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瓷粉廢料在建筑材料行業(yè)的綜合利用

文檔作者：董耀武孫振平孫廣榮謝慧東文檔來源： 1．同濟大學先進土木工程材料教育部重點實驗室 2．中電投江西核電有限公司 3．山東華森混凝土有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月07日
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文章編號：1007—046X(2014)05-0013-04
一固廢利用
瓷粉廢料在建筑材料行業(yè)的綜合利用
Comprehensive Utilization of Waste Porcelain Powder in Building Materials Industry
董耀武 ，孫振平 ，孫廣榮z，謝慧東
(1．同濟大學先進土木工程材料教育部重點實驗室，上海201804；
2．中電投江西核電有限公司，江西九江332000；3．山東華森混凝土有限公司，山東濟南250101)
摘要： 近十年來，我國陶瓷行業(yè)發(fā)展日漸迅猛，所產(chǎn)生的邊角廢料也逐漸增多，傳統(tǒng)的堆放填埋等處理方式造成
越來越重的環(huán)境負荷，限制了陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時，建材行業(yè)是消耗工業(yè)廢料的重要場所，兩
個行業(yè)的結(jié)合是資源整合可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。因此在分析瓷粉廢料(WPP)的主要來源和特性基礎(chǔ)上，
探討WPP在建筑材料行業(yè)的綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展措施，最后提出了作者的觀點。
關(guān)鍵詞： 瓷粉廢料；綜合利用；活性；建材行業(yè)
中圖分類號：X701．3 文獻標志碼：A
0 前言
作為陶瓷生產(chǎn)大國，我國陶瓷工業(yè)近十年來得到了迅
猛發(fā)展。2012年全國陶瓷墻地磚產(chǎn)量多達94億mz，衛(wèi)生
陶瓷產(chǎn)量達2億件，工業(yè)陶瓷產(chǎn)量達1．55億件，日用陶
瓷產(chǎn)量達1．77億件，均占同類產(chǎn)品世界年總產(chǎn)量的60％
以上。今后很長時間，我國繼續(xù)保持陶瓷產(chǎn)量世界第一、
人均消費瓷磚第一和產(chǎn)品出口第一的陶瓷大國地位?。然
而與此同時，陶瓷工業(yè)的發(fā)展不可避免地產(chǎn)生了大量陶瓷
廢料，例如每生產(chǎn)l m 拋光磚所產(chǎn)生的固體廢棄物約(1．95
～ 2．1O)kg，全國拋光磚生產(chǎn)線每年排放的磚屑廢料多達
1 000多萬t[21。根據(jù)英國陶瓷協(xié)會提供的資料，可以在坯
體配方中引入的經(jīng)加工后的陶瓷廢料量僅為4％ 8％，然
而整個燒成工序包括制品出庫前的損耗為6％ 12％，因
此陶瓷廠不能就地消化的陶瓷廢料占工廠陶瓷總加工量的
4％～8％t3J。大部分的陶瓷廢料以瓷粉廢料為主，而瓷粉廢
料的處理是長期以來困擾陶瓷行業(yè)的難題，處理不當會給
周邊環(huán)境帶來非常嚴重的危害，影響周邊地區(qū)人們的生活
質(zhì)量。
根據(jù)現(xiàn)有報道，目前國內(nèi)外對瓷粉廢料的綜合利用，
主要采取以下兩種方式：一是將瓷粉廢料回收作為礦物原
料，制備陶瓷漿料，在行業(yè)內(nèi)消化廢料[4-5 ；二是應(yīng)用于建
材行業(yè)，如將瓷粉廢料作為摻合料替代部分水泥，或者初
步加工后用以生產(chǎn)各種建筑材料，或者制備一些特殊功能
材料如廢氣和廢水處理材料 ]?？傊罱K目標是實現(xiàn)瓷
粉廢料的資源化循環(huán)利用，減少污染、節(jié)省優(yōu)質(zhì)礦物原料
的開采。這是陶瓷行業(yè)節(jié)資、節(jié)能、減排和降低成本的可
行之路。
本文簡述瓷粉廢料的來源及特性，全面分析了瓷粉廢
料在建材行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，就瓷粉廢料資
源化綜合利用問題提出作者自己的觀點，希望對瓷粉廢料
在建材行業(yè)的資源化安全利用有所裨益。
1 瓷粉廢料來源及特性
1．1 來源
陶瓷工業(yè)所產(chǎn)生的廢料主要是在陶瓷制品生產(chǎn)過程中，
由于成形、干燥、施釉、搬運、焙燒及貯存等不同工序中
產(chǎn)生的廢料，大致分為坯體廢料、廢釉料、燒成廢料和磚
屑廢料四類【8- ，如圖1所示。
坯體廢料。主要是指陶瓷制品焙燒之前所形成的廢
料，包括上釉坯體廢料及無釉坯體廢料。在陶瓷生產(chǎn)加工
工序及中間運輸過程中都會造成廢泥和廢坯，統(tǒng)稱為坯體
廢料。由于這些坯體廢料未經(jīng)過焙燒，大部分可以在本廠
回收再利用。
基金項目： “十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAJ2OBO2)；國家自然科學基金項目(51178339)
5／2014 粉煤灰 13

影響聚羧酸類減水劑(MB—SR3)的飽和點摻量，但影響
萘系減水劑(FDN)的相容性。
江南寧等II2l重點研究了瓷粉廢料摻量對水泥凈漿水化
性能的影響。結(jié)果表明：瓷粉廢料能促進水泥的水化，對
水泥水化產(chǎn)物的種類無明顯影響，但對水化產(chǎn)物的數(shù)量卻
有一定的影響。隨著瓷粉廢料摻量的增加，單位質(zhì)量水泥
化學結(jié)合水量呈上升趨勢，單位質(zhì)量膠凝材料化學結(jié)合水
量呈下降趨勢。瓷粉廢料摻量為30％ 時，水化產(chǎn)物中
Ca(OH)，的含量降低，而AFt的含量稍有增加，這說明瓷
粉廢料能促進水泥的水化，然而其活性在后期(56 d)才
能得以發(fā)揮。
只要對瓷粉廢料進行有效的處理和質(zhì)量控制，瓷粉廢
料不僅不會影響水泥的粉磨效果，相反會在一定程度上使
水泥比表面積有所提高，改善水泥本身的各項品質(zhì)。Ay N
和Unal M研究證明_13】，隨著瓷粉廢料摻量的增加，水泥
的強度有所降低，需水量變大，凝結(jié)時間變長，但是只要
選擇合適的配比，將其摻量控制在35％ 以內(nèi)，完全可以
生產(chǎn)出較高強度等級的水泥。
2．2 建筑材料和道路材料
拋光磚由于表面光滑，頗受用戶喜愛。但采用拋光磚
生產(chǎn)工藝，由于在拋光階段產(chǎn)生大量的磚屑廢料，這種廢
料難于利用，限制了這種產(chǎn)品的規(guī)?；l(fā)展。磚屑廢料中
含有氯氧鎂水泥等雜質(zhì)，直接回收利用磚屑廢料做漿料會
導致坯體產(chǎn)生膨脹、針孔和變形等缺陷。曾權(quán)等_l4針對這
一難題，提出了分類回收、自然沉降和分類使用的最優(yōu)處
理思路，將發(fā)泡廢渣作為洞石原料直接用于洞石面料配方
中，制備的產(chǎn)品性能優(yōu)異；對磚屑廢料進行改性后回用于
拋光磚底、面料配方中，各項性能指標達到生產(chǎn)要求。
稅安澤等[151研究制備了以磚屑廢料、高溫砂、低溫砂
以及各種黏土為原料，經(jīng)球磨、干燥、成形、燒成后制備
了以閉口氣孔為主、兼具保溫隔熱功能的新型輕質(zhì)建筑材
料。其就原料組分和配方，各工藝參數(shù)對產(chǎn)品表觀密度、
孔隙率、孔結(jié)構(gòu)、導熱系數(shù)和機械強度等的影響進行了試
驗研究，所制得的產(chǎn)品充分利用了磚屑廢料，表觀密度為
900 kg／m ，抗折強度為6．0 MPa，導熱系數(shù)為0．230 W／m．K，
耐火度>1 200℃。
2．3 固體廢棄物混凝土
固體廢棄物混凝土材料(SWC)是以固體廢棄物為
主要原料，具有普通混凝土基本性能的一種環(huán)保材料。它
可用于制造建筑墻材，也可以用于各種道路和其他建筑工
程的地面鋪打材料。報道顯示，上海、天津等城市利用建
筑垃圾制備SWC材料，用于道路磚的生產(chǎn)；而香港以生
活垃圾為原料制造SWC環(huán)保磚。以瓷粉廢料為原料之一
的SWC的生產(chǎn)在國內(nèi)目前也有報道。
陸盛武等[16】分析了陶瓷在破碎過程中所產(chǎn)生大量的
粉末(即瓷粉廢料)直接充當SWC添加物的可能性及意
義，并進行了初步試驗。經(jīng)檢測，破碎后的廢磚，其松散堆
積密度基本符合建筑用集料的標準，破碎后的顆粒級配用
天然砂調(diào)整，粗集料的粒徑在(5—15)mm之間，細集料的
粒徑在(1～5)mm之間。按照一般混凝土的配合比設(shè)計
方法，將原材料按一定的配合比混合。試驗表明，以瓷粉
廢料為主要原料，輔以水泥(一般選用32．5級以上硅酸鹽
系列水泥)和高強粘結(jié)劑(有機粘結(jié)劑)制備的SWC材
料，可用于生產(chǎn)性能符合標準要求的免燒型廣場道路磚。
2．4 加氣混凝土
加氣混凝土具有質(zhì)輕、隔熱、絕熱、隔聲性能良好等
優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于非承重內(nèi)、外墻體中。加氣混凝土的生
產(chǎn)能利用大量的瓷粉廢料，具有很好的經(jīng)濟和社會意義。
徐志輝等117]研究探討了利用瓷粉廢料制備加氣混凝土
的問題。發(fā)現(xiàn)瓷粉廢料對漿體流變性有重要影響，摻
量越多，漿體的屈服應(yīng)力越大，稠度越大，流變性能越差，
對發(fā)氣及其氣孔結(jié)構(gòu)不利；瓷粉廢料制備加氣混凝土的最
佳配比為 (水泥)：m(石灰)：m(瓷粉廢料)：m(粉煤灰)：
m f石膏1=20：17：39：21：3，水料比為0．56，鋁粉用量
為干基料的0．1％，加氣混凝土表觀密度可以達到B 06等
級的要求。進一步研究發(fā)現(xiàn)，選擇蒸養(yǎng)作為養(yǎng)護方式，形
成的水化產(chǎn)物主要有c—s—H凝膠、柳葉狀托勃莫來石及
少量的水化石榴子石，水化產(chǎn)物晶體相互交插連接密集叢
生，晶形發(fā)育良好，形成致密的網(wǎng)絡(luò)狀微觀結(jié)構(gòu)，從而進
一步改善了加氣混凝土的力學性能。
2．5 輕質(zhì)集料
近年來國內(nèi)外也開始利用工業(yè)廢料生產(chǎn)陶粒。由于陶
粒容重小且內(nèi)部多孔，形態(tài)和成分比較均一，具有一定的
強度和堅固性，因而具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良
好的保溫、隔熱、隔音、隔潮等功能特點，得到了廣泛應(yīng)
用。在建筑方面，陶?？梢宰鳛檩p集料制備輕集料混凝土
和墻體保溫板，也可以作為填料填充于空心墻或窯的襯層
中起隔熱保溫作用。
侯來廣等[181I)~磚屑廢料、黏土、水泥及其他添加劑為
包裹料，以膨脹珍珠巖為核心，經(jīng)包裹成球后自然養(yǎng)護得
到輕質(zhì)夾心型免燒陶粒。該陶粒生產(chǎn)工藝簡單、免燒結(jié)，
而且還充分利用了陶瓷產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物。以該陶粒為輕集料，
5／2014 粉煤灰 15
添加少量的膨脹珍珠巖，以水泥、粉煤灰為膠結(jié)材料制備
的吸聲材料，其吸聲效果好，特別是在低頻的400 Hz左
右吸聲效果最佳。該吸聲材料的密度小，不含纖維等有害
物質(zhì)，屬于綠色環(huán)保建筑材料。該研究為瓷粉廢料的資源
化利用提供了一條新思路。
3 展望
隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的持續(xù)推進，對環(huán)境保護提
出了更高的要求。降低環(huán)境污染，加大對各種工業(yè)廢棄物
的資源化安全利用力度，是環(huán)保工業(yè)的兩個主要發(fā)展方向。
將瓷粉廢料回收、預(yù)處理和分類作為廉價原料，用于
原材料消耗大的陶瓷工業(yè)本身和建材行業(yè)領(lǐng)域，既能大批
量無害化處理瓷粉廢料，又可以為建材行業(yè)提供一種新的
原材料。實現(xiàn)陶瓷、建材兩大工業(yè)的有機結(jié)合，無疑會產(chǎn)
生巨大的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，并起到良好的
示范性效應(yīng)。
具體而言，筆者認為，在今后相當長的一段時間里，
對瓷粉廢料的研究和實際應(yīng)用應(yīng)朝著以下方向努力。
(1)瓷粉廢料的行業(yè)內(nèi)部消化。陶瓷行業(yè)產(chǎn)能巨大，
生產(chǎn)的陶瓷種類繁多，如果能在陶瓷行業(yè)內(nèi)部有效循環(huán)利
用瓷粉廢料，可以產(chǎn)生充分的價值。建議開展瓷粉廢料回
收作為坯料原料，或制備一些原料品質(zhì)要求較低的燒結(jié)磚
等方面關(guān)鍵技術(shù)的研究。
(2)瓷粉廢料在建材行業(yè)的資源化利用。建材行業(yè)是
利用各種固體廢棄物的重要行業(yè)，應(yīng)采取因地制宜、因材
制宜的方式，根據(jù)瓷粉廢料自身特性，進行充分的有效的
利用，如深入研究并推廣這些技術(shù)：瓷粉廢料作為水泥生
產(chǎn)混合材原材料、水泥混合材、混凝土摻合料的可能性，
以及利用瓷粉廢料生產(chǎn)輕質(zhì)集料(如陶粒)，制備功能性
建筑材料產(chǎn)品(如陶粒混凝土和加氣混凝土)等。
除此之外，筆者認為，政府和陶瓷行業(yè)內(nèi)部還應(yīng)重點
考慮對資源化利用瓷粉廢料的企業(yè)進行適當?shù)沫h(huán)保獎勵和
政策鼓勵。如鼓勵節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)裝備及產(chǎn)品發(fā)展，引導各
種資本投資建設(shè)先進生產(chǎn)能力，研究制定出臺環(huán)保產(chǎn)品和
消費的激勵政策，進一步落實和完善環(huán)保產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有稅收優(yōu)
惠政策等。這些政策驅(qū)動力對于陶瓷行業(yè)和建材行業(yè)的有
機結(jié)合和共同發(fā)展將會起到十分重要的保障作用。
6 coAL ASH 5／2014
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作者簡介：萱耀武，男，(1989一)，山西霍州人，同濟大學在讀碩士研
究生孫振平，男，(1969一)，新疆奇臺人，同濟大學材料科學與工程學
院教授，博士，博導通信地址：上海市曹安公路4800號(郵編201 804)
E—mail：szhp@tongji．edu．cn．
收稿日期：2014年2月12日

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