利用当地原料替代广东黑泥及陶瓷废料综合利用研究

俞莉红 丁怡 刘海馨 顾畔 初小葵

摘 要：辽宁法库陶瓷多年来其高档抛光砖粘土原料主要采用广东黑泥，随着其规模与产量的迅猛发展势必使这种优质粘土矿物日渐枯竭，同时抛光等产生的大量废料也造成环境与效益之间的矛盾，因而利用当地原料代替广东黑泥及陶瓷废料的综合利用迫在眉睫。

關键词：黑泥;替代;陶瓷废料;综合利用

1 前 言

辽宁省拥有丰富的陶瓷原料，近年来，辽宁省陶瓷行业发展迅猛，其中，沈阳法库陶瓷城已逐步成为东北瓷都，其规模与产量已在国内占有重要地位，抛光砖生产线就超过100条，产值达到上百亿元，然而，生产抛光砖所用的主要原料之一——可塑性粘土均为广东黑泥（又名中山泥），尽管各厂家配方有所差别，每条线每日仍有近百吨的用量，广东黑泥来自广东省，可想而知法库每年有几千万吨的广东黑泥要由广东运至辽宁法库，这种情况不但使抛光砖生产成本居高不下，而且由于全国各地抛光砖生产所用塑性粘土均为广东黑泥，势必使这种优质粘土矿物日益枯竭，不利于法库陶瓷产业的持续发展。解决这一问题的关键就是以地方原料全部或部分代替广东黑泥，这种替代并不是简单的一种原料替换，它不仅要考虑烧成温度，还要考虑成型工艺、渗花工艺对坯体强度以及最终烧成色泽等的要求，尽管国内很多研究院所和高校进行了大量、长期的研究，但由于合适原料难选，替代难度较大，目前国内各省几乎所有抛光砖生产所用塑性粘土均为广东黑泥。

法库陶瓷的迅速崛起目前可以说是建立在一种粗放的经营模式，主要体现在对陶瓷原料的普遍浪费及废料的大量堆积，这种情况使资源大量浪费，而且挤占了生产场地，长期积累，环境和效益之间的矛盾就会日益凸显。可以说解决好陶瓷废料的综合利用，是法库瓷都能否可持续、健康发展的关键所在。

针对以上两个突出问题，受法库科技局的委托，我们开展了大量试验工作，解决了一系列难题，其中黑泥替代研究工作已接近尾声，陶瓷废料利用研究工作也正井井有条开展。

2 研究工作

2.1 广东黑泥替代研究

广东黑泥替代研究研究组主要从以下三方面开展工作：

2.1.1 原料勘察

广东黑泥是长期地质变迁和水流冲刷而沉积下来由细微颗粒组成的粘土矿物，由于温、湿度较高，矿物内含有较多腐殖物而呈黑色，因此表现为塑性高，高温烧结后腐殖物完全挥发，烧成后白度高，是一种理想的可塑性粘土矿物。相反，东北地区由于低温、干燥的气候，粘土矿物所含腐殖物较少，因此，绝大多数粘土均为脊性粘土矿物，物理性能与广东黑泥相差极大，找到性能与广东黑泥接近的粘土矿物是能否进行替代的关键，通过查阅80年代辽宁陶瓷矿物勘察资料，项目组行车几千里在东北三省对多个原料矿区进行勘察、取样。在勘察过程中除了矿物性能以外，还要考察矿物储量、分布、开采、价格等综合因素，经过对十多个取样矿物的全面性能检测，最后终于找到较为理想的替代粘土。

2.1.2 性能检测

性能检测包括化学成分、物理性能、成型性能和烧成性能。

化学成分检测是评价粘土性能优劣的最直观的评价方法，表1为广东黑泥和选定粘土的化学成分对比。

备注：1#：广东黑泥;2#选定粘土。

物理性能检测包括烧结白度、可塑度两项关键指标，表2为广东黑泥和选定粘土的烧结白度和可塑度比较。

成型性能检测包括物料粒度、坯体抗折强度，表3为广东黑泥和选定粘土的物料粒度和坯体抗折强度比较。

烧成性能包括烧成收缩、吸水率、体积密度和烧后白度，表4为广东黑泥和选定物料烧成性能比较。

通过对几十种原料，上百个性能检测筛选，从以上所选定的粘土性能检测结果可以看出，所选粘土可塑度高于广东黑泥，烧成白度略低于广东黑泥，结合其它检测性能，选定的粘土经过配方调整及不完全替代，可以满足生产工艺要求，产品烧成白度及其它性能可以达到原产品性能。

2.1.3 配方试验

要将新配方应用于生产实际，配方研究必须遵循以下原则：

（1）低成本。

低成本主要包括两方面：一是烧成温度不能高于现有烧成温度;二是新配方原料成本低于原配方原料成本。

（2）波动范围小。

波动范围小指新配方的生产工艺和烧成工艺要与原配方基本一致，以免更改配方时造成损失。

（3）性能稳定。

性能稳定主要指产品的烧成范围，烧成范围越宽，成品率越高，这也是配方研究中难度最大的一项，同时产品的其它性能如吸水率、白度等不低于原产品性能。

2.2 陶瓷废料综合利用研究

陶瓷废料综合利用研究主要包括两方面：一是抛光废渣的再利用研究;二是废瓷片再利用研究。

陶瓷废料利用研究遵循低成本原则，抛光废渣再利用目前已经开展的工作主要有以下两方面：

首先，在二次布料的抛光砖生产中，用抛光废料取代部分第一次布料所用的生产原料进行抛光砖生产，其优点是可以提高铺设面的吸水率，铺设时有利于提高砖与地面的结合强度，经小试试验，加入低于5%wt的抛光废料，不影响抛光砖生产工艺及产品性能。

其次，利用抛光废料生产环保轻质砖，利用陶瓷抛光废料中所含有的抛光剂、絮凝剂等有机物，在烧成时可形成微孔的特点，可用来生产轻质环保砖，该项工作已经进行了大量配方研究，研制出的产品性能如表6。

3 结 语

除了选定粘土外，其它原料均为厂家现用原料，每次配方试验均与厂家生产状况同步进行，通过性能检测，对比新配方与生产配方的优劣，对试验效果较好的配方，厂家进行实际烧成检验，先后完成了近50个配方试验及性能测试，并多次到厂家进行实际烧成检验，目前已经研制出各方面性能优越的配方，广东黑泥的配方用量由原来的24%降低到目前的6%，同时产品白度有所提高，烧成温度略低于原烧成温度，配方原料成本比原来有所降低。

对陶瓷废料的综合利用研究，今后还有大量的工作，方向主要有以下三方面：一是利用抛光砖废料制备免烧广场、路面砖;二是利用废瓷片和抛光废料制备透水砖;三是进一步深化抛光废料在抛光砖生产上的循环利用和用来制备环保轻质砖的研究。

在法库科技局的大力支持下，在沈阳鑫凯陶瓷有限公司的积极配合下，广东黑泥原料替代项目取得了突破性进展，希望今后能够利用我们取得的科研成果和积累的经验，继续为法库陶瓷的发展服务。

参考文献

[1] 汪啸穆.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社

[2] 韩复兴. 浅谈陶瓷原料中煅烧料的疑难解答[J]. 佛山陶瓷， 2015， 025（011）：68-69.

[3] 况金华， 梅朝鲜. 陶瓷生产工艺技术[M]. 武汉理工大学出版社， 2013.