建筑陶瓷干法制粉清潔化生產(chǎn)技術(shù)*

康建喜 陶曉文 劉 純

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

前言

傳統(tǒng)濕法制粉是將原料、球石、水按照一定的比例，在球磨機(jī)里研磨成一定含水量的泥漿，符合工藝要求的泥漿由陶瓷柱塞泵送入噴霧干燥塔內(nèi)霧化、干燥， 成為含水量5%～7%的顆粒粉料。干法制粉工藝是將原料按照工藝配方要求進(jìn)行粉磨， 滿足粉磨工藝要求的細(xì)粉經(jīng)增濕、造粒，形成含水量約10%～12%的粉料顆粒，經(jīng)干燥，得到含水量合適的粉料。

濕法制粉的主要設(shè)備為噴霧干燥塔，其造粒原理是泥漿在高壓力作用下， 霧化器將其霧化成適度細(xì)小的霧滴，霧滴在表面張力的作用下形成球狀，熱空氣(或其它氣體)與霧滴經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的直接接觸，實(shí)現(xiàn)熱交換，熱空氣帶走霧滴中的水分，從而形成空心球狀的粉料。該工藝雖然具有連續(xù)、操作簡(jiǎn)單靈活、適應(yīng)于大工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但該工藝制備粉料時(shí)，蒸發(fā)大量的水分(大約30%的水分)，需要消耗大量的熱能，排放大量的NOX、SO2、CO2及煙塵廢氣，從而導(dǎo)致巨大的能源浪費(fèi)、資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，這是建筑陶瓷行業(yè)成為高能耗、高污染行業(yè)的主要原因之一。原料制備工序能耗大約占整個(gè)陶瓷磚生產(chǎn)工藝能耗的35%～40%。

隨著建筑陶瓷行業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)陶瓷磚產(chǎn)量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一，但同時(shí)也存在資源、能源的大量消耗與“三廢”(廢氣，廢水，廢渣)排放之間的矛盾。盡管干法制粉技術(shù)與傳統(tǒng)的濕法制粉技術(shù)相比較，在大幅削減煙氣排放，節(jié)電、節(jié)水、節(jié)能等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是很多廠家采用此項(xiàng)技術(shù)時(shí)，仍然存在著粉磨效率低、造粒效果差、制粉車間粉塵大等問(wèn)題。筆者針對(duì)干法制粉在建筑陶瓷行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)、清潔化制粉技術(shù)等方面進(jìn)行綜述。

1 干法制粉清潔化工藝技術(shù)

干法制粉清潔化技術(shù)是指在陶瓷粉料的制備過(guò)程中，通過(guò)采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，包括原料均化、高效節(jié)能的粉磨系統(tǒng)、粉料造粒系統(tǒng)、粉料干燥系統(tǒng)、粉塵的捕集系統(tǒng)等工藝技術(shù)。同時(shí)加強(qiáng)粉料質(zhì)量控制管理，合理使用資源和能源、在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的條件下充分利用一切可利用的廢棄物，提高資源和能源的利用效率，減少或者避免污染物產(chǎn)生，降低制粉過(guò)程中粉塵與煙氣污染物的排放量，粉料性能與質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，并在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人類和環(huán)境無(wú)毒無(wú)害。

1.1 陶瓷干法原料的粉磨技術(shù)

陶瓷原料粉磨是陶瓷干法制粉中耗電最多的環(huán)節(jié)，它的節(jié)能、可靠穩(wěn)定成為陶瓷干法制粉工藝中的重要因素，因此干法粉磨機(jī)成為陶瓷干法制粉中的關(guān)鍵設(shè)備之一。最早陶瓷干法原料磨機(jī)采用礦山研磨設(shè)備-雷蒙磨機(jī)，但因其產(chǎn)量小、研磨介質(zhì)損耗大、壽命短，并且會(huì)帶入大量的鐵質(zhì)污染，維修費(fèi)用高，且難以達(dá)到原料工藝及要求的細(xì)度，難以推廣應(yīng)用。而水泥行業(yè)原有的立式磨機(jī)則因?yàn)楫a(chǎn)量太大、裝機(jī)功率太大、能耗高、一次性投資大，也難以在建筑陶瓷行業(yè)推廣應(yīng)用。近年來(lái)，隨著新型干法陶瓷制粉技術(shù)的發(fā)展，為了提高粉磨效率、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益，陶瓷干法粉磨設(shè)備在直接引用水泥行業(yè)煤粉機(jī)的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行著改進(jìn)和發(fā)展。

1.1.1 陶瓷原料的預(yù)粉碎混合工藝技術(shù)

對(duì)于陶瓷行業(yè)而言，目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的原料配方體系，盡管每家陶瓷企業(yè)常用的原料均為為粘土、石英、長(zhǎng)石類等原料，但各家具有較大區(qū)別。相較于水泥行業(yè)而言，陶瓷原料的成分較多，原料的硬度大且差距大，含水率比較高。要使陶瓷粉磨效率提升，并保證原料配方成分的穩(wěn)定性，就必須依據(jù)不同原料配方，制定不同的預(yù)粉碎、預(yù)混合工藝，使其滿足陶瓷立磨的粉磨工藝，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、穩(wěn)定化的粉磨要求。

1.1.2 新型陶瓷立式磨機(jī)的粉磨工藝技術(shù)

針對(duì)陶瓷原料配方的多樣性，制定陶瓷立磨的粉磨工藝。為提高在粉磨過(guò)程中的粉磨效率，可將配方中不同硬度原料細(xì)度控制在一定的范圍內(nèi)，使其在粉磨中可起到相互助磨的效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粉磨效率提升；在磨機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)循環(huán)熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，使得原料水分適應(yīng)陶瓷立式粉磨工藝；設(shè)計(jì)新型的磨輥結(jié)構(gòu)，探索陶瓷立磨磨輥與磨盤(pán)的合理相對(duì)轉(zhuǎn)速，適應(yīng)陶瓷粉磨工藝要求。

采用新型襯板，改善磨機(jī)部件及研磨件材質(zhì)。目前陶瓷立磨常用的襯板有壓條式凸接、達(dá)凸波形、曲面環(huán)向階梯、錐面分級(jí)、螺旋凸棱形分級(jí)、角螺旋分級(jí)、圓角方形、環(huán)溝、橡膠、無(wú)螺旋襯板等。在改善易磨部件及研磨體材質(zhì)方面，日益廣泛地采用各種合金鋼材料，提高耐磨性能，降低磨耗率，提高部件及研磨體使用壽命。

研制陶瓷立磨助磨劑，提高粉磨效率。助磨劑能夠消除陶瓷粉磨時(shí)物料結(jié)塊和物料粘糊研磨體及襯板的弊端，改善粉磨作用，有效地提高粉磨效率。

1.2 陶瓷干法制粉造粒工藝技術(shù)

干法制粉造粒工藝有多種方式，但其成形機(jī)理基本相同，均是通過(guò)高壓霧化水與干法粉磨后，達(dá)到工藝細(xì)度要求的粉料經(jīng)過(guò)一段時(shí)間接觸，以濕化液核的表面張力吸附、團(tuán)聚干細(xì)粉，同時(shí)粉料與霧化的增濕液核充分接觸，不斷包裹液核，經(jīng)過(guò)碰撞、成核、團(tuán)聚形成了一次造粒粉料。但是一次造粒顆粒整體較疏松，粒徑較小，必須再通過(guò)整粒機(jī)進(jìn)行二次整粒，即通過(guò)外界機(jī)械力的強(qiáng)化、整合、優(yōu)化，形成實(shí)心、表面相對(duì)光滑的顆粒。由成形機(jī)理可看出，影響干法制粉粉料質(zhì)量的因素有：霧化液滴和干粉的粒徑、干粉與霧化液滴的接觸程度以及造粒機(jī)的強(qiáng)化作用等。越細(xì)的干粉與霧滴充分接觸后形成的顆粒也會(huì)越小，這就避免了大顆粒的產(chǎn)生，同時(shí)有利于干粉與霧化液滴充分接觸，提高粉料成粒率，避免干粉的浪費(fèi)。在該工藝過(guò)程中，為使得霧化水與粉料充分接觸，得到更多的顆粒料，一般都會(huì)采取過(guò)濕造粒，即粉料的含水率一般都高于實(shí)際壓制成形需要粉料的含水率，在工藝上就需要將這部分水分干燥，需要一部分熱空氣。即使這樣，相比傳統(tǒng)的濕法制粉而言，整個(gè)制粉過(guò)程中因干燥的是過(guò)濕的水分，需要的熱量極其少，這樣排放的煙氣相比傳統(tǒng)濕法制粉也是非常少的，甚至有些工藝設(shè)計(jì)當(dāng)中，會(huì)利用煙氣的余熱來(lái)干燥過(guò)濕的粉料，這樣在整個(gè)制粉過(guò)程中既可實(shí)現(xiàn)基本無(wú)煙氣排放，又可實(shí)現(xiàn)無(wú)燃燒清潔制粉。并且該工藝為短流程工藝，制粉工藝過(guò)程中大幅度節(jié)電節(jié)能。

1.3 干法制粉粉料的干燥技術(shù)

在目前各種類型干法制粉工藝設(shè)計(jì)中，為了使得霧化水能夠充分的濕化細(xì)粉，實(shí)現(xiàn)較好的造粒效果，一般都會(huì)使得造粒粉料的原始水分大于成形工藝所需粉料的水分，在工藝設(shè)計(jì)上，就要對(duì)造粒的過(guò)濕粉料進(jìn)行干燥。

干燥熱源的供應(yīng)。在現(xiàn)有的干法制粉粉料的干燥當(dāng)中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的熱源，來(lái)為過(guò)濕的粉料進(jìn)行干燥，這部分需要的熱量相比傳統(tǒng)濕法制粉而言，需要的熱量極其少，它的功能只是將含水率10%～12%的粉料干燥到含水率6%～8%。對(duì)于余熱比較富裕的陶瓷廠，在素坯干燥后還有剩余的熱量，則將這部分余熱引至粉料干燥處，對(duì)過(guò)濕的粉料進(jìn)行干燥，實(shí)現(xiàn)余熱利用的最大化，實(shí)現(xiàn)無(wú)燃燒粉料制備。如果這部分煙氣的余熱不足以干燥粉料，則要配一部分獨(dú)立的熱源作為補(bǔ)充，來(lái)實(shí)現(xiàn)粉料的干燥。

干燥的方式。對(duì)于過(guò)濕粉料的干燥，普遍采用振動(dòng)流化床的方式來(lái)進(jìn)行干燥。新型搖擺式振動(dòng)流化床干燥采用特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、曲軸式凸輪回轉(zhuǎn)組件、拉桿驅(qū)動(dòng)組件、振動(dòng)梁、壓縮空氣橡膠彈簧組尼、變頻器等組成；振動(dòng)流化床設(shè)備在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下產(chǎn)生振動(dòng)，設(shè)備和物料層被抬起，這樣床子每抬起一下，就會(huì)產(chǎn)生向前和向上的分解運(yùn)動(dòng)，對(duì)物料的作用是向上拋起和向前驅(qū)動(dòng)。通過(guò)這個(gè)運(yùn)動(dòng)，可以確保粉料在床子內(nèi)的理想輸送運(yùn)動(dòng)，避免了有些顆粒由于返混而干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致熱過(guò)敏。

新型振動(dòng)流化床干燥可在高度方向的振幅將整體的物料層均勻地拋起足夠的高度，這樣瞬間穿過(guò)床板的空氣，能迅速輕易地在整個(gè)物料層底部充分布滿分布，因此該設(shè)備能夠?qū)⒉蝗菀琢骰募?xì)粉、細(xì)顆粒物料充分的流化，而且流化度高。流化度的提高大大強(qiáng)化了干燥強(qiáng)度，而低開(kāi)孔率又能夠大大降低氣流夾帶，降低尾氣中粉塵量。

新型振動(dòng)流化床干燥可以確保對(duì)產(chǎn)品干燥時(shí)間進(jìn)行非常精確的控制，使排出的物料溫度、含濕量非常均勻，產(chǎn)品沒(méi)有燒結(jié)、損壞、過(guò)熱現(xiàn)象。具有節(jié)能降耗、設(shè)備效率高、單臺(tái)產(chǎn)量大、可靠穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)精確的工藝控制。

1.4 干法制粉車間的粉塵捕集技術(shù)

陶瓷干法粉料制備技術(shù)相比陶瓷濕法粉料制備技術(shù)而言，具有節(jié)電、節(jié)水、節(jié)能等特點(diǎn)，并且在粉料的制備過(guò)程中大幅度減少干燥的熱量、大幅度減少煙氣的排放，具有減排環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)。但是在干法粉料制備過(guò)程中，從原料的加入一直到粉料的陳腐，整個(gè)過(guò)程中基本上均是陶瓷的干粉料在流動(dòng)，如果對(duì)制粉系統(tǒng)的除塵設(shè)計(jì)不合理，粉料輸送設(shè)備選擇不合適，系統(tǒng)的除塵設(shè)施不得當(dāng)，就會(huì)造成系統(tǒng)的揚(yáng)塵點(diǎn)增多、制粉車間的工作環(huán)境惡化，同時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。

1.4.1 干法制粉工序除塵的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國(guó)家環(huán)保部對(duì)于制粉車間的粉塵濃度限額為6 mg/m3(水泥行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn))，現(xiàn)有陶瓷干法制粉車間盡管做的很好，但是基本上都缺乏系統(tǒng)的除塵設(shè)計(jì)，往往是缺哪加哪，并沒(méi)有用干法的思維來(lái)做系統(tǒng)除塵設(shè)計(jì)。

針對(duì)于陶瓷行業(yè)原料的特性，首先要從源頭開(kāi)始，做好工藝設(shè)計(jì)，減少揚(yáng)塵點(diǎn)，樹(shù)立“凡有揚(yáng)塵，就必除塵”的思維，盡最大可能實(shí)行密封輸送，參照水泥行業(yè)現(xiàn)有的成熟經(jīng)驗(yàn)，采用成熟、先進(jìn)、合理的處理工藝，在投資、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保之間取得平衡，并具備適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，做好系統(tǒng)的除塵設(shè)計(jì)。

1.4.2 采取適用、有效的工藝控制措施

選擇揚(yáng)塵少的設(shè)備，陶瓷原料、粉料采取螺旋輸送、空氣斜槽、提升機(jī)等密閉式輸送設(shè)備；對(duì)于需皮帶機(jī)輸送的物料盡量降低物料落差，采用密閉輸送，減少粉塵外逸；原料、粉料儲(chǔ)存采用密閉圓庫(kù)，廠內(nèi)物料的裝卸、倒運(yùn)及物料的露天堆場(chǎng)等處，考慮噴水增濕或其他措施，減少揚(yáng)塵。

1.4.3 提升陶瓷干法制粉車間智能、自動(dòng)化的水平

作為一個(gè)粉料的制備車間，無(wú)論采取多少措施都難免不會(huì)排放一些粉塵。隨著各項(xiàng)控制技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)環(huán)保意識(shí)和自動(dòng)化水平的提升，陶瓷干法制粉車間一定會(huì)實(shí)現(xiàn)正常工作時(shí)車間無(wú)人化操作，工人大部分時(shí)間在室內(nèi)作業(yè)，各生產(chǎn)工序設(shè)置有隔離的值班室。在辦公室電腦上完成各項(xiàng)操作，實(shí)現(xiàn)制粉車間無(wú)人化生產(chǎn)。

2 干法制粉工藝應(yīng)用前景

從國(guó)內(nèi)20世紀(jì)90年代開(kāi)始，咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院把干法制粉工藝與裝備結(jié)合，通過(guò)借鑒國(guó)外技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)始研究陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術(shù)。相繼研發(fā)出了不同機(jī)理的干法制粉設(shè)備，如WZ2500型、WZ3000型臥式造粒機(jī)、LZ -1700型立式造粒機(jī)等系列設(shè)備。20世紀(jì)90年代中期，咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院又開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)與大噸位自動(dòng)壓磚機(jī)配套的增濕造粒干法制粉生產(chǎn)線，并相繼研發(fā)出了新型輥筒式造粒機(jī)和振動(dòng)流化干燥床。近年來(lái)，我國(guó)各陶瓷研究單位相繼進(jìn)行了新一輪的干法制粉工藝及設(shè)備開(kāi)發(fā)。2012年，義科節(jié)能研發(fā)的第一條干法制粉中試生產(chǎn)線在淄博投產(chǎn)。2013年，義科節(jié)能的“陶瓷干法制粉工藝及其裝備”通過(guò)了山東省科技廳組織的專家鑒定。2014年佛山市博暉機(jī)電有限公司與LB公司聯(lián)手打造的山東東鵬陶瓷干法制粉示范生產(chǎn)線投產(chǎn)。2016年，咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院承擔(dān)的國(guó)家的“十二五”科技支撐課題“陶瓷磚新型干法短流程工藝關(guān)鍵技術(shù)與示范”通過(guò)了中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)組織的專家驗(yàn)收。

干法制粉工藝替代濕法制粉工藝，可節(jié)約電耗20%，節(jié)約熱耗65%，節(jié)約水耗80%。在節(jié)省大量的資源和能耗的同時(shí)，能顯著降低產(chǎn)品成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，這是推動(dòng)陶瓷企業(yè)實(shí)施干法制粉工藝的內(nèi)在動(dòng)力。同時(shí)，近年來(lái)隨著國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)保政策的調(diào)整，環(huán)保要求的提高，建筑陶瓷行業(yè)作為高能耗企業(yè)，節(jié)能降耗壓力巨大，節(jié)能減排政策的驅(qū)使成為干法制粉工藝外在的推動(dòng)力。因此，干法制粉工藝在建筑陶瓷行業(yè)的推廣應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷工業(yè)的綠色制造，實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，其推廣應(yīng)用前景較好。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑陶瓷干法制粉技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì)，其發(fā)展前景一定是廣闊的，而清潔化生產(chǎn)技術(shù)將是其發(fā)展的重要保證。在陶瓷干法清潔化技術(shù)發(fā)展的道路上，社會(huì)、企業(yè)、員工都要重視清潔化技術(shù)，并逐步落實(shí)、完善、發(fā)展好干法制粉清潔化技術(shù)，使干法制粉清潔化技術(shù)能更加廣泛地應(yīng)用于建筑陶瓷行業(yè)，實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷工業(yè)的綠色制造。