàn)鈣長石的反應(yīng)溫度比粘土質(zhì)坯體生成莫來石的溫度低，出現(xiàn)液相的溫度也低。因此，硅灰石是一種適用于低溫快燒的陶瓷原料。透輝石是鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽類礦物，單斜晶系，晶體常呈粒狀或針狀。透輝石有與硅灰石相類似的性質(zhì)，且熔點(diǎn)較硅灰石低，膨脹系數(shù)也較硅灰石小，變化緩慢。透閃石是一種雙鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，屬閃石族中的單斜角閃石亞族，透閃石的工藝性能與硅灰石相似。硅灰石、透輝石、透閃石和葉臘石等是快燒的好原料，其他，如霞石正長巖、鏗長石、珍珠巖、斜長巖和鈣鎂橄欖石等均可代替長石作為陶瓷的熔劑原料用于各類陶瓷制品中[1，2]。但是由于硅灰石、透輝石等低溫快燒原料都具有燒成范圍較窄的缺點(diǎn)，若沒有先進(jìn)可靠的工藝技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備，低溫快燒原料很難推廣?？蒲性盒?yīng)與企業(yè)合作，在天然巖石的利用方面做些新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用研究，提高資源利用率。

2.2 低品質(zhì)原料的除鐵增白方法

我國陶瓷原料資源豐富，但大多是含鐵較高的低品質(zhì)原料，如：我國現(xiàn)有高嶺土儲量為4.8億t，而煤系高嶺土有100億t，但煤系高嶺土中大多含鐵較高。陶瓷原料由于含鐵高使其品質(zhì)大大下降，產(chǎn)品的白度受到很大的影響，產(chǎn)品上不了檔次，難以滿足市場的需求，這就迫切要求對含鐵高的低品質(zhì)原料進(jìn)行加工處理。目前除鐵增白的方法有物理法、化學(xué)法和生物法。物理法分水洗法、磁選法和浮選法，其中，水洗法成本不高，但是對白度提高不大，而磁選法和浮選法對白度的提高效果較好。目前磁選法應(yīng)用較廣，各種高梯度磁選機(jī)的研究和應(yīng)用也得到了重視，因為高梯度磁選法產(chǎn)量大，利于機(jī)械化生產(chǎn)?；瘜W(xué)法分為還原法、氧化法和還原氧化法，但化學(xué)法成本一般都很高，因此很少被使用。生物法微生物浸出技術(shù)成本較低，環(huán)境污染小，是一種有發(fā)展前景的新的增白方法。

3 綜合利用工業(yè)固體廢棄物、尾礦

3.1 工業(yè)固體廢棄物的利用

不少工業(yè)固體廢棄物可以作為建筑衛(wèi)生陶瓷的原料，以擴(kuò)大陶瓷原料資源的來源。廢棄物用于陶瓷方面的研究比較多，主要集中在建筑陶瓷、多孔陶瓷、高性能陶瓷中，其中，后兩者的應(yīng)用還有待深入研究。用于建筑陶瓷生產(chǎn)的廢棄物主要是粉煤灰和工業(yè)廢渣；用于泡沫、多孔陶瓷和高性能陶瓷生產(chǎn)的廢棄物主要是粉煤灰和煤矸石。玻璃工業(yè)廢棄物在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用主要是將玻璃纖維廢料轉(zhuǎn)變成玻璃粉末，并將該粉末與添加劑混合物顆?；幚?；然后將顆粒狀粒子成形為陶瓷生坯；最后加熱燒結(jié)成為陶瓷產(chǎn)品，其燒結(jié)溫度為700～1000 ℃，大大降低了能源和天然資源的消耗。另外，還可以將赤泥與花崗石碎屑和碎玻璃混合，通過熔化和結(jié)晶生產(chǎn)玻璃陶瓷材料。陶瓷工業(yè)固體廢料的再利用主要是對陶瓷廠自身產(chǎn)生的工業(yè)廢料加以回收利用，現(xiàn)在廢白瓷粉在陶瓷坯體中的循環(huán)利用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并在陶瓷釉中也得到了廣泛的應(yīng)用。陶瓷釉中引入廢瓷粉，不僅可以充分利用廢陶瓷，利于環(huán)境保護(hù)，而且還可以降低釉料的燒成溫度、改善坯釉結(jié)合性能、提高釉面質(zhì)量。

3.2 尾礦的利用

高嶺土、瓷石是陶瓷的主要原料，在礦山開采加工中大量尾砂的泛濫和廢棄， 給社會、環(huán)境帶來巨大危害，同時也是對礦產(chǎn)資源的極大浪費(fèi)。通過攻關(guān)研究，在景德鎮(zhèn)實現(xiàn)了尾砂無尾礦選礦新工藝，對其選礦產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，以及直接以尾砂為主要原料研制出多種尾砂制品，具有很好的社會、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益， 從而使陶瓷原料尾砂綜合利用取得新進(jìn)展，新突破[3]。只要尾礦沒有放射性，不危害人體健康且容易生成玻璃體，都可以考慮用作生產(chǎn)玻璃陶瓷的原料，利用尾礦及其它工業(yè)輔料生產(chǎn)的玻璃陶瓷主要用作建筑裝飾材料，它因具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)而被譽(yù)為21世紀(jì)的建筑材料。

4 建設(shè)大型原料生產(chǎn)基地

提高資源利用率一個重要的任務(wù)就是提供性能穩(wěn)定的陶瓷原料，因為提高和穩(wěn)定陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量的根本是要穩(wěn)定陶瓷原料，這就希望陶瓷原料深加工企業(yè)所產(chǎn)原料的化學(xué)組成、礦物組成、粒度組成等方面要在不影響生產(chǎn)的范圍內(nèi)波動，才能保證生產(chǎn)處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)[4]。

4.1 建設(shè)大型原料生產(chǎn)基地所存在的問題

我國是一個陶瓷大國，陶瓷生產(chǎn)的歷史源遠(yuǎn)流長，當(dāng)然這與其得天獨(dú)厚的陶瓷資源是分不開的。但由于目前天然的優(yōu)質(zhì)原料越來越少，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”。而且從全行業(yè)來看原料加工水平和監(jiān)控水平都很低，難以滿足現(xiàn)代化陶瓷工業(yè)生產(chǎn)的要求，這就要求盡快建立規(guī)模化的原料生產(chǎn)基地，使我國原料深加工形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專業(yè)化生產(chǎn)。原料的標(biāo)準(zhǔn)化有利于陶瓷行業(yè)的發(fā)展，但目前仍存在很多問題和困難。

（1） 原料的產(chǎn)地不同，其形成年代、地質(zhì)年代、成因及周圍環(huán)境等也各不相同，因而組成和性能也會有很大差別。因此，把所有的不同產(chǎn)地的原料性能穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)，是需要大量的技術(shù)和資金支持。

（2） 礦山的開采不專業(yè)化，而且很多是私人開采，其技術(shù)含量低下，對資源的開采也很盲目，開采后也只是簡單的破碎就送到陶瓷廠。

（3） 精選加工的技術(shù)要求較高，生產(chǎn)成本較高，在我國的陶瓷生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)當(dāng)形成一種進(jìn)高品質(zhì)原料出高價位產(chǎn)品的氛圍。而目前的情況是大部分的中低檔產(chǎn)品自身的附加值較低，承受不起標(biāo)準(zhǔn)化原料的價位。原料標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)所面對的市場范圍仍然很窄。

（4） 我國的陶瓷企業(yè)是大而全、小而全，原料無固定的開采地點(diǎn)，造成了對礦山的濫采亂掘，這樣，一方面使得原料開采利用率很低，浪費(fèi)了寶貴的資源，另一方面形成了不論產(chǎn)品檔次如何，大家都盡可能使用優(yōu)質(zhì)原料的局面，從而加速了資源的過快枯竭，而且傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式使大多數(shù)陶瓷廠都有完備的原料加工體系， 幾乎是每家一個原料加工車間，一套設(shè)備。因此，有一部分生產(chǎn)企業(yè)對原料的標(biāo)準(zhǔn)化不夠重視。加之原料生產(chǎn)部門因其自身財力、人力所限，使原料很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化要求，并且原料標(biāo)準(zhǔn)化需要占據(jù)一部分原料加工投資，使大量的資金分散使用，不能從根本上解決問題。

4.2 建設(shè)大型原料生產(chǎn)基地的相關(guān)措施

首先，實現(xiàn)原料的標(biāo)準(zhǔn)化要有據(jù)可依。因此，有關(guān)部門應(yīng)根據(jù)原料的產(chǎn)地、性能特點(diǎn)及應(yīng)用情況，確定各種原料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即其化學(xué)組成、礦物組成、粒度分布等一系列理化性能指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)范圍。根據(jù)產(chǎn)品品種、制品性能、產(chǎn)品質(zhì)量檔次、生產(chǎn)工藝裝備水平等制定一系列陶瓷原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使原料的標(biāo)準(zhǔn)化有一個共同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。如：長石可分為釉用長石、日用瓷用長石、衛(wèi)生瓷用長石、墻地磚用長石等。原料標(biāo)準(zhǔn)化的過程就是利用各種選礦方法對陶瓷原料進(jìn)行一系列的洗選加工，使其性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。其加工工藝大多為傳統(tǒng)方法，而且處理成本不高，因此，在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中現(xiàn)有技術(shù)裝備能達(dá)到要求，不需要再投資。比如：物理方法有分級法（水簸、水力旋流、風(fēng)選、篩選） 、磁選法、超聲波法等，用這些方法可除去與原料顆粒以分離狀態(tài)存在的雜質(zhì)。長石、石英、粘土等系列原料均可采用此方法。正如前述，陶瓷原料的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化所追求的就是“穩(wěn)定、均勻”、“物盡其用”，對此就應(yīng)從礦山做起，實現(xiàn)礦山開采科學(xué)化、合理化，這才是長久之計。對此應(yīng)對礦山進(jìn)行生產(chǎn)勘探，系統(tǒng)地采樣進(jìn)行分析測試，以查明礦石有益、有害組分的分布規(guī)律及附存狀態(tài)，以此固定礦石類型，確定開采塊段，從而計劃開采，合理利用礦山資源，保證原料的質(zhì)量[5]。

再就是實現(xiàn)單一產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化系列化，滿足不同用戶要求。為了實現(xiàn)此目標(biāo)，我們可以從原料的均化入手。為了保證原料的穩(wěn)定均一，還可采用二次均化。即首先在原料基地對各種原料按不同品位，分別進(jìn)行預(yù)均化，然后將經(jīng)過一系列工序加工成粉的各種原料，按不同品位分別入均化庫，然后再進(jìn)行二次均化，從而實現(xiàn)單一產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。其生產(chǎn)工藝流程可以為：選料、水洗（粘土類）、預(yù)均化、粉磨、除鐵和均化。

（1） 預(yù)均化

預(yù)均化技術(shù)就是在原料的存、取過程中， 運(yùn)用科學(xué)的堆取料技術(shù)，實現(xiàn)原料的初步均化， 使原料堆場或料庫同時具備儲存與均化的雙重功能。原料預(yù)均化的基本原理可以簡單形象地描述為“平鋪直取” 。就是在堆放原料時，由堆料機(jī)連續(xù)地把進(jìn)來的物料，按一定的方式堆成盡可能多的相互平行、上下重疊、厚薄一致的料層。而在取料時，則通過選擇與堆放方式相適應(yīng)的取料機(jī)和取料方式，在垂直于料層的方向上，同時切取料層。這樣，在取料的同時就完成了物料的混合均化， 起到了預(yù)均化的作用。

對每種原料按礦石的不同品位分別進(jìn)行預(yù)均化。在堆料時將原料沿料堆軸線分層，逐漸進(jìn)行堆料，而向料堆橫端進(jìn)行切取，平行料堆是在堆料時沿橫向?qū)訉佣蚜?。即實現(xiàn)橫向堆料，縱向切取，從而達(dá)到初步預(yù)均化的目的，保證原料質(zhì)量的相對穩(wěn)定[6，7]。

（2）粉磨分級

對于硬質(zhì)原料，宜采用干法粉磨系統(tǒng)，而且為了適應(yīng)大工業(yè)生產(chǎn)所要求的質(zhì)量，應(yīng)采用新型高效磨機(jī)。將磨機(jī)與分級機(jī)形成一閉路系統(tǒng)，粉磨的物料經(jīng)分級機(jī)，按顆粒粗細(xì)而分級，這樣可生產(chǎn)出不同粒徑的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的要求。而對于粘土，則先用水洗再超細(xì)粉碎分級，水洗可除去雜質(zhì)，用分級機(jī)分級則可形成系列產(chǎn)品，如果粘土顆粒較粗，則可經(jīng)過超細(xì)粉碎再分級。

（3）除鐵

原料含鐵的多少直接影響產(chǎn)品的白度和檔次，所以除鐵就顯得尤其重要。由于除鐵成本一般都較高，這就要求根據(jù)產(chǎn)品的要求選擇不同的除鐵方法。如果要求很高，可選擇二次除鐵和不同的除鐵方法并用。

（4）均化

將粉磨后的物料送到均化庫中進(jìn)行均化。均化庫可采用兩種布置形式，一種是攪拌庫和均化庫分開的形式，也就是使出磨物料先進(jìn)入攪拌庫，利用庫底充氣裝置分區(qū)輪換充氣，進(jìn)行攪拌，攪拌后的原料再入儲存庫。另一種為了簡化工藝流程而可布置成雙層庫，上層為攪拌庫，下層為儲存庫。攪拌庫的原料，依靠重力卸入下面的儲存庫中。通過上述的二次均化即實現(xiàn)原料生產(chǎn)的簡單均化，這不能稱為標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。不管是干法還是濕法，離開了在線檢測和在線調(diào)配，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)就無從談起。

實現(xiàn)了單一產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化系列化后，廠家就可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行配方了， 也就可以實現(xiàn)陶瓷坯料和釉料的標(biāo)準(zhǔn)化。有了成份穩(wěn)定的單一產(chǎn)品，就不需要擔(dān)心配方后燒成產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性問題，這樣就提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，也節(jié)省了廠家研發(fā)費(fèi)用。

5 結(jié)語

對陶瓷原料的綜合利用在我國現(xiàn)在還只是試驗研究階段，不過相信不久就會得到充分的應(yīng)用，這是發(fā)展的需要。其實對陶瓷原料的綜合利用不是單個廠家所能完成的，這就需要合理的分工，建設(shè)大型的原料供應(yīng)基地，實現(xiàn)原料的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化；實現(xiàn)對礦山的綜合開采；用天然巖石等原料來代替其他優(yōu)質(zhì)原料；實現(xiàn)對劣質(zhì)原料的應(yīng)用，做到劣質(zhì)劣用，優(yōu)質(zhì)優(yōu)用，綜合利用工業(yè)固體廢棄物、尾礦，節(jié)約使用資源并且保護(hù)環(huán)境。生產(chǎn)環(huán)節(jié)的明確分工和把原料加工部分分散的廢料集中使用，使原料加工的技術(shù)裝備水平迅速提高，這樣不僅有利于提高原料的質(zhì)量，也有利于相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)、優(yōu)價原料是我國陶瓷行業(yè)由大變強(qiáng)的前提條件，原料的標(biāo)準(zhǔn)化將使陶瓷行業(yè)走規(guī)?；l(fā)展的道路。在現(xiàn)有技術(shù)裝備水平基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)品檔次，以利于全行業(yè)的發(fā)展。原料的標(biāo)準(zhǔn)化將帶動整個原料加工制造業(yè)的發(fā)展。天然優(yōu)質(zhì)原料越來越少，原料精加工將是必由之路， 因此，研究、開發(fā)出新型的原料生產(chǎn)工藝路線，并不斷降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把陶瓷行業(yè)帶入良性發(fā)展的軌道將是我們的最終目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 于之東.陶瓷工業(yè)原料新資源的開發(fā)利用[J].河北陶瓷，1999，2

[2] 陳帆. 我國陶瓷原料工業(yè)發(fā)展的途徑[J]. 陶瓷導(dǎo)刊

[3] 徐希扯.景德鎮(zhèn)陶瓷原料標(biāo)準(zhǔn)化勢在必行[J]. 陶瓷導(dǎo)刊

[4] 孔海發(fā).墻地磚原料標(biāo)準(zhǔn)化及坯料專業(yè)化生產(chǎn)探討[J].華夏陶

瓷網(wǎng)

[5] 朱申紅.礦產(chǎn)資源的綜合利用與無廢生產(chǎn)工藝的發(fā)展[J]. 金屬

礦山，1998，3

[6] 鄭水林.粉碎工程[M].北京：中國選礦科技情報網(wǎng)

[7] 鄭官慶，.試論無廢生產(chǎn)工藝的創(chuàng)建， 鈾礦治[J]，1998，04