陶瓷工业清洁生产技术*

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

前言

2018年，我国出台的《环境保护税法》已经在全国各地正式实行，作为中国第一部专门体现“绿色税制”、推进生态文明建设的单行税法，标志着我国在“守住绿水青山”、打好蓝天保卫战的信心和决心。

陶瓷工业作为建材行业三大产业之一， 为改善人民居住环境、美化建筑物起到了很大作用；但同时，陶瓷工业生产的高消耗和高污染却又使自然环境遭到很大破坏。当越来越多的人关注到环境、资源的重要性，受到国内的环保风暴的影响，陶瓷工业的清洁生产也就变成是势在必行的事情。

清洁生产是一种新形式的创造性思想。根据联合国环境规划署工业与环境规划中心对其所作的定义，清洁生产是指“将综合预防的环境政策持续用于生产过程和产品中，以便减少对人类环境污染的风险性”。对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒原材料并在全部排放物和废弃物离开生产线以前减少它们的数量和毒性，实现生产过程中的无污染或少污染。对产品而言，清洁生产策略旨在减少产品在整个生产周期过程中对人类和环境的影响。

1 陶瓷工业污染物的分类

1.1 大气污染物

1.1.1 粉尘

在建筑卫生陶瓷生产中，粉料的制备工序当中，将原料与水按照一定的比例混合，研磨，干燥，使得粉料含有8%左右的水分，有利于成形时的可塑性或压制成形。这也就抑制和减少了物料在加工和成形工序中粉尘的产生。

建筑卫生陶瓷生产中，原料运输、配料、球磨机加料、打磨修坯、施釉等工序中将会产生粉尘，其排放粉尘的成分与被加工的物料相同。

1.1.2 烟(尘)气

干燥室、炉窑以及锅炉房(煤气站)产生烟(尘)气。我国大中型企业多采用煤粉、水煤浆、煤气燃料，部分有条件的企业使用天然气燃料，使用重油或煤作燃料时将有一定的二氧化硫和烟尘排放。在一般情况下使用气体或低硫燃油，其烟气中产生大量的烟尘和二氧化硫。

1.2 废水

建筑卫生陶瓷生产，所排放废污水均来自清洗工序的排水，如硬质原料的洗刷、喷雾干燥塔的清洗、抛光线上的器件冲洗、车间地面清洗等，所排废污水中主要污染物为悬浮物。

1.3 固体废弃物

1.3.1 坯体废物

坯体废物即窑炉煅烧前产生的废物，如成形、压制和干燥工序生产的废坯，破碎后可作原料继续使用，废水沉淀池中的泥渣、收尘器回收灰尘也可作为原料回用。

1.3.2 产品废弃物

产品废弃物即坯体经窑炉素烧或煅烧后不合格的成品或半成品，其破碎后可作为建筑卫生陶瓷或耐火材料的生产原料。

1.4 噪声

原料加工、制备中的破碎机、球磨机、料浆搅拌机等作业时均有机械性噪声产生，强度在80～90 dB；窑炉和干燥塔等处都设有风机、空压机，其作业时产生的空气动力性噪声，强度在80～95 dB。

2 清洁生产的途径及方法

2.1 原料专业化、标准化、系列化

原料、坯料制备是建筑陶瓷企业产生粉尘污染和噪声污染的主要场所，特别是含游离二氧化硅的粉尘会对人体会造成极大的危害。根据检测，一些企业生产现场粉尘浓度大大超过了国家规定的10 mg/m3最高允许浓度和含有10%以上游离二氧化硅的粉尘浓度2 mg/m3的规定，对人体和环境都造成了很大的危害。

根据国外建筑卫生陶瓷企业大多采用专业化、标准化、系列化原料进行生产的经验，我国建筑卫生陶瓷企业也应因地制宜，逐步在生产中推广采用专业化、标准化、系列化原料替代原料的预处理。在原料加工企业则可采用专用环保设备，以减少粉尘污染和噪声污染。

2.2 能源的清洁化

采用清洁的煤气(煤气站采用深度脱硫技术制备的煤气)、天然气、液化石油气或电加热等清洁燃料，可以减少废气、废渣的产生和排放量。

3 陶瓷工业生产全过程的清洁化

3.1 新型干法短流程原料制备工艺

陶瓷墙地砖新型干法短流程制粉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鄂式破碎机或对辊式破碎机进行粗、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取料，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系统，在造粒机中加入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含水率为6%～8%，同时流化床干燥器系统的收尘装置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，同筛下合格料一同进入料仓陈腐，供大生产压制成形使用。

3.2 低温一次快烧工艺

在陶瓷生产中，烧成温度越高，能耗就越高。据热平衡计算，若烧成温度降低100 ℃,则单位产品热耗可降低10%以上，且烧成时间缩短10%，产量增加10%，热耗降低4%。因此，应用低温快烧技术，不但可以增加产量，节约能耗，而且还可以降低成本。某企业采用超低温配方烧成，将现有的建筑陶瓷产品的烧成温度降低约 200 ℃, 达到1 000 ℃ 以下，单位制品的燃耗降低了25%，能耗为3～5 MJ/kg瓷，能耗仅为普通烧成技术的75%左右，大大降低了生产成本。

采用一次烧成技术比一次半烧成(900 ℃ 左右低温素烧，再高温釉烧)和二次烧成更节能，综合效应更佳，同时可以解决制品的后期龟裂，延长制品的使用寿命。

陶瓷属于高能耗的行业，以瓷质砖为例，传统生产技术的烧成温度一般在1 200 ℃以上，烧成时间为12～24 h以上，其烧成周期长，能耗和成本高，产量低，严重阻碍了行业的发展。为解决或缓解这种局面，低温快烧技术应运而生。针对陶瓷行业而言，低温快烧技术是指烧成温度降低80～100 ℃ 以上 烧成时间明显缩短，产品性能与采用传统技术生产的产品性能相同或相近的烧成工艺；且根据热力学平衡计算可知，烧成温度降低100 ℃，单位产品热耗可降低10%以上；烧成时间缩短10%，产量可增加10%，热耗降低 4%。由此可知，低温快烧技术在增加陶瓷制品产量的同时，也可显著降低企业的单位能耗和成本，实现节能减排，从而为陶瓷行业的发展提供了一条可实现持续发展和转型升级的途径。

综合众多学者一直以来的研究可知，陶瓷低温快烧技术的关键在于开发和利用低温熔剂原料选择合适的烧成工艺和热工设备等，通过这些措施，使得陶瓷行业的烧成温度下降明显，如卫生陶瓷烧成温度降低50～100 ℃；釉面砖素烧温度降低80～130 ℃；硬质日用陶瓷烧成温度降低50～150 ℃；耐火硅砖烧成温度降低60～100 ℃等，且其烧成时间显著缩短，节能降耗效果显著。

3.3 陶瓷工业产品的薄型化，轻量化新工艺、新技术

3.3.1 陶瓷薄板原料配方研发

陶瓷砖的薄型化生产必须在原料选择和配方设计时考虑陶瓷砖的增强和增韧技术对于生坯强度的提高，可选用可塑性好干燥强度高品质稳定的粘土；其次，可利用非全瘠性原料(如瓷石)代替瘠性长石原料，增加坯料的可塑性；此外，应用合理的高性能坯体增强剂；配方设计时，应尽量减少坯料的烧失量。

3.3.2 陶瓷薄板强度提高技术

对于陶瓷薄板瓷坯强度的提高，可采用以下措施：

1)增加瓷坯的晶相含量，减少玻璃相和气孔；

2)在瓷坯中形成高强度的晶相，如针状莫来石刚玉相等。

3.3.3 陶瓷薄板成形技术

陶瓷薄板的生产主要有干法和湿法两种工艺。干法工艺主要的体现在成形工艺干法成形效率高产量大，但干压法受压机吨位模腔和压制工作台尺寸等限制，成形较大尺寸一般都会受到限制,但目前的工艺技术已可生产大尺寸的陶瓷砖；湿法工艺生产过程没有粉尘污染，生产更清洁，但生产工艺过程控制较多。

流延法是一种制备大面积薄平陶瓷材料的重要成形方法，可做厚度小于1 mm 的陶瓷薄板。其可用作室内装修，即陶瓷墙纸，因此，该生产技术对传统建筑陶瓷行业是一个新的革新技术，其发展前景广阔。

3.4 陶瓷工业窑炉节能减排新技术

3.4.1 合理选用喷嘴

过去喷嘴使用时的温度控制容易出现偏差。 由于高温火焰流因浮力而上升，形成窑内温度上高下低，使热电偶检测到的温度偏高，故造成热电偶仪表显示温度与窑内制品实际温度发生很大的偏差。采用新型高速喷嘴或脉冲烧成技术，可以使窑内温度变得均匀，减小了窑内上下温差，不但能缩短烧成周期，降低能耗，而且可以提高制品的烧成效果。特别对于宽断面的窑炉，采用脉冲比例烧嘴或高速烧嘴；对于烧成用水煤气的辊道窑，采用预混式烧嘴，不但可以减小窑断面温差，而且可以节约能源20%～30%。

3.4.2 余热回收环利用

积极采用先进的烟气余热回收技术, 降低排烟热损失是实现工业窑炉节能的主要途径。当前国内外烟气余热利用主要用于干燥、烘干制品和生产的其他环节。采用换热器回收烟气余热来预热助燃空气和燃料，具有降低排烟热损失、节约燃料和提高燃料燃烧效率、改善炉内热工过程的双重效果。一般认为:空气预热温度每提高100 ℃,即可节约燃料 5%。现有余热利用方式主要有：

1)在换热器中用烟气余热加热助燃空气和煤气；

2)设置预热段或辊道干燥窑，用烟气余热干燥湿坯；

3)设置余热锅炉，用烟气余热生产蒸汽；

4)加热空气作为烘干坯体的热源；

5)用烟气余热发电和供暖等。

3.4.3 计算机自动监控技术

使用自动监控技术是目前国外普遍采用的有效节能方法，它主要用在窑炉的自动控制系统，使窑炉的调节控制更加精确，对节省能源，稳定工艺操作和提高烧成质量十分有利。同时，还为窑炉烧成的优化提供可靠的数据。先进的窑炉应配置自动点火、熄火监测，窑内压力监测,氧浓度监测，气体泄漏监测及喷嘴用热电偶纪录仪等一系列监测仪器，从而可以保证制品的快速烧成，采用这一技术可节能10%～15%。

4 提高企业员工的环保意识

实施清洁生产，涉及到陶瓷企业生产经营活动的每一个环节，需要全体员工的积极参与，需要逐步来进行，要做到与时俱进。因此，企业要运用绿色理念来指导、规划和改造产品结构。陶瓷企业领导要深入学习研究绿色管理和可持续发展理念，树立绿色经营理念，确立顺应时代潮流的企业精神和企业风格，制定绿色管理战略；工程技术人员要不断学习新的节能技术、环保技术，不断提高自己的环境知识和技能，从设计与制造方面减少或消除污染，并从控制污染转向绿色生产，提高生态效率；对生产第一线的员工，要培育“绿色消费”、“绿色产品”和珍爱人类生存环境的意识，使“环保、生态、绿色”的理念深入人心。

5 结语

陶瓷工业既是高耗能工业，又是高污染工业，陶瓷工业的清洁生产势在必行。实现清洁生产一方面是保护资源、努力减少资源浪费，减少人员使用，另一方面是保护环境，与国际接轨，增加国际竞争力。此外，实现清洁生产又是应对国际发达国家设立绿色贸易壁垒的重要举措，同时也是我国建筑陶瓷行业可持续发展的需要。鉴于我国建筑卫生陶瓷工业目前的生产现状和工艺特点，完全实现清洁生产尚需长期努力工作，而且有一定的难度，而实施生产工艺优化，陶瓷装备节能，以原料燃料消耗最少化、排放减量化和效益最大化的清洁生产为主，末端控制为辅的综合污染防治方式是最理想的选择。只有这样，我国建筑卫生陶瓷工业才能逐步变强，才能实现突围，真正实现可持续稳定的发展。