低温快烧建筑卫生陶瓷低碳经济下的正确选择＊

沈君权 沈帅冰

（山东工业陶瓷研究设计院 山东 淄博 255031）

低温快烧建筑卫生陶瓷低碳经济下的正确选择＊

沈君权 沈帅冰

（山东工业陶瓷研究设计院 山东 淄博 255031）

介绍了在低碳经济的大环境下，我国建筑卫生陶瓷的发展方向和出路，提出了低温快烧是建筑卫生陶瓷低碳经济下正确的选择，对我国建筑卫生陶瓷低温快烧历史、成绩与现状作了综述，并且详细介绍了低温快烧的原料和配和对乳浊釉和窑炉提出具体要求。

低温快烧 建筑卫生陶瓷 低碳经济 乳浊釉 窑炉

建筑卫生陶瓷就烧成能耗而言，烧成高温段每降低100℃，能耗将降低10%左右，而且排烟烟气中的原始型和热力型的NOX和CO2、SO2等成分也会随之降低。据不完全统计，目前我国建筑卫生陶瓷的烧成能耗约占其总成本的25%左右，因此无论从节能，还是从环境保护和降低生产成本的角度考虑，低温烧成都是建筑卫生陶瓷低碳经济的中心内容。另外，已往由于建筑卫生陶瓷原料、配方以及燃料和窑炉结构等造成烧成周期长，这也是我国建筑卫生陶瓷能耗高的主要原因之一。综上所述，如能实现低温快烧，将从根本上改变建筑卫生陶瓷高能耗的现状，在目前低碳经济大环境下，各地陶瓷企业为节能减排对其实行限产、减产和停产，由此可见，低温快烧将是建筑卫生陶瓷低碳经济下的正确的选择。

1 我国建筑卫生陶瓷低温快烧发展历史、成绩和现状

自20世纪80年代，广东佛山石湾耐酸陶瓷厂从意大利引进第一条彩釉墙地砖生产线及相关技术以来，我国建筑卫生陶瓷从此发生了颠覆性的变化，即从原来的白坯、白釉一下转变为红坯、乳浊釉和彩色装饰釉，由此迎来了红坯低温快烧的新时代，这势头一直持续到20世纪90年代中期。这期间我国建筑卫生陶瓷的烧成温度和烧成周期得到大幅度的降低。其中建筑陶瓷的烧成温度从原来1 200℃左右，降低到1 000℃左右；卫生陶瓷的烧成温度从1 280℃左右降到1 150℃左右。建筑陶瓷的烧成时间从原来20h左右降到60min左右；卫生陶瓷的烧成时间从40h左右降到30h左右。另外，一大批废渣、废料和尾矿被广泛研制利用，变废为保，以及大批量适合低温快烧且储量丰富的天然矿物原料被推广利用，这期间低温快烧取得了良好的经济效益和社会效益。到20世纪90年代中期，由于瓷质抛光砖大量推广等原因，砖坯又迅速掀起由红坯向白坯的转变，这一趋势一直延续至今。目前在低碳经济大潮下，人们又不得不开始重新审视往日的某些做法，建筑卫生陶瓷也不例外。因此低温快烧将又被提到议事日程上来。这一历史变化可以由各期刊上发表的相关论文数量得到有力印证。其实20世纪90年代中期以后，关于低温快烧的论文少之又少，到2010年又开始出现此类论文。

2 关于低温快烧原料的有关问题

2.1 低温快烧对原料的基本要求

1）干燥收缩和烧成收缩小，以防止低温快烧造成产品变形，开裂等缺陷。

2）烧成时坯体晶型转变等导致的体积变化，最好与温度变化成直线关系，以便在快速升温时坯体不易变形和开裂。

3）烧成时坯体物理、化学变化迅速，导热性能好。

4）熔剂作用性能强，且游离石英少，有机物和分解物如SO2、CO2、N2、CmHn和 H2O等排出物少，且能在850℃前排除干净，以满足低温快烧要求。

2.2 适合低温快烧的天然矿物原料化学成分与性能

2.2.1 叶腊石

叶腊石是三层型结构的粘土矿物，为含水的铝硅酸盐，分子式为 Al2（Si4O10）（OH）2，其理论化学成分为Al2O328.3%，SiO266.7%，H2O 5%，属单斜晶系，为白色或淡黄色片状，常伴有石英、碳酸盐等成分，浙江青田、福建福州寿山叶腊石尤为出名。其工艺特性是结晶水少，加热时脱水缓慢，不收缩，未烧结前，在一定范围内具有较大的热膨胀系数，因此可以抵消干燥和烧成过程中造成的坯体收缩，以保证坯体尺寸一致，是一种上乘的低温快烧原料。

2.2.2 硅灰石

硅灰石是一种偏硅酸钙，分子式为CaSiO3，有3种晶型，其中α－CaSiO3为低温三斜晶型，通称硅灰石，其理论化学成分为SiO251.75%，CaO 48.25%，呈灰色、浅红色或褐色，主要分布在吉林梨树、湖北大冶、安徽铜陵、江西上饶、浙江李家港等地。主要工艺性能为热膨胀变化小，熔点高，烧成温度为950～1 050℃。

2.2.3 透灰石

透灰石是链状结构硅酸盐，属单斜晶系，分子式为CaMg（Si2O6），其理论化学成分为 CaO 25.9%，MgO 18.5%，SiO255.6%。透灰石常见于各种岩浆岩中，为火成岩与石灰岩接触变质带特有的矿物，且常与硅灰石、石榴石等共生，呈浅绿色或灰色，主要工艺性能为线性变化热膨胀变化小，加热过程无质量损失和干燥收缩等，1 170℃开始变形，1 280℃开始软化，1 290℃开始熔融，软化范围温度为110℃，熔融范围温度为10℃，烧成温度为900～1 000℃。

2.2.4 透闪石

透闪石是一典型接触变质矿物，属单斜晶系，分子式为Ca2Mg5（Si4O11）2（OH）2，其理论化学组成为 CaO 13.0%，MgO 24.6%，SiO258.8%，H2O 2.8%，呈白色、灰色或绿色，常存在于石灰岩，白云石和火成岩接触带，工艺性能与硅灰石相近，烧成温度为1 050～1 100℃。

2.2.5 珍珠岩

珍珠岩是一种酸性火山岩浆喷出的玻璃质熔岩，其中含有不定量石英、透长石等，其理论化学组成为SiO2 60%～75%，Al2O39%～14%，Na2O 2.5%～5%，K2O 1.5%～4.5%，H2O 3%～6%，呈浅灰色，具有玻璃或珍珠光泽，熔点为1 280～1 360℃，软化温度范围为150℃，熔融温度范围为325℃，烧成温度为1 160～1 180℃。

2.2.6 滑石

滑石是一种云母类结构矿物，基本呈片状和层状，分子式为 Mg3（Si4O10）（OH）2，其理论化学组成为 MgO 31.7%，SiO263.5%，H2O 48.0%，呈浅绿色，加热到900℃生成顽火辉石，产生体积膨胀，这样可以减小坯体总体积变化率，减小烧成收缩进而保证坯体尺寸一致，MgO的引入可在坯体中生成含镁玻璃，湿膨胀小，可提高坯体膨胀系数，导致釉层受压应力作用，可防止产品釉面后期龟裂。

2.2.7 霞石和霞石正长岩

霞石因在酸中分解生成云霞状硅胶而得名，分子式为KNa3（AlSiO4）4，其理论化学组成为 SiO244.0%，Al2O333.0%，Na2O 16%，K2O 5.0%，属六方晶系，常呈不规则结晶颗粒，呈小柱状或厚板状，颜色呈白色、灰色、绿色和红色，产于碱性岩中。

霞石正长岩矿物成分主要为碱性长石（如正长石）和各种似长石（霞石为主）的碱性深成岩，碱金属含量高，浅灰色，产状不一，一般成杂岩体，成分与其相似的还有响岩。我国霞石正长岩储量十分丰富，霞石正长岩在1 200℃开始收缩，1 300℃开始熔融，烧结范围为100℃。

2.2.8 低级粘土

所谓低级粘土，系指杂质含量较高（如铁、钛、碳酸盐和硫酸盐，以及有机成分含量较高），且颜色普遍呈红褐色等深颜色，分布十分广泛的一种地方性粘土原料，如河南洛阳紫砂泥，山东淄博淄川紫砂页岩、红土，河北邯郸大青土，江西星子高岭土尾矿，湖南界牌黄泥，河南禹州毛土，辽宁丹东黄泥，山西大同低级粘土等。

2.2.9 以上天然矿物原料化学成分（见表1）

表1 低温快烧用主要天然矿物原料的化学成分（质量%）

2.2.10 用以上原料配制的几个典型配方（见表2）

表2 用以上天然矿物原料配置的低温快烧的典型配方（质量%）

续表2

2.3 几种废渣、废料和尾矿原料

20世纪七、八十年代，在建筑卫生陶瓷行业曾掀起一股研究、推广和应用废渣、废料和尾矿的高潮，与此同时，各地陆续推出相应政策，以鼓励其推进，后来由于相应政策未能延续，建筑卫生陶瓷瓷坯的日益白坯化和瓷质化，各地企业应用废渣、废料和尾矿的热情也随之慢慢消退。在能源和资源的日见短缺和低碳经济的国际大背景下，人们再次重视废渣、废料和尾矿的综合利用。

2.3.1 几种典型废渣、废料和尾矿原料的化学成分（见表3）

表3 几种典型度渣、废料和尾矿原料的化学成分（质量%）

2.3.2 利用上述废渣、废料和尾矿原料配制的低温快烧建筑卫生陶瓷的几个典型配方（见表4）

表4 用以上原料配制的低温快烧建筑卫生陶瓷的几个典型配方（质量%）

3 关于低温快烧所需的技术保障问题

众所周知，低温快烧的原料大多数含有比较高的Fe2O3、TiO2等着色成分，其坯体多为有色坯体以及含有大量的碱金属和碱土金属等低熔点成分。因此，为了研制出高质量的建筑卫生陶瓷，首先必须提供适合低温快烧、遮盖力强、高乳浊能力的乳浊釉和相关的施釉装饰技术和手段。另外，含有较高碱金属、碱土金属和Fe2O3、TiO2成分的坯体，虽然烧成温度低，但必然带来烧成范围窄，强度低和易变形等问题，为此必须提供适合低温快烧且温差小的窑炉，如温差在3℃±2℃的建筑墙地砖窑炉和温差在5℃±3℃的卫生陶瓷窑炉，为了提高坯体强度，防止后期龟裂，提高抗冻性，将熔块加入坯体，以制造出合格瓷质抛光砖。

3.1 适合低温快烧遮盖能力强的乳浊釉

低温快烧乳浊釉首先应具备在低温下能快烧成釉，且釉面平整、光亮；其次是在低温快烧条件下能与坯体牢固结合，膨胀系数略小于坯体，使釉层处于压应力状态，形成的中间层厚度和性质有利于坯釉的适应性；第三釉的弹性强，釉层厚度适中等。就我国乳浊釉而言，其发展经历了漫长的过程，20世纪60年代以SnO2乳浊釉为主，其具有乳浊效果好，釉面平整光亮，成釉温度较低等优点，但由于当时SnO2乳浊剂几乎全靠进口，价格昂贵，以及其对气氛敏感等原因，到20世纪70年代，Zr－SiO4乳浊釉迅速崛起，由于ZrSiO4乳浊效果良好，乳浊性能稳定，表面耐磨等原因，很快得到推广。20世纪80年代，随着低温快烧技术的发展要求，ZrSiO4乳浊釉因其高温粘度高，低温短时间内难以得到理想的釉面和釉面质量难以保证等原因，以钛榍石为主晶相的钛釉应运而生，钛釉因其折射率高，乳浊效果好，釉面质量高等原因，很快得以推广，后来发现钛釉对气氛敏感，易变晶。20世纪80年代后期、90年代初先后出现Ti—Zr釉和P—Zr釉等复合型乳浊釉，以达到取长补短的作用。为了研制高遮盖效果的低温快烧乳浊釉，使用国产SnO2生产低温快烧乳浊釉，另外，Sb2O5的折射率很高。过去因其对气氛敏感以及乳浊的温度范围窄等原因，始终未能获得应用，如果窑炉温差降低，因其能在低温下快速生成乳浊釉，故可开展其相关应用研究，此外还应探索熔岩分相作乳浊釉的研究等。综上所述，单一乳浊釉都有其缺点，因此研究复合的、适合低温快烧乳浊釉是今后努力的方向。

3.2 适合低温快烧的扁平宽截面低温差、高效率窑炉

为研制高质量的低温快烧的建筑卫生陶瓷，需降低现有窑炉的上下温差和水平温差。对于墙地砖，目前广泛使用的辊道窑一般温差在5℃左右，设计温差在3℃左右；对于低温快烧的辊道窑其温差最好为3℃±2℃，这样就可进一步扩大低温快烧的原料来源。对于用作卫生陶瓷烧成隧道窑则要求温差为5℃±3℃，为了达到要求的温差，应开展如下几方面的工作。

3.2.1 窑炉结构的优化设计

窑炉截面应设计成扁平型，这样可最大限度的降低上下温差，窑宽除应使用合适的燃料外，还应选用合适的烧嘴和燃烧方式如高温空气燃烧技术等，以保证水平温差在设计要求范围之内。

窑炉各带设计，除进一步优化预热带、烧成带和冷却带设计外，更应重视过渡带、窑头和窑尾的气膜和开关防漏设计，以及整座窑炉连动控制，以防止漏风和撒气等，除此之外，还应重视燃烧室数量、结构和布置的优化设计。

3.2.2 提高窑炉的保温隔热性能

应广泛使用陶瓷纤维制品，尤其是高铝硅酸盐陶瓷纤维毡和高强轻质耐火保温隔热砖，最大限度地提高窑炉整体的保温隔热性能。

3.2.3 精细调控窑炉的温度与压力

其是保证窑炉上、下温差和水平温差在设定范围的必要前提。包括选用高灵敏温度的压力传感元件和伺服器件，性能稳定的各类风机，以及测量调节的微机调节软件和系统等，其他方面的问题不再赘述。

4 结语

原料和燃料是一种不可再生的资源，在建筑卫生陶瓷行业推广低温快烧，提倡大量应用劣质原料、废渣、废料和尾矿等是科研工作者责无旁贷的义务。当前，在低碳经济，节能减排的大环境下，建筑卫生陶瓷行业推广低温快烧既可为我国向国际社会承诺的减排目标作出贡献，又可以变废为宝，减少公害。为了使低温快烧得以顺利推广，首先要提高低温快烧建筑卫生陶瓷的质量，解决在研究低温快烧过程中出现的问题。当务之急是进一步提高低温快烧建筑卫生陶瓷产品的强度、耐磨性、抗冻性和后期龟裂等，使其达到并超过用常规原料和工艺生产的建筑卫生陶瓷；其次低温快烧离不开政府支持，它迫切需要各级政府制订相关奖励政策。经过科研工作者和从业人员的共同努力，我国建筑卫生陶瓷的低温快烧会进一步完善。

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Low Temperature Fast Firing the Correct Selected of Structural Sanitation Ceramics Under Low Carbon Economy

Shen Junquan，Shen Shuaibing（Shandong R＆D Institute of Industrial Ceramics，Shandong，Zibo，255031）

The paper related develop direction and way out of the structural sanitation ceramics our country under big environment of low carbon economy.It was advanced that the low temperature fast firing of the structural sanitation ceramics was corrected selection under low carbon economy.Further it was summarized that was the history，result and present situation and it introduced detailed the typical material and fill，simultaneously.It posed specific demand for opaque glaze，tunnel kiln and roller kiln of low temperature fast firing.

Low temperature fast firing；Building and sanitary ceramics；Low carbon economy；Opaque glaze；Furnace

TQ174 文献标示码：A

1002－2872（2011）06－0009－04

沈君权（1937－），本科，教授级高级工程师；主要从事工业陶瓷研究工作。Email：shjqzhhq＿2008@163.com