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陶瓷生产中固体废弃物的处理

陶瓷产业的繁荣发展为我国的经济建设做出了巨大的贡献,但陶瓷属于高能耗、高污染行业,其所带来的生态和环境问题近年来也日益显现。在陶瓷材料的制备和使用过程中会产生大量的废料,而目前大部分的废料采用露天堆放或填埋的方式处理,因此了解陶瓷废料的来源及其再生利用方式具有重要意义。

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陶瓷废料来源与分类

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生坯废料

主要是指陶瓷制品烧成之前所形成的废料,一般是由于生产线堵坯、碰撞而产生,包括有釉坯体废料及无釉坯体废料。坯体废料可以直接作为原料使用,加入量可达 8%。

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废釉料

主要指因配料错误或被污染等原因而不能直接使用的釉料或颜色釉。因成本较高,废釉料一般不会被直接丢弃,而是以少量比例掺入其它釉料中重新利用。颜色釉通常因含有重金属元素等有毒、有害元素,需由专门的机构进行回收。

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烧成废瓷

是陶瓷制品在烧成过程中由于变形、开裂、缺角等生成的废料,主要是烧成废品和在贮存和搬运等过程中因损坏而造成的废料。

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污泥废料

生产线上由于生坯破损、冲洗地面等沉淀于水沟中的污泥,主要为未烧结的陶瓷废料,其成分较为复杂,除了坯料、釉料外,还会有其他的一些杂质。

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磨边废料

为了降低对原料品质的要求和减少烧成过程的控制难度,建筑陶瓷出窑后的砖坯尺寸往往大于铺贴时的尺寸,因此需要对出窑的陶瓷砖进行磨边处理才能使尺寸达到使用要求,该过程会产生大量的磨边废料。

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抛光废料

抛光砖和抛釉砖为了获得光亮、细腻的表面需要经过抛光研磨处理,该过程会产生大量的抛光废料,也称为抛光渣。

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陶瓷废料的危害

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重金属污染

日用陶瓷或陈列瓷的釉料和装饰颜料中往往含有铅(Pb)、镉(Cd)等重金属元素。建筑陶瓷的沉淀污泥和磨边、抛光污泥中也常常含有一定量的重金属元素,这些有害元素主要来源于表面装饰的颜料和墨水。陶瓷废料若未能正确处理,残留的重金属元素迁移至土壤和水中会对排放地周边的生态环境造成严重破坏。

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大气污染

一些陶瓷废料如沉淀污泥、抛光废料等颗粒细小,露天堆放风干后极易随风进入空气中,形成扬尘,造成周边环境污染,甚至威胁到人们的健康。

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水污染

出窑后的产品需要经过抛光和打蜡处理,从而使表面光亮细腻和易于清洁。该过程会使用各种抛光助剂和蜡水等添加剂,这些添加剂一般由重金属氧化物、硬脂酸、石蜡和硅溶胶等复合而成。抛光工序后这些添加剂随着污水一起排放,对环境造成污染。

另外,抛光废料颗粒细小,为了加快颗粒的沉淀以便于收集,需在水处理过程中加入无机絮凝剂聚合氯化铝(PAC)或有机絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)。在合成 PAM 时残留的丙烯酰胺(AM)是有毒的,且 PAM 在降解的过程中也会产生 AM 类物质。AM 对生物的危害非常大,可通过职业性接触和饮水等进入人体后引起急性、亚急性、慢性中毒。

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侵占土地资源

由于缺少资金和技术支持,目前,我国大部分陶瓷废料采取露天堆放或浅层填埋的方式处理,陶瓷废料的随意堆放或填埋不仅浪费巨大的土地资源,废料中的有害成分也会对周边的土壤和水造成污染,综合损失难以估量。

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陶瓷废料的资源化利用

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用于制备建筑陶瓷胚料

建筑陶瓷生产中的生坯和沉淀污泥等未烧结废料,由于数量较少、成分波动大,一般以少量比例(0.5-3%)加入烧成温度较低、产品质量更容易控制的仿古砖坯体中。对于该类未烧结废料各陶瓷厂基本可以完全实现回收利用。而一些烧结废料,如烧成或磨边阶段破碎的陶瓷砖,经粉碎后也可以直接作为坯用原料,加入量一般小于 5%。

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用于制备卫生陶瓷坯料

卫生废瓷的主要利用途径是经破碎后作为卫生陶瓷的坯体原料使用,利用率可达 30-40%。但由于该类废料体积大、硬度高,使用前需要经多次粉碎使颗粒粒径小于 0.4 mm(过 40 目筛),因此如何实现高硬度烧结废料的低成本高效粉碎等预处理技术是卫生废瓷循环利用的关键。

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用于制备多孔陶瓷

陶瓷废料制备多孔陶瓷是利用抛光废料在高温下发泡的原理,在材料内部形成均匀封闭的气孔,可作为轻质保温材料和隔音材料使用,也是如何有效利用抛光废料研究最多的方向。

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用于制备新型建筑装饰材料

我国的日用陶瓷以高温白瓷为主,烧成后的日用陶瓷废料具有高白度和高硬度等特点,利用日用陶瓷烧结废料硬度高、白度好的特点,在人造石英石中加入 15-30%的陶瓷碎片取代部分成本更高的石英砂原料,成功制备出强度高、耐磨性能好的新型建筑装饰材料。

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用于制备透水砖

透水砖具有透水性、保湿性和防滑性等优点,可以有效抑制“城市热岛”现象,是一种新型的功能性道路铺装材料。利用陶瓷废料制备透水砖是其有效的利用途径之一,不仅能够解决陶瓷废料对环境的污染,也能够“变废为宝”获得一定的社会与经济效益。

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用于制备免烧砖

陶瓷废料的再生利用一般需要经过烧成工艺,该过程会消耗大量的能源,增加成本。而免烧砖无需烧结,通过自然养护或常温蒸压即可制备,利用陶瓷废料制备免烧砖是一种低能耗资源化利用固体废弃物的有效途径。


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用于制备水泥基材料

陶瓷废料主要成分为Si O2 和Al2O3,具有火山灰质混合材料的特性,因此可作为廉价的原料用于水泥生产。该过程不仅可以消耗大量的陶瓷废料,同时为水泥工业提供廉价的原料,产生巨大的社会和经济效益。

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用于制备混凝土材料

近年来,将陶瓷废料作为混凝土的骨料是其再生利用的主要研究方向之一,即将废弃陶瓷破碎成粗、细再生骨料制备再生混凝土,并详细研究它们的基本力学性能、耐久性、微观机理等。


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小结

陶瓷废料本身主要由硅酸盐材料组成,因此在再生陶瓷制品方面有着巨大应用潜力。若能根据陶瓷废料的环境资源属性,开发出针对不同种类废料的分类处置与资源化综合利用方案,将会大幅提升陶瓷废料的利用率。同时,开发一些特殊的利用领域,实现陶瓷废料的高值化利用也是其未来的一个重要研究方向。


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