百乐宫网站 > 建筑陶瓷 >

佩服!建陶绿色生产设计这位教授仅用二十分钟

作者:admin时间:2019-09-14 06:25

  6月19日下午,由中国陶瓷工业协会、陶瓷资讯、陶卫网、广州新之联展览联合主办的第十三届国际陶瓷工业发展论坛在广州隆重举行。

  本次论坛以“绿色 创新 智能——引领陶瓷工业高质量发展”为主题,景德镇陶瓷大学材料工程学院副院长汪永清作了《陶瓷绿色生产设计》的专题演讲,今天在此分享。

  今天的报告主题是《陶瓷绿色生产设计》,绿色化的生产应该说是行业的一个永恒的主题。现在我们国家把绿色发展作为五大发展理念之一,在座的陶瓷行业各位企业家、技术骨干、领导,都能体会到环保的压力,或者对绿色化需求的紧迫性。

  我是高校的老师,只是从自己前几年所做的一些相关的研发工作和大家来进行一些交流。根据我前面做的一些工作主要涉及四个方面:

  建筑陶瓷的低温快烧,烧制温度大家都知道,瓷质砖烧成温度一般在1200℃-1220 ℃左右。那么能不能再继续降低温度?

  建筑陶瓷行业的能耗主要集中在烧成部分,约为总能耗的50%左右,因此,如果降低烧成温度100℃左右,总能耗可降低10~15%,并能够大大减少CO2等废气的排放,其经济效益和社会效益十分显著,是当前陶瓷行业可持续发展的重要技术需求和动力。

  根据K2O-Al2O3-SiO2,其低共熔点为985℃,我们以最低共同点为基础配方进行优化,通过原料的选择、工艺的调整,烧成温度还是可以往下降的。

  在这个情况下,熔剂性原料的选择应多元化,粘土的耐火度不应太高,但需要有一定的可塑性来满足产品的干坯强度,在较低温度下液相数量和粘度均合适,在相对较低的温度下生成低共熔物即液相。

  我们做了系列研究,主要是复合熔剂的应用,锂应该说是很好的一个助熔剂,现在锂又是一个新能源的材料,但是有些锂矿物还是可以选择拿它来做一些低温熔剂的。

  这是我们做的一个结构的分析,从这来看五元熔剂产生晶体的数量和尺度,像莫来石的尺度要比三元的要好,它的产品的强度和韧性要比三元的要好很多,采用复合熔剂的方式,它可以在较低的温度下烧成,又能够保证它一定的强度和韧性。

  这是的XRD图,就是物相分析,我们可以看到它莫来石相,SEM像中间的针状物就是莫来石晶体,存在大量长度在3~10μm的莫来石晶体,所以坯体强度可达60.5MPa(优于国家标准72.8%)莫氏硬度可达6。

  这是我们做产业化的一个情况,一个照片,这个不是实验室技术,而是可以实现产业化的一个技术。

  很早的时候,由景德镇陶瓷大学主持的一个国家支撑计划就是超薄砖。建筑陶瓷可以做到3-5毫米,非常薄,也可以做得很大,但又非常薄。但是现在蒙娜丽莎就做得很好,一直在生产,山东也有陶瓷厂在做超薄砖。

  但是超薄砖这些年来看还没有成为主流产品,一是因为它的铺贴和消费者的接受等方面的影响,但我想一些陶瓷产品不一定做超薄,能不能按减薄的意思?我很早就提出过薄型化的概念。

  1、陶瓷砖生产所需原材料、矿物资源、能源也成比例增加,导致资源消耗大、能源浪费大,增加企业生产成本。

  以下这个数据表,产品厚度不同,单位面积的产品的耗料量明显增加。从这个角度来说,不一定就减到3-5毫米,原来从18减到16减到14都行,产品的性能有保障,消费者市场上又能接受。

  做薄砖的优点:(1)具有较好的生产工艺技术基础,只需在现有设备基础上进行改造甚至于不用改造就可实现生产;(2)薄砖在铺贴上可以使用传统方法而不必类同薄板需要新的工艺,更容易被市场及客户接受。

  薄砖生产存在的技术难题:(1)坯体干燥强度和烧结强度低,无法达到生产过程要求;(2)普通陶瓷砖二次布料、冲压成型、烧成和抛光工艺技术无法满足薄砖生产要求,产品质量难以达标。

  基于现有的普通陶瓷砖生产线和生产技术条件,采用冲压成型工艺制备薄型微粉抛光砖,重点通过坯体配方组成研究及粉料颗粒级配、二次布料工艺、成型、烧成和后期抛光加工工艺优化调整,有效实现坯体增强(包括生坯强度和成瓷烧结强度)和保障薄砖产品质量,形成成套薄砖生产技术,并在此基础上进行系列薄型建筑陶瓷砖产品开发。

  将可塑性原料(包括高岭土和球土)含量增加或采用高效坯体增强剂,可有效提高薄砖生坯的干燥强度,如下表所示。

  试验表明,本项目研制的薄砖具有较高的生坯强度,甚至可满足薄型渗花抛光砖的生产要求。

  在坯体配方中采用Al2O3含量相对较高的水洗球土取代部分高岭土,在适当提高坯体配方中Al2O3含量的同时,有利于高温液相存在条件下提高Al2O3和石英反应活性,形成更多的莫来石晶相。

  引入部分滑石以提高MgO含量(即增加二价碱土金属的组分含量),使其与配方组成中长石类石粒中存在一价碱金属组分形成复合熔剂。在相对较低的烧成温度条件下,形成尽更多的粘度相对较大的液相,以降低莫来石形成温度和促进莫来石晶相的生成。

  比如我们增加了一定氧化锂的含量,提高了镁的含量,来改变它的里面晶相和他的玻璃相的组成,那么结构相对致密,还有较多的莫来石晶相的坯体。从腐蚀以后的产品结构来看,就是说莫来石已经形成了网络结构,那么它就可以通过多熔剂的复合,可以来使得它的产品虽然减薄了,性能也很好。

  这样的技术指标,破坏强度达930N,断裂模数可以达到43Mpa,表面质量都达到了技术要求。

  中国人喜欢漂亮,砖要做得很白、很干净,但实际上现在流行水泥砖、灰色砖等,不一定都要用高品位的原料,有些低品位原料也可以在建筑陶瓷中有很好的应用。但是低品位原料应用起来在生产技术的要求可能会更高。

  这个项目是当时国家的863计划项目。稀土大家都知道,跟美国打官司,特意把稀土作为一个战略资源提出来。

  赣州生产离子型稀土,其实矿产里面的稀土,只要含有0.5%,就可以开采。那么它怎么开采?

  它是附着在一些粘土矿物上面的,要先把它用酸萃取出来,然后用碱去沉淀,然后形成了一点稀土,但是带来的一些危害就比较大。原来的方式是把山皮挖掉以后,就把挖出来的粉推到最边上,然后把酸进去泡,泡了以后把水倒到另外一个池子里,再用碱去沉淀,所以带来了很多的问题。

  如果是说把我们的山体泥巴用酸一浸,碱一浸,这种方式沙漠化很严重,所以后面这种池浸、堆浸开采方式停了,现在采用原位萃取方式,就是在山上打洞,然后向洞里灌药,其实也会带来很多的环境问题。

  统计表明,生产1吨稀土产品需排放约2000 ~ 3000吨尾矿,经30多年的开采,赣南稀土尾矿已堆积如山,多达十几亿吨。给当地以及附近区域的生态环境与经济建设带来了严重影响。

  我们提出来能不能把这个进行资源化利用,因为它酸浸泡的泥巴,植被是很难生长的,如能资源化利用,可以解决其环境问题。

  研究表明稀土尾矿开发利用过程中,由于其矿物组成、化学组成变化波动很大,难以控制;而且杂质含量多、变化大,难以形成原料的标准化,给制作高附加值的硅酸盐产品带来很高的难度,所以至今国内外尚未形成成熟的稀土尾矿产品的产业化技术。

  如何通过科学技术创新,将稀土尾矿这样的低品位的硅酸盐矿物资源加以开发利用、将其变废为宝,取代正在使用的优质矿产资源,是我国硅酸盐工业可持续发展的重要任务之一。这就需要开展科技创新,将大量长期废弃的稀土金属尾矿得以开发应用、成为工业资源。

  我们做了一些专门的地质调查,就在稀土开采的寻乌县,广东有一家陶瓷公司在那里开了几条生产线。我们在那里选了一个矿区做了些分析,实际上它的主要的成分和矿物成分主要是云母、石英、花岗石,还有黏土,实际组成跟我们传统的沙泥差不多。尾砂中残留的主要矿物为高岭土、石英和部分未风化的长石类矿物及少量的磁铁矿、钛铁矿等。

  它的化学成分,从选择的两个矿区的化学成分含量的平均值看,涵水矿区除SiO2比石角里低6.76%、K2O含量高3.39%外, 其他元素都略高于或等于石角里矿区,总体来看,波动范围较小。

  我们也对它进行了一些矿物的分析,它主要的含有什么矿物,还有一些矿物的库存状态,我们做了很详细的分析。

  像高岭土呈鳞片状,它是一种微晶结合,它里面还包了一些其他的像稀土、高晶石,或者还有一些磁铁矿。

  从铁杂质的赋存状态,我们可以判断这里面的一些杂质能不能分离出来,能不能采用其他方式把它去掉,减少铁的含量,能够得到相对比较纯的原料。

  实际上我们处理有两种方式:一种直接把它的原矿拉出来用,第二种把它经过分离以后拉过来用。

  刚刚看到成分里面氧化铝含率比较低,所以我们要引入一定的铝原料,然后采用复合熔剂来做。但是它里面有一些问题,比如说解胶相对于困难,大家知道我们陶瓷原料是碱性的,用酸浸泡过以后,原料解胶是比较困难,但是实际上还是可以解决的。我们通过配方设计加入了少量一点工业铝矾土,然后硅灰石做了一些调整,尾矿可以用到50%,产品质量完全达标。

  这里只是以稀土尾矿的应用作为一个例子,一个思路,低品位原料很多,根据产品类型,可以去做一些这方面的工作,优质原料越来越少,不是所有的产品都要用优质原料,这样的理念要深入到企业每个人心里。

  去年我们国家把固废的资源化立了一个专项,我负责其中一个课题:陶瓷固废处理。

  陶瓷固废项目刚开始,在这只是提供一个思路,应该说陶瓷生产中整个生产环节都有固废。绿色化生产应该是生产全流程的,从矿山到生产过程到应用到废弃,整个生命流程的一个绿色化,而不是某个阶段的绿色化。

  固废有烧结固废和未烧结固废。以未烧结固废来说,他的废坯物相结构不会发生改变,可以直接拿回去用。但是沉淀污泥相对来说成分比较复杂,我们经过检测发现它里面存在一定的重金属污染的问题。因为你前面的釉或者是装饰的材料里面有重金属进去,很多企业处理过程中没有考虑这个问题,会不会对环境造成二次污染?

  因为烧结固废可能相对来用起来就比较困难,它物相结构发生改变,而且来源也比较复杂。

  区域的不平衡,像广东对环保抓得比较严,相对的技术、资金投入比较多,相对处理得比较好。我知道广东很多企业是没有固废出厂,但是有些地区不一定。第二个是企业的不平衡。像我知道顺成、宏宇他们是没有固废出去的,唯美在江西的基地固废的处理也做得很好,但是有些小企业它没技术力量,它本身的产品质量不稳定,再让他用固废,它的质量更不稳定,没法控制了,所以它很多的固废没有去使用。

  如果我们把它用在瓷片,那么瓷片的吸水率是百分之十几,会不会在降解的过程中被扔到环境中去造成二次污染呢?可能现在在利用过程中没有人去考虑这个问题,当然做的过程中还存在一些技术问题,比如低成本、高效的粉碎技术等。

  抛光废料因为含有SiC等高温发泡成分,难以直接回收利用。但其最有效、最经济的利用途径是企业自行消化。现在有做单独的产品,但是我提出来的固废的利用,没有说专门的产品,现在可以做渗水砖,可以做发泡陶瓷,但是如果是说一个园区它没有这个产业呢,那么还要建一个产业吗?

  所以我认为最好的方式是比较大的企业在企业内消耗掉,如小型企业,产品类型不全的地方,可以在园区内解决。一个陶瓷园区有不同的产品类型,可以完全把它消耗掉,可以保证零排放。这是我提的一个整体方案。

  建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷,由于各种部分类型比较多,首先要分质分类,然后要经过预处理(预处理包括高效粉碎、均化,因为成分比较复杂,必须均化)。针对不同的产品要进行配方设计,我们提出的一个理念是回收再用可能会对产品性能更好。

  景德镇有一个产品,把陶瓷固废做成陶瓷项链,就是女同志挂件的这种,可以做抽屉的把手或者电器的盖板等等,强度、韧性很高。因为它是已经烧过了,里面已经形成了晶相。如果经过一次配料、烧成,有一个高温物相重构,它会使得产品的性能有一个更大的提升。

  第二,一定要考虑有害成分的问题。所以我们提出有害成分的一个高温固化的问题,必须使它不再对环境有影响。

  给大家简单介绍我前面所做的工作,也是提出一些思路,可能有很多企业做得更多,做得更好。大家共同努力,把陶瓷生产过程的绿色化真正做好,使我们陶瓷行业能够健康的发展,谢谢大家。