干法短流程工艺制备陶瓷砖粉料技术的研究开发*

陶晓文　成智文

(咸阳陶瓷研究设计院　陕西 咸阳　712000)



干法短流程工艺制备陶瓷砖粉料技术的研究开发*

陶晓文成智文

(咸阳陶瓷研究设计院陕西 咸阳712000)

摘要笔者介绍了陶瓷墙地砖压型粉料制备的发展过程，同时还介绍了一种干法短流程工艺制备陶瓷砖粉料的工艺技术以及该工艺技术需要重点研究和开发的内容，比较了干法短流程工艺的技术特性和经济特性。

关键词干法短流程工艺陶瓷砖粉料研究开发

陶瓷砖制品形状简单，通常采用陶瓷粉料的半干压成形生产工艺压制成半成品，然后经过装饰、烧成等工艺生产出陶瓷砖成品。陶瓷粉料的制备工艺是陶瓷砖生产的重要环节。

近二十几年来，喷雾干燥器造粒工艺技术及装备在陶瓷行业大面积应用，成为陶瓷粉料造粒的主要技术和装备。喷雾干燥湿法制粉工艺技术是将各种原料按配方进入球磨机，加水35%~40%，球磨成泥浆，然后经喷雾干燥设备将泥浆干燥到5%~7%的含水率，并实现制粉造粒。喷雾干燥制粉生产技术有许多优点，如自动化程度高、制备的陶瓷粉料性能良好、能确保成形坯体质量等。但其造价昂贵，能耗较高。随着全球能源危机和燃油价格的飙升以及陶瓷墙地砖生产企业的激烈竞争，促使人们去研究另一种能使制备的陶瓷粉料性能与喷雾干燥制粉粉料性能相似，且最终获得产品质量相同、而能耗及生产成本较低的制粉生产技术——陶瓷墙地砖的干法短流程工艺制粉技术。

1陶瓷砖粉料干法短流程工艺技术

1.1干法短流程工艺技术简介

陶瓷墙地砖新型干法短流程工艺有别于高能耗的湿法制粉工艺，其工艺流程可概述为，各种不同的软质原料和硬质原料经颚式破碎机或对辊式破碎机破碎并进行粗、中碎，再经悬辊式磨粉机或立式磨粉机细磨细碎(磨)，细粉料进入各自的料仓。按配方，用电子秤从各料仓分别称取原料，进入混合均化式混料器，将细粉料按配方混合均匀。混合均匀的细粉料进入造粒机系统，在造粒机加入10%～12%的水分(相对水分),进行“过湿”造粒，“过湿”造粒的粉料颗粒进入流化床干燥器干燥至6%～8%的水分(相对水分)，同时流化床干燥器系统的收尘系统将未造粒的细粉末回收，重新进入造粒机系统。干燥后的粉料经筛分装置过筛，筛上大颗粒经优化整形机整粒，与筛下合格料一同进入料仓陈腐，供大生产压型使用。以上工艺流程可概述为：

1.2干法短流程工艺技术国内外发展现状

国外于20世纪90年代末开始研究开发陶瓷墙地砖干法制粉工艺技术及设备。德国的ERich公司，开发研究了干法工艺技术及设备，研制出不同类型的干法细磨设备及造粒机。意大利的L.B公司、GMV公司、M.S公司也相继开发研制出了不同类型的干磨设备、造粒设备，依据各自设备的特点，设计开发了不同类型的新型干法短流程制粉工艺生产线。经过多年的发展，国外的干法制粉工艺生产线、工艺技术非常先进。意大利某企业，一条产量为30 t/h粉料生产线，整个车间仅有一人在中心控制室管理，所有设备均按设定的工艺技术参数，由微机统一控制，一些关键工艺参数由电脑经打印机直接读出，以备查询。各种设备均配有自动监控系统及自动报警系统，自动化程度非常高。

国内曾于20世纪90年代研究开发过陶瓷墙地砖干法制粉工艺及装置技术。咸阳陶瓷研究设计院率先涉入这一领域，相继开发研制了不同类型的造粒设备及流化床干燥设备，并对干法制粉工艺技术进行了比较系统的研究。研究开发的陶瓷墙地砖干法制粉工艺及装备在国内进行了推广应用。陶瓷墙地砖干法制粉工艺及装置技术的研发，除工艺技术外，关键是配套的制备技术，当时国内还没有大型干法研磨设备，仅有3~4 t/h产量的雷蒙磨粉机，且故障率高，维修成本高，研发的造粒机产量也低，其工艺及设备仅能适用于小规模陶瓷墙地砖厂，且都生产中低端产品。由于工艺技术的不完善，粉磨及造粒设备产量小，自动化程度低，车间作业环境差等因素制约了该项工艺技术的进一步推广应用。

近几年，随着水泥行业干法立式磨粉机的成功研发，为陶瓷砖行业干法制粉工艺装备的进一步开发研究的原料干磨设备提供了技术支持，咸阳陶瓷研究设计院在干法制粉工艺技术中，对粉料干法造粒及干燥工艺和设备进行了更深入的研究开发，正在集成示范更先进的干法短流程陶瓷砖制粉新工艺技术，实现目前陶瓷墙地砖行业的生产需要。

2干法短流程工艺技术的研究开发

陶瓷墙地砖新型干法短流程工艺及关键装备技术的研究开发项目是一个整体的系统研发领域，具体研究内容可概括以下几个方面。

2.1适应于干法短流程工艺的原料性能及配方特点的研究

干法制粉工艺有别于湿法制粉工艺，在于原料经过干法细粉碎到工艺所要求的细度，然后经过加水造粒，形成压型需要的粉料。适应于干法制粉工艺的原料性能的研究包括原料的物理性能及化学性能。对于塑性原料，塑性指数是主要参数，它影响着最终粉料的成粒效果及粒度分布。对于瘠性原料，原料硬度决定着干法细磨的细度和干磨效率，其性能特点也是重要的研究内容。

适应于干法制粉工艺的原料配方的研究是干法制粉工艺的关键。为了保证配方原料在干磨(粉碎)后成分的均匀性和稳定性，从理论上讲，干法制粉工艺由于其自身特点，要求配方中原料的硬度应基本一致，并且原料种类不宜太多，在满足粉料性能及产品性能的前提下，配料的物理性能尽可能相拟，可保证原料细磨时，原料成分的均匀一致性。然而实际情况是我国地域辽阔，生产厂家所处的地理位置不同，可供选择的地产种类有限；不同厂家所要生产的产品不同，不同种类的产品对原料的选择也有不同的要求，一个配方对原料的选择不仅要考虑其物理性能(如硬度)，更重要的是要考虑其化学成分。因此，适应于干法制粉工艺的配方研究显得尤为重要。

2.2原料干磨工艺及设备的研究开发

与湿法球磨机间歇式研磨方式不同，干法粉碎及研磨设备是连续式工作状态。为了保证配方料的均匀性和稳定性，除了考虑研究设计配方的同时，研究设计粉碎研磨工艺流程也是干法制粉工艺技术需要重点考虑研究的内容。对于原料种类较少或者原料性能接近的配料，粉碎研磨前，按配方同时将原料放入球磨机粉碎研磨，达到细度的细粉料，进入下道造粒工序；对于原料种类较多的配方料，按原料特性，分软质料和硬质料，单独进入不同的磨机粉碎研磨，再按配方配比进行混料均化，进入下一道造粒工序。

干法研磨设备是干法制粉工艺技术的关键设备之一，研究开发适合不同原料特性(主要是原料硬度)的干法研磨设备，是干法制粉工艺技术研究领域的重要课题。如同湿法制粉工艺的球磨机设备，现有的矿山研磨设备雷蒙磨机，产量小，研磨介质损耗大，寿命短，维修费用高，且难以达到原料工艺及要求的细度。水泥行业的立式磨产量太大，装机功率太大，能耗高，一次性投资大。针对陶瓷墙地砖原料性能的特点，研制产量适合，投资费用低，节能，又能满足工艺要求的新型高效节能磨粉机是干法制粉工艺技术研究开发的内容。

针对我国南北方矿山原料的分布特点，南方地区多雨，湿度大，软质原料含水量高的特点，开发研制带热风干燥于一体的高效节能磨粉机也是研究开发的内容。

2.3干法制粉粉料成粒机理、造粒效果及其影响因素的研究

湿法喷雾干燥制粉工艺是通过干燥蒸发雾化泥浆小点滴中的多余水分生成颗粒，因而形成的颗粒是空心的，表面较光滑。而干法制粉是通过湿化(水化)干细粉料，以湿化液体(水核)的表面张力吸附、团聚干细粉，再通过外界机械力(来自造粒机)的强化、整合、优化，形成实心颗粒料。由于湿化液体是由颗粒中心向外渗透，对颗粒表面的细粉粘附力降低，形成的颗粒表面疏松粗糙，形状为不规则球状体。干法制粉粉料性能主要是指粉料颗粒的形状及分布，粉料的流动性，粉料的容重。要使干法制粉粉料性能达到和接近湿法制粉粉料的性能，干法制粉粉料成粒机制、造粒效果及其影响因素的研究就显得极其重要。

2.4干法制粉造粒工艺及造粒设备的研究开发

按照干法制粉工艺技术的特点，针对不同品质的陶瓷墙地砖产品对压形粉料的要求，干法制粉造粒工艺流程可分为两种不同类型：一种为直接加水至粉料压型所需水分(5%~7%)进行造粒；另一种为采用过量加水(10%~12%)进行造粒，然后经过振动流化床干燥至粉料压型所需水分，采用这种工艺流程是为了保证粉料具有更好的流动性，为生产更高品质的陶瓷墙地砖产品提供保障。

如同湿法制粉工艺技术中喷雾塔制粉设备是最关键的设备一样，陶瓷墙地砖干法制粉工艺技术其关键设备为干法造粒机设备。据资料介绍，干法制粉工艺技术的关键设备干法造粒机根据造粒原理和机体本身结构的不同分不同类型的造粒机，有卧式造粒机、立式造粒机、辊筒式造粒机、盘式造粒机、气流旋转式造粒机等，根据原料性能的差别及生产不同品质的陶瓷砖，开发研制不同类型的造粒机是主要研究内容。该系统除造粒机的开发研制，与之配套的流化床干燥器及配套的高效振动筛系列设备，也是研究开发的内容之一。

2.5开发研制自动化程度高的控制系统，实现机电一体化，提高工艺参数技术水平

通过对工艺及设备自动化控制的研究开发，实现机电一体化。提高工艺参数控制水平。针对原料及配方的性能特点(主要是指原料的种类、塑性、硬度、水分含量等参数)，依据配料工艺流程研发原料自动称量及配料系统，研发磨粉机产量控制及粉料细度自动控制系统，将原料特性、水分、硬度等参数预先设定，由微机控制，自动调整磨辊压力，充分保证粉磨细度，提高粉碎效率。在造粒和干燥工艺中，实现加料量及造粒机技术参数控制系统自动化控制，实现造粒效果的最优化。

实现整线联合自动控制系统。实现操作人员在控制室用微机控制原料水分、细度，粒度分布，产量等参数，保证各种工艺参数的可靠性和稳定性。通过对不同工艺点及设备技术参数数据的采集，实现集中的PC编程自动控制，保证各种工艺技术参数的最优化是陶瓷墙地砖新型干法短流程工艺及装备技术的研究内容。

3干法短流程工艺技术的经济性

表1　粉料性能及产品质量比较

原料组成及配方相同的墙地砖生产，采用干法制粉生产技术与喷雾干燥制粉生产技术制备粉料的工艺性能与产品性能比较(如表1所示)。

表1可得出如下结论：干法工艺制备的粉料性能与湿法工艺制备的粉料性能基本相似，同样可满足压制不同规格的陶瓷砖。在同样的压制力下，干法工艺制备的粉料压制的生坯强度更高，密度更大，气孔率更低。在产品达到同样的吸水率的前提下，干法工艺制备的粉料所压制的产品，烧结温度低，线性收缩小，机械强度更高。干法制粉生产技术与传统的喷雾干燥制粉生产技术相比具有无可比拟的优越性，以日产15 000 m2的陶瓷砖生产线为例，采用干法短流程工艺替代湿法工艺制备压型粉料，其技术经济指标比较见表2。

表2　不同粉料制备工艺的技术经济指标

4结语

干法制粉生产技术工艺具体表现在以下几个方面。

1)生产工艺简便，可节约大量的能耗，降低生产成本。采用干法制粉工艺替代湿法制粉工艺，不需使用昂贵的减水剂，可节省大量的能耗，显著降低产品成本。

2)投资少，见效快。干法制粉生产技术所需设备少、流程短、构造简便、造价低廉。投资仅为喷雾干燥制粉工艺流程的80%左右，便于陶瓷墙地砖生产企业扩大生产规模，提高经济和社会效益。

3)产品质量好。干法制粉工艺制备的陶瓷粉料干压成形后的坯体的致密度较大、机械强度较高，有利于减少坯体在干燥过程中的收缩变形，便于施釉和装饰，甚至可实现某些陶瓷墙地砖产品的一次烧成和快速烧成。

陶瓷墙地砖干法制粉工艺及装备技术的研究开发，对实现建材工业的绿色制造，实现建材工业可持续发展，具有重要的现实意义，具有明显的经济和社会效益，今后必将得到很大的发展，并将得到广泛的推广应用。

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《陶瓷》杂志社

中图分类号：TQ176.76

文献标识码：A

文章编号：1002-2872(2016)01-0027-04

作者简介：陶晓文(1961-)，本科，教授级高级工程师；主要从事陶瓷工艺及装备的研究工作。

*国家十二五科技支撑计划项目(项目编号：2013BAF09B02)。