陶瓷原料生產(chǎn)節(jié)能新技術(shù)探討

陳云峰

（清遠(yuǎn)市簡(jiǎn)一陶瓷有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

陶瓷工業(yè)有著悠久的歷史，但作為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，我國(guó)現(xiàn)代陶瓷工業(yè)在改革開(kāi)放后開(kāi)始發(fā)展。雖然起步較晚，但經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代陶瓷工業(yè)只有在總產(chǎn)量上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。除滿足國(guó)內(nèi)需求外，還大量出口國(guó)外，在世界陶瓷市場(chǎng)占有很大份額。雖然近年來(lái)取得了很快的發(fā)展，但仍存在許多問(wèn)題，最突出的問(wèn)題是，我們所處的行業(yè)仍然是高耗能、高資源，發(fā)展這個(gè)行業(yè)往往會(huì)增加能源、環(huán)境和資源的負(fù)擔(dān)，對(duì)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展會(huì)起到副作用。

1 我國(guó)陶瓷原料生產(chǎn)過(guò)程中的耗能現(xiàn)狀

幾十年來(lái)，陶瓷生產(chǎn)量在不斷增加，我們打算出口到國(guó)外市場(chǎng)。在這里這個(gè)過(guò)程也消耗了大量的制作陶瓷需要的資源。隨著時(shí)間的轉(zhuǎn)移資源不斷減少，陶瓷產(chǎn)業(yè)的在發(fā)展方面也面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著陶瓷產(chǎn)量的增加，能源消耗也會(huì)消耗很快。雖然中國(guó)陶瓷產(chǎn)量很大，世界產(chǎn)量也在逐年增長(zhǎng)，但原料生產(chǎn)和燒瓷等步驟都需要消耗大量能源。而近年來(lái)，陶瓷行業(yè)數(shù)量大、能耗高但缺少精品，同時(shí)工業(yè)廢氣、廢水的排放量也越來(lái)越大，與國(guó)家的“青山綠水”計(jì)劃相違背。根據(jù)我們的調(diào)查研究，目前陶瓷制品的生產(chǎn)工藝僅采用焚燒和干燥這兩個(gè)項(xiàng)目就需要耗費(fèi)總能量的80%，同時(shí)在燒制過(guò)程中排放的含氮廢氣物也是空氣污染的重要來(lái)源?；谶@些現(xiàn)狀，在陶瓷原料生產(chǎn)中提高節(jié)能新技術(shù)刻不容緩，這也是當(dāng)前中國(guó)工業(yè)發(fā)展必須解決的問(wèn)題之一。

2 陶瓷原料生產(chǎn)特點(diǎn)

2.1 陶瓷原料生產(chǎn)是高能耗、高污染的行業(yè)

在日本，陶瓷行業(yè)被稱為“熔爐工業(yè)”，因?yàn)樗鼰o(wú)法處理沒(méi)有焚化的燃料。因此，這是一個(gè)消耗能源和資源的行業(yè)，也是一個(gè)需要清空“三廢”的行業(yè)。陶瓷原料對(duì)環(huán)境的影響；它需要來(lái)自大自然的原材料和能源，這一能源和材料消耗的速度是非?？斓?。天然氣、廢水和固體廢物幾乎被直接排放或者丟棄，上述瓷磚企業(yè)的日能源消耗總量相當(dāng)于燃燒2300 萬(wàn)t 煤，每天產(chǎn)生的CO2約4100 萬(wàn)t、SO2約46 萬(wàn)t、NOx約58 萬(wàn)t。

2.2 陶瓷原料生產(chǎn)窯中燃燒及熱利用特點(diǎn)

現(xiàn)代陶瓷原料生產(chǎn)中使用的大多數(shù)爐子都采用了清潔氣體燃料和明火燃燒。在過(guò)去的二十年中，陶瓷工業(yè)爐雖然在熱效率和熱利用率方面得到了改善，但自從使用陶瓷工業(yè)窯爐以來(lái)我國(guó)與國(guó)外同行業(yè)相對(duì)差距較為明顯，其中我國(guó)10%～15%為熱效率隧道窯、35%～40%為建筑石磨。陶瓷爐不僅是燃燒設(shè)備與傳熱設(shè)備，同樣也是提升燃燒效率和傳熱效率的重要因素。

3 陶瓷原料生產(chǎn)節(jié)能新技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

3.1 大型連續(xù)球磨機(jī)及粉磨設(shè)備的實(shí)施與推廣

球磨機(jī)廣泛應(yīng)用于陶瓷行業(yè)，是必不可少的生產(chǎn)設(shè)備之一。磨機(jī)一般功率大，運(yùn)行效率低，是陶瓷生產(chǎn)行業(yè)中最重要的用電設(shè)備。據(jù)有關(guān)報(bào)道表明，球磨機(jī)的耗電量約占生產(chǎn)線總耗電量的45%，占原料加工能力消耗的85%，合占總成本的8%～10%，因此，利用球磨機(jī)的節(jié)能效果對(duì)陶瓷企業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的。

研究表明，使用高噸位球磨機(jī)和變頻器控制有助于節(jié)約能源。發(fā)現(xiàn)變頻器調(diào)速，球磨機(jī)工作速度最佳，可提高球磨機(jī)的粉磨效率，節(jié)電10%～30%，與交替球磨機(jī)相比，采用連續(xù)大噸位球磨機(jī)進(jìn)行精磨，產(chǎn)量可提高10 倍以上，與交替球磨機(jī)相比，可節(jié)省15%和30%的能源消耗，且易制成濃漿，它可以節(jié)省大量的能源，以地磚和地磚的年產(chǎn)量計(jì)算，全年需求25 億kW，每年可節(jié)約日用陶瓷100 億件，衛(wèi)生潔具5500 萬(wàn)臺(tái)電能。而且它使用橡膠襯里球磨機(jī)：通過(guò)降低球磨機(jī)的負(fù)荷可以提高總產(chǎn)量40%，并且使得單位產(chǎn)品電耗減少達(dá)到20%。在不同的工藝配方的泥漿中添加適當(dāng)?shù)闹p水劑，并且料、球、水的比例進(jìn)行合理制定，可以有效地提升球磨機(jī)效率。球磨時(shí)，采用氧化鋁球，不但可以省時(shí)還可以節(jié)能。

3.2 干法造粒工藝及相應(yīng)設(shè)備的研究及開(kāi)發(fā)

球磨加工與噴霧干燥等復(fù)雜工藝工序可以通過(guò)干法制粉的方式進(jìn)行縮減，節(jié)省大量能源和人力。在節(jié)能減排方面，這是一個(gè)非常大的發(fā)展前景，完全符合行業(yè)未來(lái)發(fā)展的需要。干法造粒技術(shù)，即使在20 世紀(jì)八九十年代已經(jīng)做了大量的研究，但到目前為止干法造粒技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都失敗了，國(guó)內(nèi)大部分超表面制粉設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)或模仿，自主創(chuàng)新缺席。這主要表現(xiàn)在間歇過(guò)程、單機(jī)出力小、能耗高、粒度分布不均勻等方面。粉末后處理，尤其是在陶瓷行業(yè)，研究較少。到目前為止，主要采用球磨工藝。鋼球生產(chǎn)的粉末粒度粗，生產(chǎn)過(guò)程間歇，能耗高，污染重。如何為這個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)使用新技術(shù)和新設(shè)備顯得特別重要。干法造粒有巨大的發(fā)展前景，但技術(shù)的增長(zhǎng)也是較為困難的。若是僅僅依托于陶瓷公司解決技術(shù)難題，很難對(duì)已有的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行突破。有必要更多地依靠行業(yè)的科研機(jī)構(gòu)和設(shè)備制造商來(lái)推動(dòng)干法制粒工藝的產(chǎn)業(yè)化。

3.3 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

我國(guó)陶瓷生產(chǎn)歷史悠久，但對(duì)于傳統(tǒng)陶瓷原料而言，其生產(chǎn)技術(shù)還是相當(dāng)落后。統(tǒng)計(jì)據(jù)發(fā)改委統(tǒng)計(jì)，陶瓷產(chǎn)品每年消耗礦產(chǎn)原料1.2 億t 以上，許多地方發(fā)生了陶瓷原料枯竭的狀況。這種形勢(shì)的演變迫切需要有新的陶瓷原料資源，徹底利用一些劣質(zhì)原料和工業(yè)廢料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)陶瓷廢棄物年產(chǎn)量約1000 萬(wàn)t，陶瓷廢棄物的堆積不僅影響占地，還影響空氣質(zhì)量?？茖W(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多利用這些陶瓷廢料的產(chǎn)品，例如，通過(guò)使用陶瓷廢料作為填料來(lái)制備透水磚；使用陶瓷拋光磚生產(chǎn)未燒陶瓷制品和輕質(zhì)隔熱陶瓷磚；使用陶瓷廢料作為基本原料，與水泥和高強(qiáng)度黏合劑一起制備未燒矩形磚；利用陶瓷廢料生產(chǎn)的陶瓷材料具有輕質(zhì)、耐腐蝕、抗凍、抗震、隔熱、隔音、防潮等功能，可少量用于混凝土和墻體保溫。這些措施不僅僅是為了保護(hù)環(huán)境，同樣是為了資源的循環(huán)利用，并且可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)能源和減少減排放的目的。

3.4 提高生產(chǎn)自動(dòng)化及管理水平

自動(dòng)控制技術(shù)是一種高效節(jié)能的方法，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。主要用于自動(dòng)爐子控制，使窯爐的調(diào)節(jié)控制更加精確，對(duì)節(jié)省能源、這對(duì)于穩(wěn)定燃燒過(guò)程和提高燃燒質(zhì)量是非常有用的。同時(shí)也為優(yōu)化爐況提供了可靠的數(shù)據(jù)訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)表明微復(fù)雜控制系統(tǒng)已被接受，該窯工作的狀況可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且可以通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)控制燃燒過(guò)剩的空氣系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)降低不完全燃燒燃料與廢氣傳熱的目的；通過(guò)降低氣體的熱量來(lái)降低燃燒時(shí)間，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，降低能耗能源消耗。表明燃料損耗增加了3%，廢氣中易燃成分的數(shù)量增加1%，如果可接受微型復(fù)雜或儀表微機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制，可節(jié)約0%～5%的能源。

4 節(jié)能減排的措施

4.1 實(shí)現(xiàn)陶瓷原料的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化生產(chǎn)

了解陶瓷原料的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可以充分利用資源，節(jié)約成本能量。具有以下優(yōu)點(diǎn)：原材料的有效利用主要通過(guò)促進(jìn)原材料的系統(tǒng)化和專業(yè)化等方面來(lái)提升，并且改善了原材料的來(lái)源，提高了原材料的應(yīng)用范圍與化學(xué)穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品的質(zhì)量；節(jié)約建設(shè)車(chē)間成本，將分散性易于間斷改進(jìn)，便于連續(xù)處理集中專業(yè)原料處理，提高了設(shè)備的有效利用率；這減少了工廠的原材料儲(chǔ)備，節(jié)省了生產(chǎn)場(chǎng)地的投資，減少了因以上原因造成的城市揚(yáng)塵和噪聲污染。

4.2 積極開(kāi)發(fā)低溫快燒原料

在陶瓷的燒紙中，窯內(nèi)溫度越高所需要的溫度越高。實(shí)踐可得，當(dāng)窯內(nèi)溫度減少100℃，則每件產(chǎn)品的熱量可減少10%以上、時(shí)間縮短10%、產(chǎn)量增加10%、熱耗降低4%。由此可知，就節(jié)能而言，燃燒溫度的降低低于陶瓷制品是非常重要的。低溫快速燃燒過(guò)程的保證對(duì)于陶瓷制品低溫燃燒來(lái)說(shuō)是極其重要的一環(huán)。某廠通過(guò)添加低品質(zhì)原料，使拋光磚的燒成溫度降低到980℃，能耗降低28%?，F(xiàn)在不同國(guó)家成立的陶瓷研究機(jī)構(gòu)已成功篩選出幾種低溫陶瓷原料和低溫液體原料。目前可利用的材料的有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母、葉蠟石等。

5 結(jié)語(yǔ)

“十二五”規(guī)劃一旦完成，整個(gè)陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，取得進(jìn)步，但仍將面臨新的挑戰(zhàn)陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能方面有了更高的要求。陶瓷原材料的生產(chǎn)需要進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新，節(jié)能減排，最終實(shí)現(xiàn)資源、能源、環(huán)境和企業(yè)效益的平衡。在未來(lái)，可以與國(guó)際高水平相比，讓陶瓷產(chǎn)業(yè)保持綠色健康發(fā)展。