淺析陶瓷廢料資源化綜合利用的研究現狀

林珊

摘 要：我國是陶瓷大國，陶瓷的產量一直雄踞世界首位。隨著陶瓷行業(yè)的發(fā)展，廢料也越來越多。據統計：僅佛山陶瓷產區(qū)每年將近產生400萬噸左右的各種陶瓷廢料，而全國陶瓷廢料的年產量估計在1000萬噸左右，如此大量的陶瓷廢料已經不是簡單填埋可以解決的問題。本文通過對我國陶瓷工業(yè)固體廢棄物的處理現狀分析，認為可運用現代裝飾及陶瓷原料再生技術對陶瓷產品的生命周期進行重新的設計與安排，使資源與能源得到最有效地消耗配置，從而達到陶瓷廢料的減量化、資源化、無害化的目的，使陶瓷行業(yè)生產走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

關鍵詞：陶瓷廢棄物；資源化；回收利用；可持續(xù)發(fā)展

1 背景

近年來我國城市化和工業(yè)化進程的不斷推進促進了國民經濟的增長，隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，陶瓷的使用量越來越大。我國已經是名副其實的產銷陶瓷大國，陶瓷的產量一直雄踞世界首位。建筑陶瓷是佛山本地的傳統優(yōu)勢產業(yè)，佛山更是瓷質拋光磚的主要產區(qū)，據統計：僅佛山陶瓷產區(qū)每年將近產生400萬噸左右的各種陶瓷廢料，而全國陶瓷廢料的年產量估計在1000萬噸左右，如此大量的陶瓷廢料已經不是簡單填埋可以解決的問題。

目前，生態(tài)文明建設已上升為國家戰(zhàn)略。黨中央、國務院高度重視生態(tài)文明建設。習近平總書記多次強調，“綠水青山就是金山銀山”，“要堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”，“像保護眼睛一樣保護生態(tài)環(huán)境，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境”。

而拋光磚是近幾年發(fā)展起來的高檔建筑裝飾材料，并且日益受到廣大用戶的青睞。但由于采用研磨、拋光工藝生產，必然會帶來拋光廢渣和半成品廢料。拋光廢渣長期以來大多采用填埋的方法進行處理，但在清理過程中往往會造成二次污染，如運輸過程中因散落、揚塵而造成的空氣污染；填埋導致的地下水污染等，嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境。瓷質拋光磚生產所產生的廢渣日益增多，不僅對環(huán)境造成巨大的壓力，還影響了本地陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此，陶瓷拋光廢渣的處理和利用顯得非常的重要。陶瓷拋光廢渣是目前陶瓷工業(yè)最難回收利用、對環(huán)境造成極大污染、也是利用得最少的固體廢料。對陶瓷拋光廢渣進行回收利用，不僅有效消納瓷質拋光磚廢渣，保護環(huán)境，從根本上促進本地建筑陶瓷產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，符合佛山建設國家創(chuàng)新型城市，推動產業(yè)和城市升級，增創(chuàng)佛山發(fā)展新優(yōu)勢、推動經濟社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。更符合我國政府倡導建立節(jié)約型社會與循環(huán)經濟的要求，具有良好的社會效益和經濟效益。

因此，目前陶瓷行業(yè)不僅要做好轉型升級，也要科學處理好陶瓷廢料，變廢為寶才能利好經濟的發(fā)展。

2 國內外技術情況和發(fā)展趨勢

我國建筑陶瓷工業(yè)每年消耗的天然礦物資源約2億噸，而每年排放的陶瓷廢料卻高達1800萬噸，約占原礦資源使用量的10%。在陶瓷廢料中，拋光廢料占了主要部分。拋光磚的主要產區(qū)是廣東省，其次是山東、江西等省。據統計，到2011年底，全國擁有瓷磚生產線3l91條，日產量高達3388萬平方米，如果以310天為生產周期計算，年產量高達105億平方米，其中拋光磚生產線1025條，占全國瓷磚總產量的35%，產量最大，穩(wěn)居陶瓷磚產品之首。在拋光磚的生產工序中，生產l m2的拋光磚約生產2.1 kg的拋光廢渣。按此計算，我國每年拋光磚拋光廢渣的產出量可達800萬噸。在實際生產中，陶瓷拋光廢渣以漿狀廢料的形式排出。按拋光廢渣含水率約35%計算，陶瓷行業(yè)每年拋光廢料（包括拋光廢干渣和廢水）年排量約為1200萬噸。

國外對陶瓷生產產生的廢料的綜合利用一直很重視，英國一些瓷磚工廠一直使用高達40%的再循環(huán)廢瓷料。日本許多建陶企業(yè)都積極開展清潔生產關鍵技術應用，專門對本企業(yè)內產生的廢料進行再加工與回收利用，取得明顯的經濟效益與社會效益。國際上許多國家已將綠色陶瓷制品定位為在生產線上不形成污染的產品，讓陶瓷企業(yè)真正形成無廢料排放的良性循環(huán)的生產機制，成為許多國內外建陶企業(yè)追逐的目標。

根據檢索查詢結果，我國“陶瓷廢料的綜合利用研究”主要有以下幾個方面：

2.1 利用拋光廢渣制備陶瓷磚

景德鎮(zhèn)陶瓷學院羅浩樂等以建陶拋光磚廢渣為主要原料（>50%），在不加入發(fā)泡劑或成孔劑條件下，研制了以閉口氣孔為主，兼具保溫隔熱功能的輕質建筑材料。湖南科技大學王功勛等學者在陶瓷廠坯泥料基礎配方上添加粉煤灰（6 ～ 10%）、廢磚粒和拋光磚廢渣（2 ～ 5%），采用擠壓法成型生產再生陶瓷墻地磚。華南理工大學稅安澤等利用拋光渣、高溫砂、低溫砂以及各種粘土制備一種以閉口氣孔為主兼具保溫隔熱功能的新型輕質建筑材料，其容重小于1000 kg/m3，導熱系數小于0.35 W /mok（200℃），抗折強度大于3MPa。佛山科學技術學院周松青等利用破損陶瓷和陶瓷廢料為主要原料，低成本制造高附加值的透水磚。陶瓷破損料和陶瓷廢料的加入量最多可占到75%。華南理工大學鄭文采取雙層布料方式，以含10 wt%拋光廢料的原料為基底原料，面層布優(yōu)質原料的方式制備不發(fā)泡、致密的瓷質拋光磚。佛山市東鵬陶瓷有限公司施宇峰以陶瓷工廠拋光磚污泥、黑泥、章丘土、臨朐長石、沂水長石以及秦莊長石為原料制備廣場磚。結果表明：當拋光磚污泥的含量<30%時，可以用于廣場磚的生產。華南理工大學謝代義等以陶瓷拋光廢料（40 ～ 60%）為主要原料，研制了以石英和莫來石為主晶相的多孔陶瓷輕質磚。廣東宏陶陶瓷有限公司余國明等以陶瓷拋光廢渣為主要原料（加入量為16 ～ 22%）生產高檔釉面磚。

以拋光廢料為主要原料再引入一些陶瓷原料組成配合料，再經成型、燒成（1200℃）、切割等工序生產輕質陶瓷材料。這種輕質陶瓷材料內部的氣孔均為封閉氣孔，其體積密度為 0.46 ～ 0.75 g/cm3，利用材料的這一特點，可作為輕質保溫材料和隔音材料使用，但是，由于低成本加氣混凝土免燒材料的存在，使這種高溫燒制磚因成本高而無立足之地，導致所有的研究只處于理論階段，而無實際應用價值。同時，輕質陶瓷材料在機械強度和產品施工性能上存在種種缺陷，市場對其認可度不高，因此，尚難以通過生產輕質陶瓷磚來解決陶瓷拋光廢渣的問題。

2.2 利用拋光廢料制備裝飾用微晶玻璃

華南理工大學鐘明峰利用35 wt%拋光磚污泥等，通過燒結法制備CAS（CaO-Al2O3-SiO2）微晶玻璃。開辟了一條拋光廢料資源化利用新途徑。

利用拋光廢料制備微晶玻璃技術上不夠成熟，更重要的是對拋光廢料的消耗量又相對較小。因此，用拋光廢料生產裝飾用微晶玻璃技術難以得到推廣應用。

2.3 利用拋光廢料作水泥混合材料

東北大學王亞琴等采用XRD等測試方法研究陶泥和水泥的性能，并做了用拋光磚粉作為水泥混合材對混凝土試件相關性能的影響。試驗表明，拋光磚粉可以作為水泥混合材大量應用于水泥工業(yè)生產中，生產合格的較高強度水泥。華南理工大學吳清仁等研究了陶瓷拋光磚廢料和磷石膏配料對硅酸鹽水泥熟料燒成的影響，并通過 XRD、巖相分析和性能測試等手段探討了其對熟料巖相結構與性能的影響及其機理。結果表明，通過優(yōu)化配料方案和工藝條件，陶瓷拋光磚廢料和磷石膏代替部分原料配料可燒制出合格的硅酸鹽水泥熟料。湖南科技大學王功勛等研究陶瓷拋光磚粉與水泥熟料的相互作用。結果表明，陶瓷拋光磚粉的摻入降低了復合膠凝材料的總水化程度，但促進了復合膠凝材料中水泥熟料的水化。長江水利委員會石正國等利用陶瓷拋光磚粉替代部分水泥，制備了C30混凝土，重點研究了混凝土的強度和耐久性能。結果表明：陶瓷拋光磚粉可改善混凝土的工作性能、提高混凝土各齡期抗壓強度，同時混凝土的耐久性也得到顯著提高，但陶瓷拋光磚粉的摻量不能超過20%。

陶瓷拋光磚粉能用作水泥混合材，但需控制其氯含量。而且，有些拋光磚廢粉里還含有一些有機樹脂材料，這些都給拋光廢料作為水泥混合材料的應用帶來困難。

2.4 利用陶瓷廢料制備生態(tài)透水磚，海綿城市建設的應用

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時通過下沉式綠地等海綿體需要時實現雨水的滯留、滲透、和蓄存，并在缺水時，將蓄存的水“釋放”并加以利用，在保證城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護。

現今有部分建陶企業(yè)開始研究利用陶瓷廢料制備生態(tài)透水磚，項目主要是國內外的透水混凝土應用實例的材料組成調查研究，評估不同類型材料構成的透水混凝土應用效果，以找出最適合廣東地區(qū)的透水磚成份構成，以兼顧解決透水磚“透”和“強度”的矛盾性問題。最終以石材和陶瓷企業(yè)的廢料為主要原材料，通過破碎、分級遴選不同粒徑和不同材質的再生粗骨料，利用這些再生粗骨料制備生態(tài)透水磚。

2.5 利用拋光廢料制備環(huán)保型石油壓裂支撐劑

在石油和天然氣的開采過程中，用來支撐裂縫的并具有一定強度的固體顆粒被稱為石油壓裂支撐劑。壓裂支撐劑是石油、天然氣壓裂技術的關鍵材料，高品質的支撐劑可提高油氣產出率60%，延長油井服務年限5 ～ 10年。它是具有一定強度的，支撐劑的好壞對最后的壓裂效果具有重大影響。天然支撐劑主要是石英砂，而人造支撐劑主要是燒結的陶粒，它們是目前支撐劑的兩大類。由于深層低滲透的油氣層的埋藏較深，溫度和閉合壓力都很高，因此不能使用天然石英砂支撐劑，而是采用陶粒支撐劑。

目前國內生產的陶粒支撐劑多是以鋁礬土為主要原料制備的產品，消耗了大量陶瓷原料資源。開展陶瓷磚拋光廢料制備陶粒支撐劑的資源化循環(huán)利用，一方面降低了單位支撐劑產品礦物原料的消耗，在減少天然陶瓷原料開采的同時，也降低了原料開采的費用和原料運輸費用，以及相應的能源耗費。另一方面能有效解決陶瓷磚拋光廢料的難處理問題，真可謂一舉兩得。

荷南的普拉德研究與開發(fā)有限公司制備出了一種視密度在1.7 ～ 2.75 g/cm3之間的支撐劑。美國Carbo公司以Al2O3顆粒及粘土或鋁礬土中的任意一種或兩種為主要原料，以部分燒結助劑為輔料所制得的陶粒支撐劑是目前世界上性能最好的陶粒支撐劑。攀枝花環(huán)業(yè)冶金渣開發(fā)有限責任公司的劉云等以工業(yè)廢棄高鋁質耐火磚和熟高嶺土為主要原料研制出了一種高強度的陶粒支撐劑。宜興東方石油支撐劑有限公司的研究人員以鋁礬土為主要原料，錳粉和ZrO2作為添加劑研制了一種高強度壓裂支撐劑，其在86 MPa下的破碎率小于5%。一種高鈦型石油壓裂支撐劑被高海利等研制出來，它的主要原料為高鈦型高爐渣，鋁礬土生料及攀枝花本地的二灘輕燒鋁礬土。一種高強度耐酸支撐劑被蔡寶中等研制出來，由于它在強酸性、高閉合應力及高溫的惡劣條件下仍能保持較高的導流能力，因此其可滿足塔河油田壓裂與酸化復合改造的要求。接金利等也制備了適用于深井的陶粒支撐劑。郭強采用噴霧制粒的濕法工藝連續(xù)化生產出了能在石油和天然氣的開采中所應用的支撐劑。它是通過以鋁礬土為主要原料，以復合燒結助劑和外加劑作為輔料所制得的。一種耐酸性能良好的陶粒支撐劑被桂林工學院的田小讓等人研制。它是以熟鋁礬土或耐火材料廢料為主要原料，添加鋇的化合物或毒重石為輔料經過盤式造粒成球和在1300 ～ 1400℃燒結l ～ 3 h，冷卻后得到的。另外以赤泥為主要原料，鋇鹽為輔料的耐酸性能良好的支撐劑也被報道過。

近年來國內大量的研究主要集中在提高陶粒支撐劑的強度方面，但卻忽視了支撐劑體積密度和視密度的大小。密度大的支撐劑在應用中容易產生較短的支撐帶，堆積在裂縫的端口處，對導流極其不利。因此，研制開發(fā)低密度中強度或高強度燒結陶粒將是未來重要的發(fā)展方向。

3 結束語

目前發(fā)達國家十分重視陶瓷工業(yè)廢料的處理和循環(huán)利用。英國的一些瓷磚廠的陶瓷廢料的再生利用率高達40%。日本由于其資源匱乏，故其對陶瓷工業(yè)廢料的處理非常重視，且環(huán)保意識較強，堅持對陶瓷廢料進行再加工與回收利用，對其利用的研究起步比我國早10 到20年，技術成熟。如日本的INAX 株式會社等一些大型的跨國公司都已經開始進行陶瓷廢料的大規(guī)模回收再利用，其廢料的利用率幾乎達100%的水平。

而國內近幾年陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，伴隨而來的是陶瓷工業(yè)廢料的增多，它們不但對城市環(huán)境造成巨大壓力，而且限制了城市社會經濟及陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，故合理處理和綜合利用陶瓷工業(yè)廢料已成為必要途徑。目前，我國對陶瓷工業(yè)廢料的處理與利用程度比較低，一般選擇堆放及填埋處置。不僅導致大量廢料擠占耕地、海洋，而且造成水和空氣的二次污染。因此，我國必須高度重視對陶瓷生產中廢料的再循環(huán)和利用，把它提高到環(huán)境材料學的高度加以研究和利用，提高到全民綠色環(huán)保的高度加以重視并解決。