陶瓷工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)*

(咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽(yáng) 712000)

前言

2018年，我國(guó)出臺(tái)的《環(huán)境保護(hù)稅法》已經(jīng)在全國(guó)各地正式實(shí)行，作為中國(guó)第一部專(zhuān)門(mén)體現(xiàn)“綠色稅制”、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的單行稅法，標(biāo)志著我國(guó)在“守住綠水青山”、打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的信心和決心。

陶瓷工業(yè)作為建材行業(yè)三大產(chǎn)業(yè)之一， 為改善人民居住環(huán)境、美化建筑物起到了很大作用；但同時(shí)，陶瓷工業(yè)生產(chǎn)的高消耗和高污染卻又使自然環(huán)境遭到很大破壞。當(dāng)越來(lái)越多的人關(guān)注到環(huán)境、資源的重要性，受到國(guó)內(nèi)的環(huán)保風(fēng)暴的影響，陶瓷工業(yè)的清潔生產(chǎn)也就變成是勢(shì)在必行的事情。

清潔生產(chǎn)是一種新形式的創(chuàng)造性思想。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署工業(yè)與環(huán)境規(guī)劃中心對(duì)其所作的定義，清潔生產(chǎn)是指“將綜合預(yù)防的環(huán)境政策持續(xù)用于生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品中，以便減少對(duì)人類(lèi)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)性”。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程而言，清潔生產(chǎn)包括節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒原材料并在全部排放物和廢棄物離開(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)以前減少它們的數(shù)量和毒性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的無(wú)污染或少污染。對(duì)產(chǎn)品而言，清潔生產(chǎn)策略旨在減少產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)周期過(guò)程中對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的影響。

1 陶瓷工業(yè)污染物的分類(lèi)

1.1 大氣污染物

1.1.1 粉塵

在建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中，粉料的制備工序當(dāng)中，將原料與水按照一定的比例混合，研磨，干燥，使得粉料含有8%左右的水分，有利于成形時(shí)的可塑性或壓制成形。這也就抑制和減少了物料在加工和成形工序中粉塵的產(chǎn)生。

建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中，原料運(yùn)輸、配料、球磨機(jī)加料、打磨修坯、施釉等工序中將會(huì)產(chǎn)生粉塵，其排放粉塵的成分與被加工的物料相同。

1.1.2 煙(塵)氣

干燥室、爐窯以及鍋爐房(煤氣站)產(chǎn)生煙(塵)氣。我國(guó)大中型企業(yè)多采用煤粉、水煤漿、煤氣燃料，部分有條件的企業(yè)使用天然氣燃料，使用重油或煤作燃料時(shí)將有一定的二氧化硫和煙塵排放。在一般情況下使用氣體或低硫燃油，其煙氣中產(chǎn)生大量的煙塵和二氧化硫。

1.2 廢水

建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)，所排放廢污水均來(lái)自清洗工序的排水，如硬質(zhì)原料的洗刷、噴霧干燥塔的清洗、拋光線(xiàn)上的器件沖洗、車(chē)間地面清洗等，所排廢污水中主要污染物為懸浮物。

1.3 固體廢棄物

1.3.1 坯體廢物

坯體廢物即窯爐煅燒前產(chǎn)生的廢物，如成形、壓制和干燥工序生產(chǎn)的廢坯，破碎后可作原料繼續(xù)使用，廢水沉淀池中的泥渣、收塵器回收灰塵也可作為原料回用。

1.3.2 產(chǎn)品廢棄物

產(chǎn)品廢棄物即坯體經(jīng)窯爐素?zé)蜢褵蟛缓细竦某善坊虬氤善?，其破碎后可作為建筑衛(wèi)生陶瓷或耐火材料的生產(chǎn)原料。

1.4 噪聲

原料加工、制備中的破碎機(jī)、球磨機(jī)、料漿攪拌機(jī)等作業(yè)時(shí)均有機(jī)械性噪聲產(chǎn)生，強(qiáng)度在80～90 dB；窯爐和干燥塔等處都設(shè)有風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)，其作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲，強(qiáng)度在80～95 dB。

2 清潔生產(chǎn)的途徑及方法

2.1 原料專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化

原料、坯料制備是建筑陶瓷企業(yè)產(chǎn)生粉塵污染和噪聲污染的主要場(chǎng)所，特別是含游離二氧化硅的粉塵會(huì)對(duì)人體會(huì)造成極大的危害。根據(jù)檢測(cè)，一些企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度大大超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的10 mg/m3最高允許濃度和含有10%以上游離二氧化硅的粉塵濃度2 mg/m3的規(guī)定，對(duì)人體和環(huán)境都造成了很大的危害。

根據(jù)國(guó)外建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)大多采用專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化原料進(jìn)行生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)也應(yīng)因地制宜，逐步在生產(chǎn)中推廣采用專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化原料替代原料的預(yù)處理。在原料加工企業(yè)則可采用專(zhuān)用環(huán)保設(shè)備，以減少粉塵污染和噪聲污染。

2.2 能源的清潔化

采用清潔的煤氣(煤氣站采用深度脫硫技術(shù)制備的煤氣)、天然氣、液化石油氣或電加熱等清潔燃料，可以減少?gòu)U氣、廢渣的產(chǎn)生和排放量。

3 陶瓷工業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的清潔化

3.1 新型干法短流程原料制備工藝

陶瓷墻地磚新型干法短流程制粉工藝有別于高能耗的濕法制粉工藝，其工藝流程可概述為：各種不同的軟質(zhì)原料和硬質(zhì)原料經(jīng)鄂式破碎機(jī)或?qū)伿狡扑闄C(jī)進(jìn)行粗、中碎，再經(jīng)懸輥式磨粉機(jī)或立式磨粉機(jī)細(xì)磨細(xì)碎(磨)，細(xì)粉料進(jìn)入各自的料倉(cāng)。按配方用電子秤從各料倉(cāng)分別取料，進(jìn)入混合均化式混料器，將細(xì)粉料按配方混合均勻。混合均勻的細(xì)粉料進(jìn)入造粒系統(tǒng)，在造粒機(jī)中加入10%～12%的水分(相對(duì)水分)，進(jìn)行“過(guò)濕”造粒，“過(guò)濕”造粒的粉料顆粒進(jìn)入流化床干燥器干燥至含水率為6%～8%，同時(shí)流化床干燥器系統(tǒng)的收塵裝置將未造粒的細(xì)粉末回收，重新進(jìn)入造粒機(jī)系統(tǒng)。干燥后的粉料經(jīng)篩分裝置過(guò)篩，篩上大顆粒經(jīng)優(yōu)化整形機(jī)整粒，同篩下合格料一同進(jìn)入料倉(cāng)陳腐，供大生產(chǎn)壓制成形使用。

3.2 低溫一次快燒工藝

在陶瓷生產(chǎn)中，燒成溫度越高，能耗就越高。據(jù)熱平衡計(jì)算，若燒成溫度降低100 ℃,則單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上，且燒成時(shí)間縮短10%，產(chǎn)量增加10%，熱耗降低4%。因此，應(yīng)用低溫快燒技術(shù)，不但可以增加產(chǎn)量，節(jié)約能耗，而且還可以降低成本。某企業(yè)采用超低溫配方燒成，將現(xiàn)有的建筑陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度降低約 200 ℃, 達(dá)到1 000 ℃ 以下，單位制品的燃耗降低了25%，能耗為3～5 MJ/kg瓷，能耗僅為普通燒成技術(shù)的75%左右，大大降低了生產(chǎn)成本。

采用一次燒成技術(shù)比一次半燒成(900 ℃ 左右低溫素?zé)?，再高溫釉?和二次燒成更節(jié)能，綜合效應(yīng)更佳，同時(shí)可以解決制品的后期龜裂，延長(zhǎng)制品的使用壽命。

陶瓷屬于高能耗的行業(yè)，以瓷質(zhì)磚為例，傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的燒成溫度一般在1 200 ℃以上，燒成時(shí)間為12～24 h以上，其燒成周期長(zhǎng)，能耗和成本高，產(chǎn)量低，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。為解決或緩解這種局面，低溫快燒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)陶瓷行業(yè)而言，低溫快燒技術(shù)是指燒成溫度降低80～100 ℃ 以上 燒成時(shí)間明顯縮短，產(chǎn)品性能與采用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品性能相同或相近的燒成工藝；且根據(jù)熱力學(xué)平衡計(jì)算可知，燒成溫度降低100 ℃，單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上；燒成時(shí)間縮短10%，產(chǎn)量可增加10%，熱耗降低 4%。由此可知，低溫快燒技術(shù)在增加陶瓷制品產(chǎn)量的同時(shí)，也可顯著降低企業(yè)的單位能耗和成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，從而為陶瓷行業(yè)的發(fā)展提供了一條可實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的途徑。

綜合眾多學(xué)者一直以來(lái)的研究可知，陶瓷低溫快燒技術(shù)的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)和利用低溫熔劑原料選擇合適的燒成工藝和熱工設(shè)備等，通過(guò)這些措施，使得陶瓷行業(yè)的燒成溫度下降明顯，如衛(wèi)生陶瓷燒成溫度降低50～100 ℃；釉面磚素?zé)郎囟冉档?0～130 ℃；硬質(zhì)日用陶瓷燒成溫度降低50～150 ℃；耐火硅磚燒成溫度降低60～100 ℃等，且其燒成時(shí)間顯著縮短，節(jié)能降耗效果顯著。

3.3 陶瓷工業(yè)產(chǎn)品的薄型化，輕量化新工藝、新技術(shù)

3.3.1 陶瓷薄板原料配方研發(fā)

陶瓷磚的薄型化生產(chǎn)必須在原料選擇和配方設(shè)計(jì)時(shí)考慮陶瓷磚的增強(qiáng)和增韌技術(shù)對(duì)于生坯強(qiáng)度的提高，可選用可塑性好干燥強(qiáng)度高品質(zhì)穩(wěn)定的粘土；其次，可利用非全瘠性原料(如瓷石)代替瘠性長(zhǎng)石原料，增加坯料的可塑性；此外，應(yīng)用合理的高性能坯體增強(qiáng)劑；配方設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少坯料的燒失量。

3.3.2 陶瓷薄板強(qiáng)度提高技術(shù)

對(duì)于陶瓷薄板瓷坯強(qiáng)度的提高，可采用以下措施：

1)增加瓷坯的晶相含量，減少玻璃相和氣孔；

2)在瓷坯中形成高強(qiáng)度的晶相，如針狀莫來(lái)石剛玉相等。

3.3.3 陶瓷薄板成形技術(shù)

陶瓷薄板的生產(chǎn)主要有干法和濕法兩種工藝。干法工藝主要的體現(xiàn)在成形工藝干法成形效率高產(chǎn)量大，但干壓法受壓機(jī)噸位模腔和壓制工作臺(tái)尺寸等限制，成形較大尺寸一般都會(huì)受到限制,但目前的工藝技術(shù)已可生產(chǎn)大尺寸的陶瓷磚；濕法工藝生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有粉塵污染，生產(chǎn)更清潔，但生產(chǎn)工藝過(guò)程控制較多。

流延法是一種制備大面積薄平陶瓷材料的重要成形方法，可做厚度小于1 mm 的陶瓷薄板。其可用作室內(nèi)裝修，即陶瓷墻紙，因此，該生產(chǎn)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)建筑陶瓷行業(yè)是一個(gè)新的革新技術(shù)，其發(fā)展前景廣闊。

3.4 陶瓷工業(yè)窯爐節(jié)能減排新技術(shù)

3.4.1 合理選用噴嘴

過(guò)去噴嘴使用時(shí)的溫度控制容易出現(xiàn)偏差。 由于高溫火焰流因浮力而上升，形成窯內(nèi)溫度上高下低，使熱電偶檢測(cè)到的溫度偏高，故造成熱電偶儀表顯示溫度與窯內(nèi)制品實(shí)際溫度發(fā)生很大的偏差。采用新型高速?lài)娮旎蛎}沖燒成技術(shù)，可以使窯內(nèi)溫度變得均勻，減小了窯內(nèi)上下溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果。特別對(duì)于寬斷面的窯爐，采用脈沖比例燒嘴或高速燒嘴；對(duì)于燒成用水煤氣的輥道窯，采用預(yù)混式燒嘴，不但可以減小窯斷面溫差，而且可以節(jié)約能源20%～30%。

3.4.2 余熱回收環(huán)利用

積極采用先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù), 降低排煙熱損失是實(shí)現(xiàn)工業(yè)窯爐節(jié)能的主要途徑。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煙氣余熱利用主要用于干燥、烘干制品和生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)。采用換熱器回收煙氣余熱來(lái)預(yù)熱助燃空氣和燃料，具有降低排煙熱損失、節(jié)約燃料和提高燃料燃燒效率、改善爐內(nèi)熱工過(guò)程的雙重效果。一般認(rèn)為:空氣預(yù)熱溫度每提高100 ℃,即可節(jié)約燃料 5%?，F(xiàn)有余熱利用方式主要有：

1)在換熱器中用煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣；

2)設(shè)置預(yù)熱段或輥道干燥窯，用煙氣余熱干燥濕坯；

3)設(shè)置余熱鍋爐，用煙氣余熱生產(chǎn)蒸汽；

4)加熱空氣作為烘干坯體的熱源；

5)用煙氣余熱發(fā)電和供暖等。

3.4.3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

使用自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)是目前國(guó)外普遍采用的有效節(jié)能方法，它主要用在窯爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使窯爐的調(diào)節(jié)控制更加精確，對(duì)節(jié)省能源，穩(wěn)定工藝操作和提高燒成質(zhì)量十分有利。同時(shí)，還為窯爐燒成的優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)。先進(jìn)的窯爐應(yīng)配置自動(dòng)點(diǎn)火、熄火監(jiān)測(cè)，窯內(nèi)壓力監(jiān)測(cè),氧濃度監(jiān)測(cè)，氣體泄漏監(jiān)測(cè)及噴嘴用熱電偶紀(jì)錄儀等一系列監(jiān)測(cè)儀器，從而可以保證制品的快速燒成，采用這一技術(shù)可節(jié)能10%～15%。

4 提高企業(yè)員工的環(huán)保意識(shí)

實(shí)施清潔生產(chǎn)，涉及到陶瓷企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，需要全體員工的積極參與，需要逐步來(lái)進(jìn)行，要做到與時(shí)俱進(jìn)。因此，企業(yè)要運(yùn)用綠色理念來(lái)指導(dǎo)、規(guī)劃和改造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。陶瓷企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)要深入學(xué)習(xí)研究綠色管理和可持續(xù)發(fā)展理念，樹(shù)立綠色經(jīng)營(yíng)理念，確立順應(yīng)時(shí)代潮流的企業(yè)精神和企業(yè)風(fēng)格，制定綠色管理戰(zhàn)略；工程技術(shù)人員要不斷學(xué)習(xí)新的節(jié)能技術(shù)、環(huán)保技術(shù)，不斷提高自己的環(huán)境知識(shí)和技能，從設(shè)計(jì)與制造方面減少或消除污染，并從控制污染轉(zhuǎn)向綠色生產(chǎn)，提高生態(tài)效率；對(duì)生產(chǎn)第一線(xiàn)的員工，要培育“綠色消費(fèi)”、“綠色產(chǎn)品”和珍愛(ài)人類(lèi)生存環(huán)境的意識(shí)，使“環(huán)保、生態(tài)、綠色”的理念深入人心。

5 結(jié)語(yǔ)

陶瓷工業(yè)既是高耗能工業(yè)，又是高污染工業(yè)，陶瓷工業(yè)的清潔生產(chǎn)勢(shì)在必行。實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)一方面是保護(hù)資源、努力減少資源浪費(fèi)，減少人員使用，另一方面是保護(hù)環(huán)境，與國(guó)際接軌，增加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。此外，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)又是應(yīng)對(duì)國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)立綠色貿(mào)易壁壘的重要舉措，同時(shí)也是我國(guó)建筑陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。鑒于我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀和工藝特點(diǎn)，完全實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)尚需長(zhǎng)期努力工作，而且有一定的難度，而實(shí)施生產(chǎn)工藝優(yōu)化，陶瓷裝備節(jié)能，以原料燃料消耗最少化、排放減量化和效益最大化的清潔生產(chǎn)為主，末端控制為輔的綜合污染防治方式是最理想的選擇。只有這樣，我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)才能逐步變強(qiáng)，才能實(shí)現(xiàn)突圍，真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。