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陶瓷廢料在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展

文檔作者：欒向峰曹遠(yuǎn)尼肖理紅彭紅建謝佑卿文檔來源： 1 中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 2 中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年04月20日
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陶瓷廢料在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展／欒向峰等 · 145 ·
陶瓷廢料在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展
欒向峰 ，曹遠(yuǎn)尼 ，肖理紅 ，彭紅建 ，謝佑卿 ，
(1 中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長沙410083；2 中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙410083)
摘要 隨著社會經(jīng)濟(jì)及陶瓷行業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑陶瓷廢料日益增多，環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重，因此陶瓷廢料的
再利用近年來成為A-q1關(guān)注的焦點(diǎn)。利用陶瓷廢料生產(chǎn)建筑材料，既能使資源得到有效利用，又可以減少對環(huán)境的
污染和破壞。綜述了陶瓷廢料的分類以及在建筑材料中的應(yīng)用，重點(diǎn)討論了利用陶瓷拋光廢料制備建筑材料的最新
制備工藝，最后展望了陶瓷廢料的應(yīng)用前景，并分析了在陶瓷廢料的回收利用中亟待解決的問題。
關(guān)鍵詞 陶瓷廢料制備工藝建筑材料
中圖分類號：TU52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10．11896／j．issn．1005—023X 2015．013．028
Progress in Application of Ceramic W aste in Building M aterials
LUAN Xiangfeng ，CAO Yuanni ，XIAO Lihong ，PENG Hongj ian ，XIE Youqing '
(1 School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083；2 School of Materials Science
and Engineering，Central South University，Changsha 410083)
Abstract W ith the rapid development of social economy and the ceramic industry，building ceramics waste is
increasing day by day，the environmental pollution is becoming more serious．Therefore，ceramic waste recycling be—
come the focus of attention in recent years．Applying ceramic waste in the production of building materials can make
efficient use of resources but also can reduce the pollution and damage to the environment．The classification and appli—
cation in building materials of ceramic waste are reviewed in this article，with special focus on the latest manufacturing
process and its features about using ceramic polishing waste．Finally the application of ceramic waste is prospected and
the problem to be solved in the recycling of ceramic waste is analyzed．
Key words ceramic waste，manufacturing process，building materials
0 引言
改革開放以來，陶瓷行業(yè)迅猛發(fā)展，我國已成為世界上
陶瓷生產(chǎn)第一大國，產(chǎn)品出口到160多個國家和地區(qū)，年出
口總量與金額均居世界首位。陶瓷行業(yè)日漸成為我國國民
經(jīng)濟(jì)中的一個重要產(chǎn)業(yè)，也成為推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動
力。但是，陶瓷產(chǎn)業(yè)高污染、高能耗、高排放的現(xiàn)狀嚴(yán)重制約
著行業(yè)的發(fā)展。由于陶瓷廢料無法降解，其中又含有化學(xué)物
質(zhì)，從而嚴(yán)重污染了人們賴以生存的水、空氣和土壤環(huán)境。
在廣東佛山、潮州等陶瓷產(chǎn)業(yè)密集度高、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，陶
瓷行業(yè)對空氣、土地等的環(huán)境污染現(xiàn)象更為嚴(yán)重。特別是近
20年的高速發(fā)展，隨著產(chǎn)量的增加，陶瓷廢料尤其是拋光磚
廢料的數(shù)量越來越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅佛山陶瓷產(chǎn)區(qū)，各種拋光磚
廢料的年生產(chǎn)量已經(jīng)超過200萬t(陶瓷廢料總量預(yù)計(jì)400
萬t)，全國拋光磚廢料的年生產(chǎn)量估計(jì)在500萬t左右(陶瓷
廢料總量預(yù)計(jì)1000萬t)。如此大量的陶瓷廢料已經(jīng)不能用
簡單的填埋方法來解決，必須對這些廢料進(jìn)行合理加工處理
或再利用，否則陶瓷廢料“山”將越堆越高，嚴(yán)重破壞人類的
生態(tài)環(huán)境【1]。因此，如何將陶瓷廢料合理利用，變廢為寶，已
成為陶瓷生產(chǎn)企業(yè)和環(huán)保部門共同關(guān)注的問題l=2]。
目前，建筑材料除了在性能上追求輕質(zhì)、高強(qiáng)度、低吸水
率、低導(dǎo)熱系數(shù)之外，如何降低生產(chǎn)成本也是各廠家競爭的
焦點(diǎn)。利用各類劣質(zhì)原料來制備高強(qiáng)度的輕質(zhì)建材是降低
成本的有效途徑，因此陶瓷廢料進(jìn)入了人們的視野。陶瓷廢
料在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，為有效處理這些數(shù)
量巨大的陶瓷廢料，國內(nèi)外科研工作者進(jìn)行了大量的研究工
作，并取得了初步的成果。許多企業(yè)和科研單位利用特殊的
工藝生產(chǎn)多孔陶瓷、陶粒、陶瓷磚、水泥，并將陶瓷廢料用于
開發(fā)固體混凝土材料。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新
的制備工藝層出不窮并且創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
1 陶瓷廢料的分類
陶瓷廢料主要是指在陶瓷制品生產(chǎn)過程中，由于成型、
干燥、施釉、搬運(yùn)、燒成及貯存等工序而產(chǎn)生的廢料_3“]，通常
分類為：
(1)坯體廢料，主要是指陶瓷制品燒成之前所形成的廢
*湖南省環(huán)保廳資助項(xiàng)目(2014-22)；湖南省知識產(chǎn)權(quán)局資助項(xiàng)目(2014e警004)；中南大學(xué)貴重儀器設(shè)備共享基金(CSUZC2Ol4020)
欒向峰：男，1992年生，碩士生，研究方向?yàn)楣δ懿牧螮-mail：luanxiangfeng@163．com 彭紅建：通訊作者，男，1971年生，博士，
副教授，研究方向?yàn)楣δ懿牧螮-mail：phi108@163．com
· 146· 材料導(dǎo)報(bào)A：綜述篇 2015年7月(上)第29卷第7期
料，包括上釉坯體廢料及無釉坯體廢料。
(2)廢釉料，是指在施釉過程中所形成的污水經(jīng)凈化處
理后產(chǎn)生的固體廢料，通常含有重金屬元素，按其化學(xué)含量
可分為有毒廢釉料和有害廢釉料。
(3)燒成廢料，是陶瓷制品經(jīng)焙燒后生成的廢料，主要是
因燒成廢品在貯存和搬運(yùn)等工序中損壞而產(chǎn)生的。
(4)廢石膏，在日用陶瓷和衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)過程中，使用
了大量的石膏模具，由于模具的機(jī)械強(qiáng)度較低，使用時(shí)間短，
極易損壞而成為石膏廢渣。
(5)廢匣缽，采用重油或煤作為燃料的陶瓷窯爐，由于重
油及煤的機(jī)械不完全燃燒損失及化學(xué)不完全燃燒損失偏高，
形成了大量未燃燼的游離碳，極易污染陶瓷制品，因此日用
陶瓷制品通常采用隔焰加熱的方式進(jìn)行焙燒。而獲得隔焰
加熱方式最經(jīng)濟(jì)的方法是采用匣缽焙燒，由于匣缽多次承受
室溫一高溫一室溫的循環(huán)熱應(yīng)力作用及裝缽過程中的搬運(yùn)、碰
撞等易于損壞而成為匣缽廢渣。
(6)拋光磚廢料，瓷質(zhì)磚及厚釉磚等經(jīng)刮平定厚、研磨拋
光及磨邊倒角等一系列深加工后成為光亮如鏡及平滑細(xì)膩
的拋光磚制品，在此過程中產(chǎn)生了大量的拋光磚廢渣。目
前，我國陶瓷廢料的年排放量預(yù)計(jì)已經(jīng)超過1800萬t，其中
拋光磚廢料占據(jù)了1／2以上。大量排放的陶瓷廢料，既擠占
土地，污染環(huán)境，又大大降低了礦產(chǎn)資源的有效利用率，并嚴(yán)
重阻礙了陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此陶瓷廢料，特別是拋
光磚廢料的資源化利用具有重要的科研價(jià)值和社會經(jīng)濟(jì)意
義 。 。
2 陶瓷廢料的利用
陶瓷生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢料可分為兩大類：廢泥和廢
瓷。由于廢坯泥大部分都可以回收再利用，又稱為回坯泥。
所以，廢瓷通常被陶瓷廠稱為真正意義上的廢料_】 。我國現(xiàn)
在已經(jīng)成為世界上最大的陶瓷生產(chǎn)國，如何將這些廢瓷進(jìn)行
加工處理和再利用，已成為陶瓷生產(chǎn)行業(yè)亟待解決的問題。
用陶瓷廢料生產(chǎn)建筑材料，不僅能使資源得到充分有效的利
用，而且極大地減少了對環(huán)境的污染和破壞I1 。下面簡單
介紹陶瓷廢料應(yīng)用于建筑材料中的最新制備工藝。
2．1 用來生產(chǎn)輕質(zhì)高強(qiáng)建筑陶瓷板材
華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的蔡曉軍等 ]以陶
瓷拋光廢料為主要原料，輔以長石、球土、石英等，通過大量
的探索性實(shí)驗(yàn)，確定了制備高強(qiáng)輕質(zhì)建筑材料的基礎(chǔ)配方。
實(shí)驗(yàn)過程中，陶瓷拋光廢料用量為6O (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，金鵬球
土用量分別為5 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))、lO (質(zhì)量分?jǐn)?shù))、15 (質(zhì)量
分?jǐn)?shù))、20 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，在此基礎(chǔ)上分別改變長石與石英的
比例來進(jìn)行配料。分別取各種不同配方原料100 g，水80 g，
三聚磷酸鈉0．5 g及聚甲基纖維素0．5 g，經(jīng)過混合球磨3O
rain，干燥過30目篩，然后在壓機(jī)上以15 MPa壓制成型，在
烘箱中干燥至恒重，最后分別在快速升溫電爐中于1160℃ 、
1180℃保溫20 min燒成，隨爐溫冷卻后得到樣品。通過測
試樣品的體積密度、吸水率、抗壓強(qiáng)度，確定基礎(chǔ)配方為：拋
光廢料6O (質(zhì)量分?jǐn)?shù))、球土5 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))、長石25 0／o(質(zhì)
量分?jǐn)?shù))、石英1O (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。綜合考慮各因素之間的相
互作用，選取了球磨時(shí)間、燒成溫度、保溫時(shí)問以及添加劑量
這4個主要的影響因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的制備工
藝條件：球磨時(shí)間42 rain，燒成溫度1170℃ ，保溫時(shí)間15
min，添加劑量5．5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。通過正交實(shí)驗(yàn)得到的優(yōu)化
條件更加準(zhǔn)確可靠，同時(shí)引人少量添加劑可以增加試樣材料
的強(qiáng)度以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
在應(yīng)用學(xué)科里，板材的定義為“寬度尺寸為厚度尺寸2
倍以上的鋸材 ”]。由于陶瓷輕質(zhì)板材擁有更好的抗折強(qiáng)度
和耐潮性能，且采用了60 以上的拋光廢料，真正實(shí)現(xiàn)了陶
瓷固體廢料的循環(huán)綜合利用，是一種符合可持續(xù)發(fā)展政策的
新型環(huán)保輕質(zhì)板材。功能性輕質(zhì)陶瓷板材在有效保護(hù)環(huán)境
的同時(shí)又具有良好的產(chǎn)品性能，是極優(yōu)的綠色墻體裝飾材料
和藝術(shù)裝飾材料口 。
采用濕法擠出成形法生產(chǎn)的新型陶瓷輕質(zhì)板材應(yīng)用于
建筑行業(yè)，不僅具有優(yōu)越的性能，也為消化拋光廢料提供了
一條全新的路徑。廣東摩德娜科技股份有限公司的李展華
等[1 ]研究了適用于新工廠的陶瓷輕質(zhì)板材生產(chǎn)工藝流程，如
圖1所示。
至亟垂亙]．[三 口+lj至鑾亟口 至 I配I．J箍l I造
噩 亙 ) 亙夏] 二j [] I料J J l l稅
l墮墮墊堂些 H 王堡H 塑盛卜l 型卜．1魚莖 壁l
圖1 新工廠中陶瓷輕質(zhì)板材的生產(chǎn)工藝流程圖
Fig．1 Production flow chart of lightweight ceramic
plates in flew factory
此工藝實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)板材生產(chǎn)過程中幾項(xiàng)重要的技術(shù)突
破：(1)原料處理的問題。在生產(chǎn)中，需要將原料分級堆放、
同級均化以做到物盡其用，用有所值。白度高的原料可以用
作表面裝飾材料，加上雕刻、飾面，附加值顯著提升；白度低
的原料只能作隔墻、底板，價(jià)格低廉。(2)防止產(chǎn)品變形的問
題。要防止產(chǎn)品變形，需要把握配方結(jié)構(gòu)和燒成方式這兩項(xiàng)
關(guān)鍵技術(shù)。(3)輕質(zhì)板材中發(fā)泡氣孔的均勻問題。為使發(fā)泡
氣孔穩(wěn)定均勻，一是要控制燒成溫度均勻，二是保證原料的
穩(wěn)定。
2．2 用來生產(chǎn)隔熱保溫陶瓷磚
隔熱保溫陶瓷磚具有導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、防火、抗雨水
滲透、美觀和經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地降低建筑能耗，對
于實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)具有非常重要的意義。
利用拋光廢渣制備隔熱保溫材料的原料一般可分為兩
大類_】 ：劣質(zhì)原料(主要原料)，拋光廢渣、紅泥、頁巖、粉煤
灰、煤渣、玻璃碎片等；輔助原料，鈉長石、高溫砂、滑石、鋰長
石、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、有機(jī)添加劑等。輔助原料中的各種添加
劑可以用來改善工藝，提高產(chǎn)品性能。羅淑芬等口 以陶瓷廢
渣為主要原料，以膨潤土、河道淤泥、玻璃粉等為輔助原料，
并增加適量的分散劑三聚磷酸鈉和增塑劑羧甲基纖維素，研
陶瓷廢料在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展／欒向峰等 · 147 ·
究了添加劑對吸水率、抗壓強(qiáng)度、氣孔率等方面的影響，并分
析了燒成溫度對氣孔率、抗壓強(qiáng)度的影響，研制出導(dǎo)熱系數(shù)
在0．30 w／(m·K)以下、抗壓強(qiáng)度在10 MPa以上的輕質(zhì)隔
熱陶瓷磚。主要工藝流程為：將研制好的基礎(chǔ)配方原料、復(fù)
合添加劑、外加0．5 三聚磷酸鈉，混合球磨，其中m(料)：
m(水)一1：0．45；過250目篩余為2 ～2．5 ，烘干過篩并
造粒；干壓成形，干燥，燒成；獲得6O mm×240 mm×8 mm
規(guī)格的陶瓷磚。在此工藝中，隨著添加劑量的增加，開孔氣
孔率增加，導(dǎo)致產(chǎn)品吸水率上升。當(dāng)添加劑的使用量超過一
定程度后，氣孔率沒有明顯增加而氣孔直徑則不斷增大，導(dǎo)
致抗壓強(qiáng)度降低。隨著煅燒溫度的不斷升高，陶瓷的抗壓強(qiáng)
度不斷下降。當(dāng)煅燒溫度低于1220℃ 時(shí)，氣孔率隨溫度升
高有明顯增加。煅燒溫度在1200～1220℃之間，添加劑逐
漸分解形成大部分封閉氣孔，而隨著溫度繼續(xù)升高，氣孔并
沒增多，而是逐漸增大，導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度急劇下降。最后，當(dāng)復(fù)
合添加劑的用量為2 ～3％ 、煅燒溫度為1210~1230℃ 時(shí)
磚坯的氣孔率和抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)效果最佳。
目前，陶瓷工業(yè)內(nèi)隔熱保溫材料的生產(chǎn)工藝如圖2所
示。如果要達(dá)到良好的隔熱保溫效果，材料內(nèi)部的氣孔應(yīng)分
布均勻且為封閉氣孔，同時(shí)具有低吸水率。只有高氣孔率的
小孔徑氣孔才能滿足外墻應(yīng)用的抗凍性要求_2 。拋光廢
渣的用量對材料的容重、強(qiáng)度、吸水率、導(dǎo)熱系數(shù)都有顯著的
影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，拋光廢渣的用量要根據(jù)其成分進(jìn)
行調(diào)配，其用量一般為3O ～65 。為有效改善產(chǎn)品性能，
可選擇性加入塑化劑或者非塑性原料。加人無機(jī)或有機(jī)塑
化劑可以提高坯料的可塑性，而加入B、熟料、瓷粉或瘠性粘
土等非塑性原料可以降低坯料的可塑性以減少干燥收縮凹 。
此生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵在于對成形壓力和燒成溫度的控制。壓
力過大會造成制品黑心、氣孔不均，而壓力過小則易導(dǎo)致制
品強(qiáng)度不夠。燒成過程中應(yīng)特別注意發(fā)泡溫度段的升溫速
率，升溫過快使坯體發(fā)泡不足，升溫過慢則易導(dǎo)致相鄰氣孔
突破貫穿長大。因此，在生產(chǎn)過程中應(yīng)根據(jù)需要綜合平衡材
料的各項(xiàng)性能，確定最佳的工藝條件。
岫匡
圖2 隔熱保溫材料的生產(chǎn)工藝流程
Fig．2 The production process of insulation materials
2．3 用來生產(chǎn)免燒磚
目前，國內(nèi)學(xué)者對陶瓷廢料的回收利用做了大量的研
究，在生產(chǎn)過程中大都采用了燒結(jié)工藝。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材
料學(xué)院的羅浩樂等l23J以建陶拋光磚廢渣為主要原料，經(jīng)過球
磨、造粒、壓制成形、干燥、燒成制備出性能較好的輕質(zhì)外墻
磚 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的稅安澤等E24]以陶
瓷拋光廢料為主要原料，輔以高溫砂、低溫砂以及各種粘土，
經(jīng)過混合球磨、干燥過篩、壓制成型、烘箱干燥、燒結(jié)制備出
一種以閉口氣孔為主兼具保溫隔熱功能的新型高強(qiáng)度輕質(zhì)
建筑材料。但通過燒結(jié)工藝對陶瓷廢料加以利用，會增加生
產(chǎn)成本和能源的消耗并且對環(huán)境造成更大程度的污染。
國內(nèi)利用粉煤灰制備免燒磚的研究E25 26 報(bào)道較多，而使
用陶瓷拋磨廢料制備免燒磚的研究報(bào)道極少。東北大學(xué)的
李麗匣等_2 用陶瓷拋光磚粉、廢瓷磚、水泥以不同比例配合
生產(chǎn)出了不同強(qiáng)度等級的免燒磚。在此試驗(yàn)中，首先將廢瓷
磚經(jīng)人工砸碎，用顎式破碎機(jī)破碎至5 mm以下，再經(jīng)對輥破
碎機(jī)破碎至2 mrl以下作為免燒磚試件的粗骨料，其制作過
程如圖3所示。
圖3 免燒磚制作流程
Fig．3 Th e flowsheet of making non-baked brick
陶瓷拋光磚粉是活性廢渣，其含有的活性成分能與水泥
及其他組分發(fā)生反應(yīng)，生成新的膠凝物質(zhì)，從而產(chǎn)生一定的
強(qiáng)度。所以，陶瓷拋光磚粉經(jīng)處理后用于生產(chǎn)免燒磚可節(jié)省
水泥，降低生產(chǎn)成本。它在免燒磚的配合料體系中不僅可以
集料，而且還有增強(qiáng)膠結(jié)作用_2 。廢瓷磚屬于非活性廢渣，
不參與水泥的水化反應(yīng)，只是起集料的作用。但用廢瓷磚作
為原料，密度較大，制出的磚質(zhì)量大，不利于免燒磚的輕質(zhì)
化[2 。因此，采用非活性廢渣和活性廢渣配合使用，二者優(yōu)
勢互補(bǔ)制出的免燒磚性能更好?；钚詮U渣陶瓷拋光磚粉質(zhì)
輕，而且活化后有膠凝增強(qiáng)作用，磚的強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，而廢
瓷磚硬度高，正好彌補(bǔ)了活性廢渣的不足。二者以一定比例
配合使用時(shí)要比單用一種更有優(yōu)勢，同時(shí)使陶瓷工業(yè)的兩種
廢物都得到有效利用。為有效提高免燒磚的強(qiáng)度，廣東清遠(yuǎn)
職業(yè)技術(shù)學(xué)院的諶俊等口。。使用陶瓷拋磨廢料替代部分石粉
和砂制備了強(qiáng)度提高2～3倍的免燒磚，并且明顯降低了生
產(chǎn)成本。此工藝采用FN101—2A烘箱除去陶瓷拋磨廢料中
水分，將未加入激發(fā)劑的原料編號為A，加入激發(fā)劑的原料
編號為B。每次稱重7塊試樣裝入JJ一5型膠砂攪拌機(jī)進(jìn)行混
料，攪拌3 min后將攪拌均勻的物料裝填人自制的試驗(yàn)磚模
具(模具尺寸為50 minx 50 mmX30 ram)；在Y32型油壓機(jī)
上壓制成形，脫模后放入SHBY一40B型養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28 d，養(yǎng)
護(hù)溫度為(2O±1)℃ ，養(yǎng)護(hù)濕度大于8O ；最后用100 kN微
機(jī)萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測定磚的抗壓強(qiáng)度。
實(shí)驗(yàn)中所采用的激發(fā)劑由物質(zhì)的量比為1：1的硫酸鈉
和石灰混合自制而成。激發(fā)劑易于與陶瓷拋磨廢料中的二
氧化硅和氧化鋁形成水化鋁酸鈣(ASH)、水化硅酸鈣
(CsH)、鈣礬石(AFt)，這些產(chǎn)物可顯著提高免燒磚試塊的強(qiáng)
度。在免燒磚的配方中，以陶瓷拋磨廢料替代部分石粉和
砂，既減少了環(huán)境污染，又大幅降低了磚的原料成本，最大成
本降低率可達(dá)到26．8 。因此，此工藝的生產(chǎn)配方可以推廣
至實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)之中，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
2．4 用于制備新型環(huán)保復(fù)合型混凝土
混凝土是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一，不僅在各種
圈圈
· 148· 材料導(dǎo)報(bào)A：綜述篇 2015年7月(上)第29卷第7期
土木工程中使用，在造船業(yè)、機(jī)械工業(yè)、海洋開發(fā)、地?zé)峁こ?
中，混凝土也是重要的材料。陶瓷廢料的化學(xué)成分與混凝土
制品原料較為接近，用于混凝土制品的制備一方面可減少混
凝土制品工業(yè)對天然資源的消耗，另一方面也為陶瓷廢料的
處理提供了一條新途徑。萬冬梅等_3 利用陶瓷廢料開發(fā)固
體混凝土材料，這種方法需要使用較多的高強(qiáng)粘結(jié)劑且成型
比較復(fù)雜，因而并不適合廣泛應(yīng)用。
隨著經(jīng)濟(jì)與工程建設(shè)的快速發(fā)展，混凝土的用量也逐漸
增加，大量的砂石骨料需求對資源和環(huán)境造成巨大負(fù)擔(dān)，我
國很多地區(qū)已出現(xiàn)砂石骨料資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)象口 。近
十幾年，再生混凝土骨料研究領(lǐng)域越來越廣，涉及到陶瓷、玻
璃、木材、橡膠纖維、瓦片、油棕殼等_3 。國內(nèi)外學(xué)者在以廢
建筑陶瓷廢料為主要原料制備混凝土再生骨料方面取得了
較大進(jìn)展。Senthamarai~”]用100 廢陶瓷取代天然粗骨料
進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度較
天然混凝土分別降低3．8 、18．2 、6 ，但其具有更低的拉
壓比和更好的工作性能。Correia[3 、Britoll3。 利用陶瓷進(jìn)行
不同摻量(i／3、2／3、3／3)再生粗骨料試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用陶瓷再生
混凝土作非結(jié)構(gòu)混凝土(路面板)是可行的，預(yù)澆水方法可以
解決骨料的高吸水率問題，抗壓強(qiáng)度隨摻入量的增加而減少
且抗折強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度減少量小，得到的再生骨料耐磨性能
更好。陶瓷再生細(xì)骨料比再生粗骨料具有更加良好的性能，
其原因在于廢陶瓷破碎產(chǎn)生的石粉填補(bǔ)了混凝土骨料之間
的空隙，改善了混凝土和易性，提高了混凝土密實(shí)度，從而提
高了混凝土的強(qiáng)度，對混凝土的耐久性也大有益處。
Arvind[3 ]用廢陶瓷顆粒以不同比例(30 、40 oZ、50 、60 、
7O )取代天然河沙配制混凝土細(xì)骨料進(jìn)行試驗(yàn)，得出陶瓷
再生混凝土抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度相比于天然混凝
土有適當(dāng)?shù)奶岣?，工作性能和耐摩擦性能更加?yōu)異。
陶瓷廢料除了用于制備傳統(tǒng)的混凝土再生骨料外，在環(huán)
保復(fù)合型混凝土的制備工藝上也有很大進(jìn)展。福建華廈能
源設(shè)計(jì)研究院有限公司的葉長裕[3 綜述了廢棄陶瓷綜合利
用的可行性，并提出了一種用于制備環(huán)保復(fù)合型混凝土的新
工藝，如圖4所示。該工藝采用科學(xué)合理的級配碎陶瓷與公
司研制發(fā)明的EC()．CA固化劑、膠凝材料復(fù)合，形成一種新
型環(huán)保復(fù)合型混凝土。
攪 成 自 成
拌 型 然 口口n 出
機(jī) 機(jī) 養(yǎng) 堆 廠
護(hù) 場
圖4 新型環(huán)保復(fù)合型混凝土的生產(chǎn)工藝流程圖
Fig．4 The production flow chart of new environmentally
friendly composite concrete
在此工藝中，由于采用了ECO-CA 固化劑，混凝土的和
易性大大增強(qiáng)。在固化劑的作用下，經(jīng)成型機(jī)壓制的生態(tài)混
凝土制品內(nèi)部與外界環(huán)境保持通透性，水分得以迅速排出，
縮短了產(chǎn)品養(yǎng)護(hù)時(shí)間，也增強(qiáng)了產(chǎn)品的抗壓、抗磨強(qiáng)度，使產(chǎn)
品擁有比普通混凝土制品更好的外觀品質(zhì)和使用性能。
2．5 用于制備綠色陶瓷產(chǎn)品
綠色陶瓷是指合理利用自然資源，在生產(chǎn)制作過程中無
環(huán)境污染、能耗低，在使用時(shí)無害于人類健康的產(chǎn)品。綠色
陶瓷產(chǎn)品對人類的生活無毒害，滿足最少資源和能源的消
耗，最佳使用性能，最小或無環(huán)境污染，最高循環(huán)再利用
率l3 。在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，陶瓷產(chǎn)業(yè)應(yīng)加大對“綠色陶瓷”的
研發(fā)，以提高資源綜合利用率并降低環(huán)境污染。瓷磚薄型化
是指在不影響瓷磚使用功能的前提下，將瓷磚厚度從原來的
1O～14 mm減少到6～10 mm。瓷磚厚度的減少，能夠有效
降低瓷磚生產(chǎn)中對資源、能源的消耗，減少運(yùn)輸成本，降低建
筑物的荷載，是陶瓷產(chǎn)業(yè)低碳化的重要途徑 。除此之外，
陶瓷廢料、廢渣再利用制備綠色陶瓷產(chǎn)品不僅較大程度地節(jié)
約了資源，而且減輕了對環(huán)境的污染。
坯體配料
球磨
I
噴霧制粉
l
l顆?；旌喜穇_ I 撈粒混合 釉料配制
I l
沖壓成型 球釉
干燥磚坯 釉漿貯存
I
施釉 釉漿輸送
分揀、鋪貼 一 煅燒
I ‘
l 干燥 f 分揀
1
包裝 f 包裝
I
L—’_J 庫
圖S 綠色陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程圖
Fig．5 The production flow chart of green ceramic products
佛山市溶洲建筑陶瓷二廠有限公司[43_經(jīng)過3年的研究，
完成了高摻量使用陶瓷磚廢渣等固廢物的課題，實(shí)現(xiàn)了陶瓷
廢渣、廢料全循環(huán)利用生產(chǎn)綠色陶瓷產(chǎn)品。首先，對收集到
的陶瓷廢渣進(jìn)行系統(tǒng)分類。然后，對陶瓷廢坯與白泥進(jìn)行球
磨，泥漿細(xì)度控制在250目篩余1．5 ～3．0 ，經(jīng)噴霧干燥
塔造粒；對陶瓷廢磚粒進(jìn)行機(jī)械粉碎，選擇粒度在6O～120
目的顆粒；對粉煤灰、水洗泥殘?jiān)M(jìn)行篩選，選擇6O～150目
的顆粒；按配方配比計(jì)量輸送至撈粒機(jī)內(nèi)均勻混合撈粒，在
撈粒過程中添加分散劑等添加劑，保證顆粒的均勻性；成形
的工作壓力控制在20~22 MPa，壓制周期為6～10次／min，
一一
陶瓷廢料在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展／欒向峰等 ·149·
干燥溫度為14O～170℃ ，干燥時(shí)間控制在15～25 min。產(chǎn) 4
品生產(chǎn)的工藝流程見圖5。
在制備過程中，對難處理的固體廢料要進(jìn)行精加工，因
此需要對各種廢渣、廢料的特性進(jìn)行充分研究。通過精加工
處理后，陶瓷工業(yè)廢渣的加入量可超過8O ，廢磚等熟料廢
渣的燒失量幾乎為零，燒成過程不像生料那樣發(fā)生各種物理
化學(xué)變化，熱膨脹系數(shù)小，可適應(yīng)快燒，因此采用低溫快燒技
術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)廢水、廢渣零排放，廢氣污染物大幅下降。工業(yè)
廢渣含鈣、鎂等低溫成分較多，對促進(jìn)燒結(jié)有一定幫助，但廢
渣中有機(jī)物含量也相對較高，需要在低溫階段放慢燒成速
度，充分排除有機(jī)物，否則會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。最終確
定的燒成溫度為1180℃ ，燒成周期28～35 min。廢渣中的
生料和熟料難于聚合，為解決坯料可塑性差的問題，使陶瓷
固體廢渣得到充分利用，除采用粘性好的粘土，適當(dāng)增加粘
土的含量以外，開發(fā)的聚丙烯酸鈉坯體增強(qiáng)劑能起到更好的
增強(qiáng)作用。所采用的新的撈料工藝，使陶瓷外墻形成的裝飾
效果更具特色，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。
3 結(jié)語
經(jīng)過多年的研究和摸索，利用陶瓷廢料生產(chǎn)輕質(zhì)高強(qiáng)環(huán)
保型建筑材料的工藝在不斷地完善和提高，但仍存在一些問
題值得更深入地研究和探討：(1)陶瓷廢料的利用率較低；
(2)生產(chǎn)制備的產(chǎn)品容易變形；(3)如何合理調(diào)整工藝配方，
降低材料的容重和導(dǎo)熱系數(shù)；(4)控制發(fā)泡氣孔的均勻和穩(wěn)
定。
陶瓷廢料的回收和利用已經(jīng)受到人們的普遍重視，經(jīng)過
廣大科學(xué)工作者多年來的不斷努力，陶瓷廢料的應(yīng)用領(lǐng)域不
斷擴(kuò)大，尤其在建材領(lǐng)域，取得了巨大的環(huán)保和社會效益。
隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，為使陶瓷廢料得到更廣泛和有
效的利用，今后應(yīng)在以下幾個方面繼續(xù)深入研究：(1)利用拋
光廢渣制備多孔輕質(zhì)建材應(yīng)優(yōu)先考慮產(chǎn)品的變形缺陷及其
使用強(qiáng)度，陶瓷釉面磚的制備則是今后的主要發(fā)展方向；(2)
國內(nèi)外學(xué)者在陶瓷廢料生產(chǎn)水泥熟料等領(lǐng)域進(jìn)行了大量卓
有成效的探索，而陶瓷廢料在整個硅酸鹽領(lǐng)域的應(yīng)用仍需要
進(jìn)一步的實(shí)踐和研究；(3)截止2012年底，全國已建成的公
路聲屏障長度僅為1670 km，與發(fā)達(dá)國家相比差距太大，故對
陶瓷工業(yè)廢渣進(jìn)行綜合利用，開發(fā)具有良好吸聲和隔聲性能
的多孔陶瓷聲屏障產(chǎn)品有巨大的應(yīng)用前景l(fā)4 ]；(4)在節(jié)約資
源的途徑中，除了陶瓷廢料回收利用外，利用低品位陶瓷原
料進(jìn)行生產(chǎn)也是節(jié)約資源的重要方法之一_4 。
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(責(zé)任編輯楊 霞)

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