建筑陶瓷干法制粉清洁化生产技术*

康建喜 陶晓文 刘 纯

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

前言

传统湿法制粉是将原料、球石、水按照一定的比例，在球磨机里研磨成一定含水量的泥浆，符合工艺要求的泥浆由陶瓷柱塞泵送入喷雾干燥塔内雾化、干燥， 成为含水量5%～7%的颗粒粉料。干法制粉工艺是将原料按照工艺配方要求进行粉磨， 满足粉磨工艺要求的细粉经增湿、造粒，形成含水量约10%～12%的粉料颗粒，经干燥，得到含水量合适的粉料。

湿法制粉的主要设备为喷雾干燥塔，其造粒原理是泥浆在高压力作用下， 雾化器将其雾化成适度细小的雾滴，雾滴在表面张力的作用下形成球状，热空气(或其它气体)与雾滴经过一段时间的直接接触，实现热交换，热空气带走雾滴中的水分，从而形成空心球状的粉料。该工艺虽然具有连续、操作简单灵活、适应于大工业生产等优点，但该工艺制备粉料时，蒸发大量的水分(大约30%的水分)，需要消耗大量的热能，排放大量的NOX、SO2、CO2及烟尘废气，从而导致巨大的能源浪费、资源浪费及环境污染，这是建筑陶瓷行业成为高能耗、高污染行业的主要原因之一。原料制备工序能耗大约占整个陶瓷砖生产工艺能耗的35%～40%。

随着建筑陶瓷行业的迅速发展，我国陶瓷砖产量已连续多年稳居世界第一，但同时也存在资源、能源的大量消耗与“三废”(废气，废水，废渣)排放之间的矛盾。尽管干法制粉技术与传统的湿法制粉技术相比较，在大幅削减烟气排放，节电、节水、节能等方面具有明显优势，但是很多厂家采用此项技术时，仍然存在着粉磨效率低、造粒效果差、制粉车间粉尘大等问题。笔者针对干法制粉在建筑陶瓷行业应用的现状、优势、清洁化制粉技术等方面进行综述。

1 干法制粉清洁化工艺技术

干法制粉清洁化技术是指在陶瓷粉料的制备过程中，通过采用先进的工艺技术，包括原料均化、高效节能的粉磨系统、粉料造粒系统、粉料干燥系统、粉尘的捕集系统等工艺技术。同时加强粉料质量控制管理，合理使用资源和能源、在符合相关标准的条件下充分利用一切可利用的废弃物，提高资源和能源的利用效率，减少或者避免污染物产生，降低制粉过程中粉尘与烟气污染物的排放量，粉料性能与质量符合国家标准的要求，并在生产过程中对人类和环境无毒无害。

1.1 陶瓷干法原料的粉磨技术

陶瓷原料粉磨是陶瓷干法制粉中耗电最多的环节，它的节能、可靠稳定成为陶瓷干法制粉工艺中的重要因素，因此干法粉磨机成为陶瓷干法制粉中的关键设备之一。最早陶瓷干法原料磨机采用矿山研磨设备-雷蒙磨机，但因其产量小、研磨介质损耗大、寿命短，并且会带入大量的铁质污染，维修费用高，且难以达到原料工艺及要求的细度，难以推广应用。而水泥行业原有的立式磨机则因为产量太大、装机功率太大、能耗高、一次性投资大，也难以在建筑陶瓷行业推广应用。近年来，随着新型干法陶瓷制粉技术的发展，为了提高粉磨效率、节约能源、提高经济效益，陶瓷干法粉磨设备在直接引用水泥行业煤粉机的基础上，不断进行着改进和发展。

1.1.1 陶瓷原料的预粉碎混合工艺技术

对于陶瓷行业而言，目前尚无标准的原料配方体系，尽管每家陶瓷企业常用的原料均为为粘土、石英、长石类等原料，但各家具有较大区别。相较于水泥行业而言，陶瓷原料的成分较多，原料的硬度大且差距大，含水率比较高。要使陶瓷粉磨效率提升，并保证原料配方成分的稳定性，就必须依据不同原料配方，制定不同的预粉碎、预混合工艺，使其满足陶瓷立磨的粉磨工艺，实现连续化、稳定化的粉磨要求。

1.1.2 新型陶瓷立式磨机的粉磨工艺技术

针对陶瓷原料配方的多样性，制定陶瓷立磨的粉磨工艺。为提高在粉磨过程中的粉磨效率，可将配方中不同硬度原料细度控制在一定的范围内，使其在粉磨中可起到相互助磨的效果，进而实现粉磨效率提升；在磨机内部设计循环热风干燥系统，使得原料水分适应陶瓷立式粉磨工艺；设计新型的磨辊结构，探索陶瓷立磨磨辊与磨盘的合理相对转速，适应陶瓷粉磨工艺要求。

采用新型衬板，改善磨机部件及研磨件材质。目前陶瓷立磨常用的衬板有压条式凸接、达凸波形、曲面环向阶梯、锥面分级、螺旋凸棱形分级、角螺旋分级、圆角方形、环沟、橡胶、无螺旋衬板等。在改善易磨部件及研磨体材质方面，日益广泛地采用各种合金钢材料，提高耐磨性能，降低磨耗率，提高部件及研磨体使用寿命。

研制陶瓷立磨助磨剂，提高粉磨效率。助磨剂能够消除陶瓷粉磨时物料结块和物料粘糊研磨体及衬板的弊端，改善粉磨作用，有效地提高粉磨效率。

1.2 陶瓷干法制粉造粒工艺技术

干法制粉造粒工艺有多种方式，但其成形机理基本相同，均是通过高压雾化水与干法粉磨后，达到工艺细度要求的粉料经过一段时间接触，以湿化液核的表面张力吸附、团聚干细粉，同时粉料与雾化的增湿液核充分接触，不断包裹液核，经过碰撞、成核、团聚形成了一次造粒粉料。但是一次造粒颗粒整体较疏松，粒径较小，必须再通过整粒机进行二次整粒，即通过外界机械力的强化、整合、优化，形成实心、表面相对光滑的颗粒。由成形机理可看出，影响干法制粉粉料质量的因素有：雾化液滴和干粉的粒径、干粉与雾化液滴的接触程度以及造粒机的强化作用等。越细的干粉与雾滴充分接触后形成的颗粒也会越小，这就避免了大颗粒的产生，同时有利于干粉与雾化液滴充分接触，提高粉料成粒率，避免干粉的浪费。在该工艺过程中，为使得雾化水与粉料充分接触，得到更多的颗粒料，一般都会采取过湿造粒，即粉料的含水率一般都高于实际压制成形需要粉料的含水率，在工艺上就需要将这部分水分干燥，需要一部分热空气。即使这样，相比传统的湿法制粉而言，整个制粉过程中因干燥的是过湿的水分，需要的热量极其少，这样排放的烟气相比传统湿法制粉也是非常少的，甚至有些工艺设计当中，会利用烟气的余热来干燥过湿的粉料，这样在整个制粉过程中既可实现基本无烟气排放，又可实现无燃烧清洁制粉。并且该工艺为短流程工艺，制粉工艺过程中大幅度节电节能。

1.3 干法制粉粉料的干燥技术

在目前各种类型干法制粉工艺设计中，为了使得雾化水能够充分的湿化细粉，实现较好的造粒效果，一般都会使得造粒粉料的原始水分大于成形工艺所需粉料的水分，在工艺设计上，就要对造粒的过湿粉料进行干燥。

干燥热源的供应。在现有的干法制粉粉料的干燥当中，需要设计一个单独的热源，来为过湿的粉料进行干燥，这部分需要的热量相比传统湿法制粉而言，需要的热量极其少，它的功能只是将含水率10%～12%的粉料干燥到含水率6%～8%。对于余热比较富裕的陶瓷厂，在素坯干燥后还有剩余的热量，则将这部分余热引至粉料干燥处，对过湿的粉料进行干燥，实现余热利用的最大化，实现无燃烧粉料制备。如果这部分烟气的余热不足以干燥粉料，则要配一部分独立的热源作为补充，来实现粉料的干燥。

干燥的方式。对于过湿粉料的干燥，普遍采用振动流化床的方式来进行干燥。新型摇摆式振动流化床干燥采用特殊的驱动装置，该驱动系统由电机、曲轴式凸轮回转组件、拉杆驱动组件、振动梁、压缩空气橡胶弹簧组尼、变频器等组成；振动流化床设备在驱动机构下产生振动，设备和物料层被抬起，这样床子每抬起一下，就会产生向前和向上的分解运动，对物料的作用是向上抛起和向前驱动。通过这个运动，可以确保粉料在床子内的理想输送运动，避免了有些颗粒由于返混而干燥时间过长，导致热过敏。

新型振动流化床干燥可在高度方向的振幅将整体的物料层均匀地抛起足够的高度，这样瞬间穿过床板的空气，能迅速轻易地在整个物料层底部充分布满分布，因此该设备能够将不容易流化的细粉、细颗粒物料充分的流化，而且流化度高。流化度的提高大大强化了干燥强度，而低开孔率又能够大大降低气流夹带，降低尾气中粉尘量。

新型振动流化床干燥可以确保对产品干燥时间进行非常精确的控制，使排出的物料温度、含湿量非常均匀，产品没有烧结、损坏、过热现象。具有节能降耗、设备效率高、单台产量大、可靠稳定等优点，可实现精确的工艺控制。

1.4 干法制粉车间的粉尘捕集技术

陶瓷干法粉料制备技术相比陶瓷湿法粉料制备技术而言，具有节电、节水、节能等特点，并且在粉料的制备过程中大幅度减少干燥的热量、大幅度减少烟气的排放，具有减排环保等众多优点。但是在干法粉料制备过程中，从原料的加入一直到粉料的陈腐，整个过程中基本上均是陶瓷的干粉料在流动，如果对制粉系统的除尘设计不合理，粉料输送设备选择不合适，系统的除尘设施不得当，就会造成系统的扬尘点增多、制粉车间的工作环境恶化，同时系统产生的粉尘会对周围环境产生污染。

1.4.1 干法制粉工序除尘的系统设计

国家环保部对于制粉车间的粉尘浓度限额为6 mg/m3(水泥行业的标准)，现有陶瓷干法制粉车间尽管做的很好，但是基本上都缺乏系统的除尘设计，往往是缺哪加哪，并没有用干法的思维来做系统除尘设计。

针对于陶瓷行业原料的特性，首先要从源头开始，做好工艺设计，减少扬尘点，树立“凡有扬尘，就必除尘”的思维，尽最大可能实行密封输送，参照水泥行业现有的成熟经验，采用成熟、先进、合理的处理工艺，在投资、经济、环保之间取得平衡，并具备适当的安全系数，做好系统的除尘设计。

1.4.2 采取适用、有效的工艺控制措施

选择扬尘少的设备，陶瓷原料、粉料采取螺旋输送、空气斜槽、提升机等密闭式输送设备；对于需皮带机输送的物料尽量降低物料落差，采用密闭输送，减少粉尘外逸；原料、粉料储存采用密闭圆库，厂内物料的装卸、倒运及物料的露天堆场等处，考虑喷水增湿或其他措施，减少扬尘。

1.4.3 提升陶瓷干法制粉车间智能、自动化的水平

作为一个粉料的制备车间，无论采取多少措施都难免不会排放一些粉尘。随着各项控制技术的发展，企业环保意识和自动化水平的提升，陶瓷干法制粉车间一定会实现正常工作时车间无人化操作，工人大部分时间在室内作业，各生产工序设置有隔离的值班室。在办公室电脑上完成各项操作，实现制粉车间无人化生产。

2 干法制粉工艺应用前景

从国内20世纪90年代开始，咸阳陶瓷研究设计院把干法制粉工艺与装备结合，通过借鉴国外技术和经验，开始研究陶瓷墙地砖干法制粉工艺技术。相继研发出了不同机理的干法制粉设备，如WZ2500型、WZ3000型卧式造粒机、LZ -1700型立式造粒机等系列设备。20世纪90年代中期，咸阳陶瓷研究设计院又开始研究开发与大吨位自动压砖机配套的增湿造粒干法制粉生产线，并相继研发出了新型辊筒式造粒机和振动流化干燥床。近年来，我国各陶瓷研究单位相继进行了新一轮的干法制粉工艺及设备开发。2012年，义科节能研发的第一条干法制粉中试生产线在淄博投产。2013年，义科节能的“陶瓷干法制粉工艺及其装备”通过了山东省科技厅组织的专家鉴定。2014年佛山市博晖机电有限公司与LB公司联手打造的山东东鹏陶瓷干法制粉示范生产线投产。2016年，咸阳陶瓷研究设计院承担的国家的“十二五”科技支撑课题“陶瓷砖新型干法短流程工艺关键技术与示范”通过了中国建筑材料联合会组织的专家验收。

干法制粉工艺替代湿法制粉工艺，可节约电耗20%，节约热耗65%，节约水耗80%。在节省大量的资源和能耗的同时，能显著降低产品成本，经济效益明显，这是推动陶瓷企业实施干法制粉工艺的内在动力。同时，近年来随着国家宏观经济的发展，环保政策的调整，环保要求的提高，建筑陶瓷行业作为高能耗企业，节能降耗压力巨大，节能减排政策的驱使成为干法制粉工艺外在的推动力。因此，干法制粉工艺在建筑陶瓷行业的推广应用，对实现建筑陶瓷工业的绿色制造，实现建筑陶瓷工业可持续发展，具有重要的现实意义，其推广应用前景较好。

3 结语

建筑陶瓷干法制粉技术具有节能、环保等众多优势，其发展前景一定是广阔的，而清洁化生产技术将是其发展的重要保证。在陶瓷干法清洁化技术发展的道路上，社会、企业、员工都要重视清洁化技术，并逐步落实、完善、发展好干法制粉清洁化技术，使干法制粉清洁化技术能更加广泛地应用于建筑陶瓷行业，实现建筑陶瓷工业的绿色制造。