陶瓷行业应对节能减排的措施

冼志勇　刘　树　曾令可

摘要随着“十一五”节能专项规划的出台，国家对高能耗高排放产业的改革势在必行。陶瓷行业是高能耗、高污染和资源消耗型的“两高一资”行业，必然是改革的重点领域，节能减排将是陶瓷产业的大势所趋。本文从原料的选择和处理、成形、干燥、烧成以及废弃物的再利用等方面阐述陶瓷行业在实现节能减排过程中应采取的一些具体措施。

关键词节能减排，陶瓷行业，具体措施

1引 言

陶瓷产品的生产过程需要消耗大量的粘土和砂石等无机矿产资源，烧成过程又需要消耗大量的能源，是一个典型的高能耗、高污染和资源消耗型行业，给整个社会的资源和能源消费带来了很大的压力。我国“十一五”规划纲要提出，十一五期间，单位国内生产总值能耗须降低20%左右、主要污染物排放总量减少10%。这是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。随着“十一五”节能专项规划的出台，国家对高能耗高排放产业的改革是陶瓷行业今后发展过程中必须面对和着力解决的问题，规划纲要要求到2010年，建筑陶瓷的能耗标准从目前的10.04kg标准煤/m2降低到9.2kg标准煤/m2，2020年降低到7.2kg标准煤/m2。本文将从陶瓷原料的开采使用、产品制造以及产品使用等几个方面阐述陶瓷行业如何应对节能减排。

2陶瓷原料使用的节能减排措施

2.1 多种原料的综合利用

我国生产陶瓷的历史悠久，用传统原料生产陶瓷的技术已十分成熟，据统计，每年陶瓷行业消耗的矿物原料超过1.2亿吨，不少地方的陶瓷原料已近枯竭，形势的发展要求开发一些新的陶瓷原料资源，综合利用一些低品位原料及工业废渣，以降低成本，降低对环境的破坏。如利用陶瓷废料当骨料制备透水砖、利用陶瓷抛光砖废料来生产免烧陶粒和轻质保温陶瓷砖等。这些措施的采用既能保护环境，实现资源的循环利用，又能达到节能减排的目的，一举两得。同时应加强实验研究，扩大可用原料的范围，合理开采、科学配矿，从而将环境负荷减至最低，将对植被的破坏降到最少。开发工业废弃物再生资源化技术，利用工业废弃物生产具有优异性能的陶瓷产品，如利用磷矿渣、高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、煤矸石、萤石矿渣、高岭土与瓷石尾砂等生产生态陶瓷产品，研制无铅无镉陶瓷颜料及无铅低温釉料，减少生产能耗和污染物排放。景德镇陶瓷学院开发出以煤渣为主要原料和废瓷料为骨料，以石灰石、白云石、长石、高岭土、石英和瓷石粉的混合料为高温粘结剂生产陶瓷透水砖的工艺，废料综合利用率达到65～85%，缩短了烧成时间，有利于工业废渣的资源化利用。

2.2 积极开发低温快烧原料

烧成温度与能耗的关系极大，研究表明，当烧成温度从1400℃降至1200℃时，能耗可降低50～60%。由此可见，降低陶瓷产品的烧成温度对于节能具有十分重要的意义。低温烧成的陶瓷产品，其关键在于开发与利用低温陶瓷原料，以保证实现低温快烧的生产工艺。经过我国陶瓷产业从业者的不懈努力，我国卫生陶瓷的烧成温度从20世纪70年代前的1300℃下降为目前的1150～1200℃；釉面砖素烧温度由1180℃下降到1050～1100℃；釉烧温度由1080℃下降为1020℃；硬质日用瓷烧成温度由1400℃下降为1300～1350℃；炻器烧成温度由1350℃下降为1220～1250℃；骨质瓷素烧温度由1180℃下降为1100～1150℃，以上取得的节能效果十分显著。佛山某厂通过添加低品质原料，使抛光砖的烧成温度降低到980℃，烧成能耗降低了28%左右。目前各国陶瓷研究机构已成功筛选出许多种低温陶瓷原料及低温熔剂原料。现在已知可用作低温烧成坯体原料的常规陶瓷矿物原料有硅灰石、透辉石、透闪石、绢云母、叶蜡石、珍珠岩、透闪石、锂云母、钙长石、透闪岩、高云母叶腊石等。

2.3 推进原料标准化，提高原料利用率

我国是陶瓷生产大国，每年消耗的天然原材料已达1.2亿吨，导致天然状态的优质原料越来越少，有的甚至出现枯竭，数量众多的是质量一般的原料，可谓是“好的不多,多的不好”，这就需要尽快建立有规模的陶瓷原料生产基地，使我国原料加工形成标准化生产，通过将各产地、各矿山的原料混合，既可以充分利用各种品位的矿藏，又能通过原料标准化使原料质量稳定、成分均匀、物尽其用，实现矿山开采科学化、合理化，从而提高原料的利用率，降低尾矿的排放量。

3生产过程的节能减排措施

3.1 原料制备过程中的节能减排措施

3.1.1 降低球磨机能耗

球磨机在陶瓷行业被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生产设备之一。球磨机一般功率都较大，工作效率又很低，因而成为陶瓷行业最大的耗电设备之一。对球磨机进行节能改造具有重大的经济和社会意义。研究表明，对于陶瓷企业在用的球磨机可以采用加装变频器进行改造，通过变频器调速，搜索出球磨机的最佳工作转速以提高球磨机的研磨效率，可以降低能耗10%。与间歇式球磨机相比，采用连续式、大吨位球磨机进行细磨，产量可提高10倍以上，比间歇式球磨机节省能耗15～30%，并易制成浓浆，可为后工序的喷雾干燥过程节约大量能量。

3.1.2 喷雾造粒

陶瓷行业在对料浆进行干燥时，绝大部分使用喷雾干燥器。在干燥的同时进行造粒，喷雾干燥消耗的能量占陶瓷砖生产能耗的30%左右，所以在目前能源日益紧张及市场竞争日益激烈的情况下，降低喷雾干燥器的能耗，节约能源及降低生产成本，对提高企业的经济效益，促进陶瓷工业的可持续发展具有深远而重要的意义。研究表明，通过增加主体高度、改进分风器、选用大型号旋风除尘器、提高料液温度、增强废气循环利用、加强保温、降低泥浆的含水率、增大进塔热风与离塔热风之间的温差等措施，在同等条件下可以节能10～15%。如果采用干法制粉可比传统的喷雾造粒节电30～50%、节水70%、节约投资30%。

3.1.3 成形工序

对于建筑陶瓷，在选择压砖机上，应选用大吨位、宽间距的压机，实现一机一窑。因为大吨位压砖机压力大、产量大，压制的砖坯质量好、合格率高，在同等条件下，电耗可减少30%以上。目前，国产液压压砖机的最大吨位已经达到7800吨，各种吨位的大型压机也已广泛应用于国内陶瓷企业，节能效果显著。广东科达机电近期推出的宽体陶瓷压砖机在能耗不变的情况下产能可提高30％；佛山市南海捷成工机械有限公司近期推出的3850吨全自动液压压砖机主机功率仅为90千瓦，比国内外同类产品的110千瓦减少了20千瓦，每小时可节省20度电。通过这些技术进步，能为陶瓷行业节能减排工作提供有力的技术支撑。对于卫生瓷可采用高中压注浆成形技术，依靠毛细管力，将传统石膏模吸水成形机理变为多孔塑料模压滤排水机理，使卫生瓷成形次数由1天/次提高到10～30min/次，模具寿命达2万次以上，可节省模具干燥和加热工作环境所需的热能。对于日用瓷成形，从效率、节能考虑，应逐渐过渡到采用等静压成形，实现具有瓷质结构均匀致密、质量高、工序简单、无杂质、抗弯强度高、可成形复杂器形、尺寸精确、生产周期短、耗能低等目的。

3.2 干燥烧成环节的节能

3.2.1 干燥节能

传统干燥技术单纯依靠对流和传导方式，能量利用率较低，最高不超过30%，且干燥周期长、能耗大。近年来，微波干燥以其干燥速度快、产品质量好等优点而倍受青睐。将微波与传统加热干燥技术相结合，可大大提高干燥速率、降低能耗，目前微波干燥技术在欧洲卫生陶瓷生产企业中已得到广泛应用。

3.2.2陶瓷窑炉的节能减排

窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备，也是耗能最大的设备，窑炉能耗的水平主要取决于窑炉的结构与烧成技术，因此通过改进窑炉结构和烧成技术就能够降低陶瓷窑炉的能耗。

(1) 选择合适的窑炉和结构

陶瓷工业中使用较多的窑炉是隧道窑、辊道窑和梭式窑三大类。其中，辊道窑具有产量大、能耗低、自动化程度高等优点，是当今陶瓷窑炉的发展方向。研究表明，在一定范围内，窑炉高度越低、宽度越宽越有利于节能。当窑炉宽度和高度一定的情况下，随着窑炉长度的增加，可减少单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量。

(2) 选择合适的保温材料

窑炉能耗的另一个因素是散热，因此窑炉都要使用保温材料，常见的保温材料有重质耐火砖、轻质保温砖、莫来石轻质砖、高铝轻质砖和轻质陶瓷纤维等。合理选择保温材料对节能降耗有很大的影响。如轻质陶瓷纤维与重质耐火砖相比，有以下特点：质量轻、导热系数小、重量只有轻质材料的1/6、容重为传统耐火砖的1/25、蓄热量仅为砖砌式炉衬的1/30～1/10、窑外壁温度可降到30℃～60℃。纤维节能方面，从总能耗的20.6%下降到9.02%，节能达到16.67%。另外，为了提高陶瓷纤维的抗粉化能力，又能增加窑炉内的传热效率，可使用多功能涂层材料，如热辐射涂料（HRC）。在高温阶段，将其涂在窑壁耐火材料上，材料的辐射率由0.7升为0.96，可节能138.3MJ／m2·h；而在低温阶段涂上HRC后，窑壁辐射率从0.7升为0.97，可节能20MJ／m2·h。

(3) 采用先进的烧成技术

在烧成技术上，可以采用富氧燃烧技术、微波烧结技术、自控烧成等先进的烧成方法以达到节能的目的。研究表明，当助燃空气中的氧气含量在21～30%的富氧状态下燃烧，且在燃料量和空气过剩系数一定时，富氧燃烧可以提高燃烧的火焰温度；同时降低燃点温度，加快燃烧速度，促进燃料的完全燃烧，获得较好的热传导效果；减少大量烟气和由烟气所带走的热量损失，提高热效率和热利用率。采用微波烧结，由于微波与材料直接耦合，可以实现材料中大区域的零梯度均匀加热，使材料内部热应力减少，从而减少开裂、变形的倾向。同时由于微波能被材料直接吸收而转化为热能，所以能量利用率极高，比常规烧结节能80%左右。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的烧成进程，缩短了烧成时间，烧成温度也有不同程度的降低。自控技术是目前国外普遍采用的、有效的节能方法，它主要用于窑炉的自动控制。研究表明，在排出烟气中每增加可燃成分1％，则燃料损失要增加3%，如果能够采用微机自动控制或仪表-微机控制系统，通过在线的外部参数（温度、湿度、窑内氧浓度、窑内压力、气氛等）测量来引导操作向最大的节能方向进行，则可节能5～10%。

(4) 提高窑炉余热的利用率

据窑炉热平衡测定数据显示，仅烟气带走的热量和抽热风带出的热量就占总能耗的60～75%，若能够利用这部分余热则可大大降低能耗。余热利用在国外颇受重视，视其为陶瓷工业节能的主要环节。在国外，烟气带走的热量和冷却物料消耗的热量约占总窑炉能耗的50～60％，对这一部分数量可观的余热利用效果较好。国外的余热主要集中利用于干燥和加热燃烧空气。现在欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置，进行余热的再回收利用。对于排烟废热的利用，也可采用换热器进行能量收集并输送到所需场所，其综合节能的效果使热效率利用达到80～90％。利用蓄热式燃烧技术将明焰隧道窑的余热用于预热空气以供助燃，不但可改善燃料燃烧，提高燃烧温度，而且可降低燃耗7％左右，还可以把窑炉的余热送到喷雾塔作为干燥热源，减少热风炉的燃耗，节能降耗。

4陶瓷废弃物的再利用

陶瓷工业废弃物主要是指在陶瓷制品生产过程中，由于成形、干燥、施釉、搬运、焙烧、抛光及贮存等工序而产生的废料及次品。根据不完全统计：仅佛山陶瓷产区，各种陶瓷废料的年产生量已经超过400万吨，而全国陶瓷废料的年产生量估计在1000万吨左右，陶瓷废料的堆积挤占土地，影响当地空气质量，如此大量的陶瓷废料已经不是简单填埋就可以解决问题。研究人员已开发了多种利用陶瓷废弃物的技术和产品。例如，爱和陶公司利用陶瓷废料生产出各种风格的仿古砖；利用陶瓷固体废弃物添加发泡剂可以生产出多孔陶瓷和透水砖；在水泥生产中添加易磨的陶瓷废料可以提高水泥的比表面积；以陶瓷废料为主要原料，辅以水泥和高强粘结剂以制备免烧型广场道路砖；利用陶瓷废料生产的陶粒具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性、保温、隔热、隔音、隔潮等功能特点，可以作为轻骨料制备混凝土和墙体保温板，也可以作为填料填在空心墙或窑的衬层中以隔热保温，还可以用来生产地铁吸音材料。

5节能减排新产品的开发

5.1 产品薄型化

对于传统陶瓷产品，其规格越大厚度则越大，这样才能保证产品的强度。我国建筑陶瓷年产量已经超过50亿平方米，以每平方米20公斤计算，年消耗原材料1亿吨以上，国内优质的陶瓷原材料面临枯竭，因此陶瓷砖的薄型化和减量化势在必行。产品减薄之后不但生产过程中能够节约资源、降低能耗，而且在产品的后期销售运输过程中可降低油耗、节约成本。相对于传统产品，大规格超薄砖在降低能源、资源消耗，减少排放方面是一种革命性的产品。以蒙娜丽莎5mm厚的大规格超薄瓷质板材为例，与传统瓷质砖相比，节约原材料60%以上，节能58.8%，二氧化硫排放减少59.5%、二氧化碳排放减少58.8%。除了超薄砖，常规的陶瓷产品薄型化也有较大的发展空间。据专家透露，上海斯米克的瓷质砖比常规产品薄0.5至1.5mm，不仅节能降耗，也降低了成本。卫生陶瓷通过在原料中添加氧化铝粉可以提高素坯和成品的强度，从而能够在减小厚度、降低产品重量的情况下保持产品性能不变。

5.2 节能型产品的开发

陶瓷砖在生产过程中需要节能减排，在产品的使用过程中也要降低能耗，减少有害成分的排放。以工业废渣和废料等劣质原料为主，通过添加特殊的低温发泡剂和稳泡剂进行发泡，辅以煅烧工艺，可生产出的保温陶瓷砖，原料消耗仅是生产同等体积大小普通陶瓷砖的30～40%，大大提高了资源利用率，其导热系数＜0.3W/(m· K)，是一种非常好的保温材料。佛山欧神诺陶瓷股份有限公司利用自身的陶瓷废渣及铝型材废渣资源，生产出节能保温的建筑陶瓷板材，不但解决了废弃物排放的问题，还使产品本身具备节能的功能。陶瓷保温材料具备了传统保温材料所不具有的防火、防水、耐酸碱、抗风化、强度高等性能，可以直接铺贴在外墙上作为保温层。

6小 结

传统陶瓷产业是高能耗、高污染和资源消耗型的行业，“十一五”规划纲要明确指出了节能减排是将来陶瓷行业改革发展的重点，这是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。从理论研究到结合实践，无论从原料处理、成形、干燥、烧成到废料的再利用，节能减排在陶瓷行业的各个环节都具有较大的潜力和发展空间。

参考文献

1 曾令可.广东省陶瓷行业的能耗现状及节能措施[J].佛山陶瓷,2006,16(2):1～4

2 侯来广,曾令可.陶瓷废料的综合利用现状[J].中国陶瓷工业,2005,12(4):41～44

3 曾令可.陶瓷工业能耗现状及节能技术措施[J].陶瓷学报,2006,27(1):109～115

4 曾令可.富氧燃烧技术在陶瓷烧成工艺中的应用[J].工业炉,2006,28(6):12～15

5 曾令可.利用陶瓷废料制备保温墙体材料[J].新型建筑材料,2008,35(4):5～7