一種陶瓷硬質(zhì)原料的節(jié)能預(yù)處理工藝

霍建榮　胡迅　田國(guó)權(quán)　韋中劍　辛雷　葉祥

摘 要：本文介紹了建筑陶瓷坯料加工環(huán)節(jié)中硬質(zhì)料預(yù)處理工藝的產(chǎn)生背景和原理，并從實(shí)際應(yīng)用的角度詳細(xì)闡述了硬質(zhì)料預(yù)處理工藝的操作流程。最后通過(guò)數(shù)據(jù)分析表明，該工藝的實(shí)施可提升配方設(shè)計(jì)的便利性和性能的穩(wěn)定性，在節(jié)能降耗方面也具有顯著優(yōu)勢(shì)，在建筑陶瓷行業(yè)具有重要的推廣意義。

關(guān)鍵詞：坯料加工;硬質(zhì)料預(yù)處理;節(jié)能降耗

1 前言

近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)制造業(yè)碳排放的要求越來(lái)越嚴(yán)格，建筑陶瓷行業(yè)也掀起了一次又一次的技術(shù)革命，節(jié)能降耗更是建陶企業(yè)降本增效的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。而建陶產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，坯料加工是一個(gè)關(guān)鍵的工序，也是用電量較大的一個(gè)工序。因此該工序的節(jié)能是企業(yè)重點(diǎn)需要關(guān)注的。

傳統(tǒng)的坯料加工一般是將泥、沙、石、水、添加劑等原料，按一定比例同時(shí)加入間歇式球磨機(jī)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的球磨（以40t間歇式球磨機(jī)為例，球磨時(shí)間一般為13-16h），再取樣對(duì)漿料進(jìn)行性能檢測(cè)，細(xì)度達(dá)標(biāo)（漿料細(xì)度一般控制在250目篩余0.8%-1.2%）后放漿，再進(jìn)行下一批次漿料的加工。這種加工方式的特點(diǎn)是：加工時(shí)間長(zhǎng)、電耗大，不適合分時(shí)段錯(cuò)峰用電的要求，因此不利于企業(yè)的節(jié)能。

2硬質(zhì)料預(yù)處理工藝

建陶產(chǎn)品坯用原料主要分為泥、沙、石等幾類關(guān)鍵材料。泥類原料具有一定的可塑性，屬于軟質(zhì)材料，粒徑很細(xì)（一般小于250目篩孔），其參加球磨的主要目的是將塊狀的泥分散后和沙、石等原料均化。沙類原料根據(jù)熔點(diǎn)或化學(xué)組成可分為高溫沙、鉀沙、鈉沙等種類，沙的硬度較小，屬于半風(fēng)化原料，粒徑較細(xì)（一般小于10目篩孔）。該類原料參與球磨的主要目的是進(jìn)一步細(xì)磨后和其它原料均化。石粉類硬質(zhì)原料是陶瓷生產(chǎn)必不可少的一類材料，主要有鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、硅灰石等。這種材料的莫氏硬度一般為3～8。坯用石粉類硬質(zhì)原料在礦山進(jìn)行開(kāi)采和粗加工后，進(jìn)入陶瓷廠時(shí)直徑一般為 5 ～ 20 mm。如果直接進(jìn)入球磨機(jī)加工，則需要較長(zhǎng)時(shí)間才能細(xì)碎，影響球磨效率，如果產(chǎn)生積沙還會(huì)造成漿料化學(xué)成分波動(dòng)。因此，對(duì)粒徑大、硬度高的石粉在球磨之前進(jìn)行預(yù)處理是很有必要的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，如果將石粉類硬質(zhì)料處理為12目（～1.4mm）以下，再與泥沙類原料同時(shí)入球，其球磨效率可以顯著提高，化學(xué)成分也與理論配方設(shè)計(jì)成分接近。

以某坯料配方為例，其配方化學(xué)組成如表1所示。相對(duì)應(yīng)的配方原料組成：泥：20%～30%、鉀沙：15%～25%、鉀鈉石粉：15%～25%、鈉長(zhǎng)石：15%～25%、滑石：2%～4%。

相關(guān)原材料的化學(xué)組成和物理性能如表2所示。從表2可以看出：廢瓷粉、慶源石粉、創(chuàng)榮石粉、陸高石粉、騰縣石粉、金嶺石粉，都屬于硬質(zhì)原料，而且粒徑較大。為了提升球磨效率，節(jié)約球磨時(shí)間，需對(duì)該類石粉進(jìn)行預(yù)細(xì)碎處理。

硬質(zhì)原料的預(yù)處理流程：

（1）單獨(dú)細(xì)碎堆放，即：每種原料單獨(dú)破碎，單獨(dú)堆放。其特點(diǎn)是每種原料單獨(dú)細(xì)碎堆放，便于配方的調(diào)整，配料的精確度高;但原料的堆放點(diǎn)多，單一原料獨(dú)立破碎，耗時(shí)較長(zhǎng)。

（2）硬質(zhì)料的綜合破碎，即：根據(jù)某個(gè)配方比例，將多種硬質(zhì)料按比例計(jì)算成一個(gè)小配方，再混合破碎形成一個(gè)綜合料堆，細(xì)碎后的綜合料再和其他的泥、沙等材料，按比例配料入球。其特點(diǎn)是，使用的綜合能耗低，節(jié)約時(shí)間，部分原料提前均化，減少堆料場(chǎng)地，適合于產(chǎn)量大的單品種配方。本文重點(diǎn)介紹硬質(zhì)料的綜合破碎工藝。

從表2和表3可以看出，需預(yù)處理的硬質(zhì)料為：廢瓷粉、慶源石粉、創(chuàng)榮石粉、陸高石粉、藤縣石粉、金嶺石粉，需預(yù)處理的石粉占干料配方的45% 。

硬質(zhì)料綜合破碎小配方的計(jì)算：（計(jì)算數(shù)據(jù)以表3為例）

（1）根據(jù)已知的干料配比和濕料含水率，分別計(jì)算各種濕料配比;

例：慶源石粉的濕料占比：15.4÷（100-6）×100%=16.38%

（2）計(jì)算各種單一濕料占綜合小配方（濕料）的比例;

例：慶源石粉：16.38÷48.43×100%=33.82%

（3）按50t濕料/次計(jì)算各種石粉的配料量;

例：慶源石粉：50×33.82%=16.91（噸）

（4）計(jì)算出的各種預(yù)處理濕料配比（如表4所示）。

3硬質(zhì)料預(yù)處理設(shè)備的選擇

考慮到硬質(zhì)料的特點(diǎn)和本公司對(duì)原料加工的要求，最終選擇了一種“立式磨”為硬質(zhì)料的預(yù)碎設(shè)備。它屬于料床擠壓加工方式，其優(yōu)點(diǎn)在于加工系統(tǒng)的有用功較大，機(jī)械效率更高。

立式磨系統(tǒng)可以有效避免物料在初始粉碎階段消耗較大能量，同時(shí)還可以顯著縮短物料球磨的時(shí)間，處理后的成品物料顆粒級(jí)配更加均勻合理。立式磨系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

立式磨對(duì)物料水分的要求是進(jìn)入立式磨加工的硬質(zhì)料，原料含水率要求一般小于8%。如果原料含水率太大，容易堵塞出料篩網(wǎng)，影響加工效率，較小的原料含水率可大幅提升加工效率。需要注意的是，當(dāng)原料含水率小于2%時(shí)，會(huì)在預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生部分揚(yáng)塵，需做好除塵措施。

從表6可以看出，立式磨的出口過(guò)篩目數(shù)，對(duì)立式磨的加工產(chǎn)量有一定的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般可將過(guò)篩目數(shù)選定為8目。

經(jīng)過(guò)上述立式磨系統(tǒng)處理后的硬質(zhì)物料，可有效控制其粒徑上限在8目篩以下，且具有一定的顆粒級(jí)配，同時(shí)起到原料均化的作用。在后期配料過(guò)程中，通過(guò)8目篩的預(yù)破碎硬質(zhì)料經(jīng)料倉(cāng)1-10組成的平鋪直取智能均化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)多倉(cāng)儲(chǔ)料，配料方式也更加科學(xué)合理。按某種實(shí)際硬質(zhì)石粒，對(duì)立式磨處理后進(jìn)入料倉(cāng)的物料取樣進(jìn)行顆粒級(jí)配檢測(cè)，相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)如表7所示。

從表7可以看出，立式磨系統(tǒng)的材料預(yù)粉碎效果極佳，100目下的細(xì)粉占比達(dá)到10%以上，各測(cè)試目數(shù)范圍的占比均衡，可有效提高后續(xù)球磨的效率。

將坯料配方中的硬質(zhì)原料通過(guò)立式磨系統(tǒng)處理后的成品物料作為一種新的綜合材料計(jì)入配方。對(duì)該綜合材料進(jìn)行取樣檢測(cè)相應(yīng)的綜合化學(xué)組成，并與按單一硬質(zhì)原料的化學(xué)組成及配比進(jìn)行計(jì)算的理論化學(xué)組分進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)如表8所示。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，理論計(jì)算的綜合成品物料化學(xué)組成與實(shí)際檢測(cè)的數(shù)據(jù)誤差在配方設(shè)計(jì)的允許范圍內(nèi)。而且經(jīng)過(guò)立式磨處理后，綜合原材料的均化程度更高，水分更加均勻，有利于增加配方設(shè)計(jì)組成的精度。

4配方進(jìn)球

（1）對(duì)立式磨預(yù)處理料、泥、沙等材料進(jìn)行水分檢測(cè)。

（2）對(duì)各原料進(jìn)行計(jì)算，形成濕料配方配比，數(shù)據(jù)如表9所示。

（3）漿料的加工，經(jīng)過(guò)立式磨加工的硬質(zhì)料再和泥、沙、化工、水等材料一起入球，根據(jù)實(shí)際跟蹤，球磨時(shí)間一般在7.5～8.5h，即可達(dá)到工藝要求（250目篩余0.8%～1.2%），泥漿的其它理化指標(biāo)也正常。

5節(jié)能與節(jié)約

以40t漿料加工為例，常規(guī)40t球磨機(jī)（380V/132kW），按14h的球磨時(shí)間計(jì)算，需要1848度電。如果使用立式磨和球磨機(jī)配合加工，預(yù)處理硬質(zhì)料18t（4045%），需用電160度;球磨8h用電1056度，合計(jì)用電1216度。40t漿料可節(jié)約用電632度，平均每噸漿料節(jié)約用電15.8度。目前，各地均在實(shí)施差異化的峰谷電價(jià)，高峰電價(jià)和低谷電價(jià)的差異有0.8元/度左右，采用立式磨和球磨機(jī)的組合，可以更充分的利用低谷電，進(jìn)一步的節(jié)約成本。

參考文獻(xiàn)

[1]李家駒. 日用陶瓷工藝學(xué)[M]. 武漢工業(yè)大學(xué)出版社， 1992.