陶瓷廢料在建材行業(yè)的應(yīng)用

宋婧（廣東省建筑材料研究院）

陶瓷廢料在建材行業(yè)的應(yīng)用

宋婧
（廣東省建筑材料研究院）

本文重點(diǎn)闡述了陶瓷廢料在陶瓷行業(yè)及混凝土行業(yè)的再利用情況，以及在建材行業(yè)其它領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)應(yīng)用中還需解決的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。

陶瓷廢料；陶瓷；混凝土；建材

1 前言

據(jù)中國(guó)建材數(shù)量經(jīng)濟(jì)監(jiān)理學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)2015年我國(guó)陶瓷磚產(chǎn)量約為107.2億m2，行業(yè)每年將產(chǎn)生兩千萬(wàn)噸以上的廢料。陶瓷廢料產(chǎn)生于陶瓷生產(chǎn)的各個(gè)工序，不同類型的陶瓷產(chǎn)品廢料產(chǎn)生的工序和數(shù)量又有所不同。其中建筑陶瓷因生產(chǎn)連續(xù)化水平高、產(chǎn)量大，尤其是拋光類產(chǎn)品產(chǎn)生的廢料居多，此外，產(chǎn)品成型率低的藝術(shù)瓷、骨質(zhì)瓷及多孔陶瓷在產(chǎn)品成型工序也會(huì)產(chǎn)生較多的廢料。廢料的產(chǎn)生不但造成了資源浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了危害，因此陶瓷廢料的循環(huán)再利用成為陶瓷企業(yè)和相關(guān)科研單位急需解決的課題。隨著各科研部門及陶瓷企業(yè)研究的深入，陶瓷廢料的再利用已逐步延伸到不同的領(lǐng)域，因陶瓷廢料的成分與建筑材料原料的成分相似，故在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用更為廣泛。

表1 原料的化學(xué)成分

2 陶瓷廢料在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用

2.1制作陶粒

陶瓷廢料因其化學(xué)組分與陶瓷原料最為相似[1]（拋光廢料與陶瓷原料化學(xué)成分對(duì)比見表1），但陶瓷廢料中高溫黏度較小的氧化物含量較高，直接摻入陶瓷原料中會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以早期研究主要集中在輕質(zhì)陶粒上。陶粒是以陶瓷廢料為主原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備而成的產(chǎn)品，目前陶粒已廣泛用于建筑材料領(lǐng)域，例如作為二次原料應(yīng)用于混凝土、墻體保溫板、墻體填料及窯爐隔熱保溫層等。陶粒的再利用工藝簡(jiǎn)單，廢料利用率高，是一種較為有效的再利用途徑。同時(shí)，陶粒的再利用范圍還在不斷拓展，如利用陶粒制備地鐵吸音材料[2]，這不僅拓寬了陶粒應(yīng)用領(lǐng)域，也為陶瓷廢料的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

2.2用作陶瓷坯料

陶瓷廢料作為坯料用于陶瓷生產(chǎn)的研究已取得一定的進(jìn)展，但因建筑陶瓷或日用、美術(shù)陶瓷對(duì)原料的要求較高，所以廢料的利用率也受到一定的限制。而對(duì)原料要求不太苛刻的陶瓷產(chǎn)品成為廢料再利用的主要對(duì)象[3～4]，例如仿古磚、手工藝磚等。仿古磚對(duì)顏色純度、吸水率、尺寸穩(wěn)定性等要求不高，陶瓷廢料可以部分甚至全部代替仿古磚的坯用原料；手工藝術(shù)磚也是應(yīng)用較為成功的種類之一，因陶瓷廢料再利用中存在的主要問(wèn)題有缺陷多、粗糙毛邊、色差重、形狀不規(guī)則，而手工藝術(shù)磚把這些殘缺美詮釋為手工磚的藝術(shù)美感，巧妙的利用了這些缺陷。

2.3生產(chǎn)保溫隔熱多孔材料

因陶瓷廢料用于陶瓷坯料時(shí)會(huì)產(chǎn)生針孔起泡等缺陷，用作多孔材料的原料能充分利用其自身發(fā)泡性能。陶瓷廢料在生產(chǎn)保溫隔熱多孔材料中的應(yīng)用研究，前期集中在摻入的可行性上，后期才逐步上升到提高摻入量及解決變形問(wèn)題上。蔡曉軍等人[5]利用拋光廢渣制備出具有保溫隔熱功能的新型輕質(zhì)建筑材料，其中廢料利用率可達(dá)60%；佛山歐神諾陶瓷股份有限公司已利用陶瓷廢料成功開發(fā)出可以浮在水面的新型輕質(zhì)生態(tài)建筑材料；蒙娜麗莎陶瓷有限公司已能大規(guī)模生產(chǎn)大規(guī)格的保溫隔熱陶瓷板，且陶瓷廢料的摻入量最高可達(dá)80%。陶瓷廢料在保溫隔熱建材領(lǐng)域的再利用不但使多孔材料的自發(fā)泡機(jī)理得到了深入研究，同時(shí)使規(guī)?；?、大型化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

2.4制備陶瓷透水磚

有研究[6]表明將陶瓷廢料添加到陶瓷透水磚中可制備合格的透水磚，在此基礎(chǔ)上還可以添加生活垃圾生產(chǎn)透水磚，但未進(jìn)一步研究如何在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下提高陶瓷廢料利用率。透水磚與建筑陶瓷相比對(duì)顏色和尺寸要求較低，陶瓷廢料用于透水磚生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，發(fā)展空間大。

3 陶瓷廢料在混凝土中的應(yīng)用

陶瓷廢料用作水泥混合材是研究方向之一。陶瓷廢料作為水泥混合材除需滿足活性要求外，還要符合水泥化學(xué)成分要求。具有火山灰活性的陶瓷?；u廢料、瓷質(zhì)廢料、炻質(zhì)劈開磚廢料和陶質(zhì)廢料均可作為混合材使用[7]，其強(qiáng)度隨廢料中玻璃相含量的增加而增加，同時(shí)隨著摻量的增加，水泥的強(qiáng)度會(huì)先增加后減小，并存在最佳值。于立剛等人[8]對(duì)衛(wèi)生陶瓷及建筑陶瓷地磚廢料做了活性試驗(yàn)比對(duì)，結(jié)果表明兩種廢料均符合活性混合材的標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)拋光磚廢料摻量小于10%時(shí)[9]，陶瓷廢料的加入對(duì)水泥強(qiáng)度有貢獻(xiàn)，可作為較高強(qiáng)度水泥混合材使用，而當(dāng)摻量超過(guò)一定值后將對(duì)水泥強(qiáng)度產(chǎn)生副作用，同時(shí)應(yīng)注意氯離子含量超標(biāo)的問(wèn)題。

廢棄陶瓷制作再生粗骨料代替天然碎石是另一研究方向。通過(guò)篩分制作符合混凝土粗骨料要求粒徑的粗骨料，與天然粗骨料相比，再生陶瓷骨料的密度低、吸水率高、壓碎指標(biāo)小，所以在實(shí)際應(yīng)用中需調(diào)整混凝土配合比，此外陶瓷骨料與砂漿的粘結(jié)性能不如天然骨料，隨再生陶瓷骨料的代替率的增加抗壓強(qiáng)度減小[10]，因此限制了再生陶瓷骨料的大量使用。

4 在建筑墻體材料中的應(yīng)用

蒸壓加氣混凝土砌塊作為輕質(zhì)保溫隔熱的新型建筑材料在消耗工業(yè)廢棄物上發(fā)揮著重要的作用，陶瓷廢料代替粉煤灰制備蒸壓加氣混凝土砌塊的研究已取得一定的進(jìn)展。華南理工大學(xué)王功勛等人[11]對(duì)陶瓷拋光磚粉制備蒸壓硅酸鹽制品從熱工及水化產(chǎn)物組成和形貌方面進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，研究表明陶瓷拋光粉在蒸壓條件下有較高的火山灰活性，與粉煤灰相比拋光粉中參與反應(yīng)的活性SiO2要多，可生成較低Ca/Si值的水化產(chǎn)物，其蒸壓制品強(qiáng)度高于粉煤灰制品。有研究[12]表明摻入陶瓷廢料代替一半的粉煤灰（摻入量為30%～40%）制備的蒸壓加氣混凝土砌塊各項(xiàng)基本指標(biāo)能符合GB/T11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》標(biāo)準(zhǔn)要求，且在干縮性和防水性方面優(yōu)于粉煤灰加氣混凝土砌塊。此外陶瓷廢料在加氣混凝土中的摻量需控制在30%左右[12]，過(guò)大會(huì)對(duì)氣孔結(jié)構(gòu)及混凝土力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。

5 在建材行業(yè)其它領(lǐng)域的應(yīng)用

陶瓷廢料可用于瀝青路面隔熱層混合料，有研究[13]表明陶瓷廢料瀝青混凝土隔熱層具有良好的降溫效果，可減少路面溫度波動(dòng)，解決路面的車轍問(wèn)題。此外，用陶瓷廢料制備的多孔陶瓷亦可用于廢水凈化及過(guò)濾材料[14]，拓寬了陶瓷廢料在建材行業(yè)再利用中的應(yīng)用領(lǐng)域。

6 應(yīng)用中還需解決的問(wèn)題

6.1硬質(zhì)廢料

硬質(zhì)廢料是經(jīng)過(guò)燒成工序的熟料，其特點(diǎn)是燒失量小，化學(xué)成分接近陶瓷原料，可以重新應(yīng)用到陶瓷生產(chǎn)中。提高孰料廢渣的細(xì)度以及控制雜質(zhì)及鐵含量是廢料精加工的關(guān)鍵，此外硬質(zhì)廢料為瘠性料，會(huì)使生坯強(qiáng)度下降，同時(shí)縮短燒成時(shí)間，如何克服生坯強(qiáng)度下降以及充分利用快燒特性達(dá)到節(jié)能效果是研究的重點(diǎn)。

6.2拋光磚廢料

拋光磚廢料本身具有很好的細(xì)度，但拋光過(guò)程中磨料帶入了碳化硅、氯化鎂、堿金屬化合物及高溫樹脂等物質(zhì)使其應(yīng)用受到了一定限制。因氯離子含量高，作為水泥混合料會(huì)導(dǎo)致水泥氯離子超標(biāo)，目前如何充分利用陶瓷廢料的活性又能避開氯離子含量過(guò)高帶來(lái)的不利影響，提高摻量，最大限度合理有效的利用廢料是目前需要解決的問(wèn)題。作為陶瓷原料，高溫?fù)]發(fā)的成分容易造成瓷磚針孔起泡，難以利用。如何解決廢料再利用中雜質(zhì)含量高導(dǎo)致的產(chǎn)品變形是另一急需解決的問(wèn)題。

7 小結(jié)

陶瓷廢料在建材行業(yè)的應(yīng)用主要集中在陶瓷和混凝土兩大方面，在陶瓷方面的應(yīng)用相對(duì)較廣泛，同時(shí)在某些領(lǐng)域也取得了一定的成果。但是與在混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用最大的區(qū)別在于是否需要燒結(jié)，如無(wú)需燒結(jié)則節(jié)省了能源，取得的經(jīng)濟(jì)效益更加可觀。如何充分發(fā)揮陶瓷廢料的活性，提高在混凝土中摻量，進(jìn)一步降低建材產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本，提高資源利用率是今后研究的重點(diǎn)。

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