贵州瓷粉之瓷粉废料在建材领域的综合利用

贵州瓷粉之瓷粉废料在建材领域的综合利用

1 前言

作为陶瓷生产大国，贵州瓷粉我国陶瓷工业近十年来得到了迅猛发展。陶瓷墙地砖、卫生陶瓷、工业陶瓷等陶瓷产品产量均占同类产品世界年总产量的60%以上。预计我国在未来较长一段时间内将继续保持陶瓷产量世界第一、人均消费瓷砖第一和产品出口第一的陶瓷大国地位[1]。陶瓷工业在生产过程中难免会产生大量次品和废品，在陶瓷制品深加工过程(如切割、研磨和抛光等)中也会产生大量陶瓷边角废料及粉尘。据不完全统计，我国每年会产生至少1000万吨的瓷粉废料[2]。长期以来，瓷粉废料的处理是困扰陶瓷行业的难题，处理不当会给周边环境带来非常严重的危害，影响周边地区人们的生活质量。

根据现有报道，目前国内外对瓷粉废料的综合利用，主要采取以下两种方式：一是将瓷粉废料回收作为矿物原料，制备陶瓷浆料，在行业内消化废料[3,4]；二是应用于建材行业，如将瓷粉废料作为掺合料替代部分水泥，或者经初步加工后用以生产各种建筑材料[5,6]。总之，最终目标是实现瓷粉废料的资源化利用，减少污染、节省优质矿物原料。这是陶瓷行业节资、节能、减排和降低成本的可行之路。

本文简述了瓷粉废料的来源及特性，全面分析了瓷粉废料在建材行业中的应用现状，希望对瓷粉废料在建材行业的资源化安全利用有所裨益。

2 瓷粉废料来源及特性

2.1 来源

陶瓷工业所产生的废料主要是在陶瓷制品生产过程中，由于成形、干燥、施釉、搬运、焙烧及贮存等不同工序中产生的废料，大致分为坯体废料、废釉料、烧成废料和砖屑废料四类[7]，如图1 所示。坯体废料是指陶瓷制品焙烧之前所形成的废料，包括上釉坯体废料及无釉坯体废料，该类废料大部分可以在本厂回收再利用。废釉料是在陶瓷制品的生产过程中所形成的污水经净化处理后产生的固体废料，通常含有重金属元素。烧成废料是陶瓷制品在生产过程中因成型工艺不当或烧成制度不合理产生的废品，或是陶瓷制品在贮存和搬运等工序中损坏产生的废品。砖屑废料指瓷质砖等在刮平定厚、研磨抛光及磨边倒角等一系列深加工过程中产生的大量废料。

四类废料

贵州瓷粉目前在陶瓷厂瓷粉废料资源化利用难度大的是烧成废料和砖屑废料，本文就这两种废料进行重点讨论。

2.2 物理性质和化学性质

图2为瓷粉废料在光学显微镜下的形貌。由图2可见，瓷粉废料颗粒外形多呈不规则鳞片状，且具有层状结构，具有较好的易磨性。

瓷粉废料的形貌

瓷粉废料化学组成与粉煤灰和矿渣粉相似，均为SiO2、CaO和Al2O3等氧化物，此外还有少量的碱性氧化物等，具备一定的化学活性。苏达根等[8]通过研究陶瓷玻化砖废料、瓷质废料、炻质劈开砖废料和陶质废料等四种瓷粉废料后发现，按GB/T 2847-2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》的要求，几种瓷粉废料的火山灰活性均合格。其水泥胶砂28d抗压强度比均高于62%，其中，陶瓷玻化砖废料为82.1%，瓷质废料为80.8%，炻质劈开砖废料为78.3%，陶质废料为77.3%。这也证实了瓷粉废料具有一定的火山灰活性，为瓷粉废料在建材行业中代替部分水泥应用提供了一个新思路。

3 瓷粉废料在建材行业中的应用技术

3.1 水泥混合材

周传友等[9]研究了陶瓷抛光砖粉作水泥混合材对水泥相关性能的影响。研究结果表明：抛光砖粉作为水泥混合材时，水泥的标准稠度用水量增加，初凝时间缩短而终凝时间略有延长；水泥28d胶砂强度活性指数可达82%；抛光砖粉掺量在30%以下，随其掺量增加，Marsh时间明显延长，水泥浆体的流动性变差；抛光砖粉的掺入基本不影响聚羧酸系减水剂的饱和掺量点，但影响萘系减水剂与水泥的相容性。

江南宁等[10]重点研究了瓷粉废料掺量对水泥净浆水化性能的影响。结果表明：瓷粉废料能促进水泥的水化，对水泥水化产物的种类无明显影响，但对水化产物的数量却有一定的影响。随着瓷粉废料掺量的增加，单位质量水泥化学结合水量呈上升趋势，单位质量胶凝材料化学结合水量呈下降趋势。瓷粉废料掺量为30% 时，水化产物中Ca(OH)2的含量降低，而AFt的含量稍有增加，这说明瓷粉废料能促进水泥的水化，但其活性在后期(56d)才能得以发挥。

Ay N等[11]指出，随着瓷粉废料掺量的增加，水泥的强度有所降低，需水量变大，凝结时间变长，但是只要选择合适的配比，将其掺量控制在35%以内，完全可以生产出较高强度等级的水泥。

3.2 建筑材料和道路材料

抛光砖生产时在抛光阶段会产生大量的砖屑废料，这种废料难以利用，限制了这种产品的规模化发展。砖屑废料中含有氯氧镁水泥等杂质，直接回收利用砖屑废料做浆料会导致坯体产生膨胀、针孔和变形等缺陷。曾权等[12]针对这一难题，提出了分类回收、自然沉降和分类使用的最优处理思路，将发泡废渣作为洞石原料直接用于洞石面料配方中，制备的产品性能优异；对砖屑废料进行改性后重新用于抛光砖底料和面料配方中，生产的产品各项性能指标均达到了生产要求。

税安泽等[13]以砖屑废料、高温砂、低温砂以及各种黏土为原料，经球磨、干燥、成形、烧成后制备了以闭口气孔为主、兼具保温隔热功能的新型轻质建筑材料，所制得的产品表观密度为900 kg/m3，抗折强度为6.0MPa，导热系数为0.230W/(m·K)，耐火度高于 1200℃。

3.3 固体废弃物混凝土

固体废弃物混凝土材料(SWC)是以固体废弃物为主要原料，具有普通混凝土基本性能的一种环保材料。陆盛武等[14]分析了陶瓷在破碎过程中所产生大量的粉末(即瓷粉废料)直接充当SWC添加物的可能性及意义，并进行了初步试验。经检测，破碎后的废砖，其松散堆积密度基本符合建筑用集料的标准，破碎后的颗粒级配用天然砂调整，粗集料的粒径在(5-15)mm之间，细集料的粒径在(1-5)mm之间。按照一般混凝土的配合比设计方法，将原材料按一定的配合比混合。试验表明，以瓷粉废料为主要原料，辅以水泥(一般选用32.5级以上硅酸盐系列水泥)和高强粘结剂(有机粘结剂)制备的SWC材料，可用于生产性能符合标准要求的免烧型广场道路砖。

3.4 轻质集料

近年来国内外也开始利用工业废料生产陶粒。由于陶粒容重小且内部多孔，形态和成分比较均一，具有一定的强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的保温、隔热、隔音、隔潮等功能特点，得到了广泛应用。在建筑方面，陶粒可以作为轻集料制备轻集料混凝土和墙体保温板，也可以作为填料填充于空心墙或窑的衬层中起保温隔热作用。

侯来广等[15]以陶瓷砖屑废料、黏土、水泥及其他添加剂为包裹料，以膨胀珍珠岩为核心，经包裹成球后自然养护得到轻质夹心型免烧陶粒。该陶粒生产工艺简单、免烧结，而且还充分利用了陶瓷产业的副产物。以该陶粒为轻集料添加少量的膨胀珍珠岩，以水泥、粉煤灰为胶结材料制备的吸声材料，其吸声效果好，特别是在低频的400 Hz左右吸声效果最佳。该吸声材料的密度小，不含纤维等有害物质，属于绿色环保建筑材料。该研究为瓷粉废料的资源化利用提供了一条新思路。

4 展望

随着我国可持续发展战略的持续推进，对环境保护提出了更高的要求。降低环境污染，加大对各种工业废弃物的资源化安全利用力度，是环保工业的主要发展方向。将瓷粉废料回收处理作为廉价原料，用于陶瓷工业本身和建材行业领域，既能大批量无害化处理瓷粉废料，又可以为建材行业提供一种新的原材料。实现陶瓷、建材两大工业的协同发展，无疑会产生巨大的社会效益、经济效益和环境效益，并起到良好的示范效果。

具体而言，笔者认为，在今后相当长的一段时间里，对瓷粉废料的研究和实际应用应朝着以下方向努力。

(1) 瓷粉废料的行业内部消化。陶瓷行业产能巨大，生产的陶瓷种类繁多，如果能在陶瓷行业内部有效循环利用瓷粉废料，可以产生充分的价值。建议开展瓷粉废料回收作为坯料原料，或制备一些原料品质要求较低的烧结砖等方面关键技术的研究。

(2) 瓷粉废料在建材行业的资源化利用。建材行业是利用各种固体废弃物的重要行业，应采取因地制宜、因材制宜的方式，根据瓷粉废料自身特性，进行充分的有效的利用，如深入研究并推广瓷粉废料作为水泥混合材和混凝土掺合料的可能性，以及利用瓷粉废料生产轻质集料(如陶粒)，制备功能性建筑材料产品(如陶粒混凝土和加气混凝土)等。

除此之外，笔者认为，政府和陶瓷行业内部还应重点考虑对资源化利用瓷粉废料的企业进行适当的环保奖励和政策鼓励。如鼓励节能环保产业装备及产品发展，引导各种资本投资建设高产能企业，研究制定出台环保产品和消费的激励政策，进一步落实和完善环保产业现有税收优惠政策等。贵州瓷粉这些政策驱动力对于陶瓷行业和建材行业的有机结合和共同发展将会起到十分重要的保障作用。