陶瓷原料生产节能新技术探讨

陈云峰

（清远市简一陶瓷有限公司，广东 清远 511500）

陶瓷工业有着悠久的历史，但作为现代工业的重要组成部分，我国现代陶瓷工业在改革开放后开始发展。虽然起步较晚，但经过三十多年的发展，我国现代陶瓷工业只有在总产量上取得了长足的进步。除满足国内需求外，还大量出口国外，在世界陶瓷市场占有很大份额。虽然近年来取得了很快的发展，但仍存在许多问题，最突出的问题是，我们所处的行业仍然是高耗能、高资源，发展这个行业往往会增加能源、环境和资源的负担，对现代经济社会的持续发展会起到副作用。

1 我国陶瓷原料生产过程中的耗能现状

几十年来，陶瓷生产量在不断增加，我们打算出口到国外市场。在这里这个过程也消耗了大量的制作陶瓷需要的资源。随着时间的转移资源不断减少，陶瓷产业的在发展方面也面临着严峻挑战。随着陶瓷产量的增加，能源消耗也会消耗很快。虽然中国陶瓷产量很大，世界产量也在逐年增长，但原料生产和烧瓷等步骤都需要消耗大量能源。而近年来，陶瓷行业数量大、能耗高但缺少精品，同时工业废气、废水的排放量也越来越大，与国家的“青山绿水”计划相违背。根据我们的调查研究，目前陶瓷制品的生产工艺仅采用焚烧和干燥这两个项目就需要耗费总能量的80%，同时在烧制过程中排放的含氮废气物也是空气污染的重要来源。基于这些现状，在陶瓷原料生产中提高节能新技术刻不容缓，这也是当前中国工业发展必须解决的问题之一。

2 陶瓷原料生产特点

2.1 陶瓷原料生产是高能耗、高污染的行业

在日本，陶瓷行业被称为“熔炉工业”，因为它无法处理没有焚化的燃料。因此，这是一个消耗能源和资源的行业，也是一个需要清空“三废”的行业。陶瓷原料对环境的影响；它需要来自大自然的原材料和能源，这一能源和材料消耗的速度是非常快的。天然气、废水和固体废物几乎被直接排放或者丢弃，上述瓷砖企业的日能源消耗总量相当于燃烧2300 万t 煤，每天产生的CO2约4100 万t、SO2约46 万t、NOx约58 万t。

2.2 陶瓷原料生产窑中燃烧及热利用特点

现代陶瓷原料生产中使用的大多数炉子都采用了清洁气体燃料和明火燃烧。在过去的二十年中，陶瓷工业炉虽然在热效率和热利用率方面得到了改善，但自从使用陶瓷工业窑炉以来我国与国外同行业相对差距较为明显，其中我国10%～15%为热效率隧道窑、35%～40%为建筑石磨。陶瓷炉不仅是燃烧设备与传热设备，同样也是提升燃烧效率和传热效率的重要因素。

3 陶瓷原料生产节能新技术的开发及应用

3.1 大型连续球磨机及粉磨设备的实施与推广

球磨机广泛应用于陶瓷行业，是必不可少的生产设备之一。磨机一般功率大，运行效率低，是陶瓷生产行业中最重要的用电设备。据有关报道表明，球磨机的耗电量约占生产线总耗电量的45%，占原料加工能力消耗的85%，合占总成本的8%～10%，因此，利用球磨机的节能效果对陶瓷企业来说是非常重要的。

研究表明，使用高吨位球磨机和变频器控制有助于节约能源。发现变频器调速，球磨机工作速度最佳，可提高球磨机的粉磨效率，节电10%～30%，与交替球磨机相比，采用连续大吨位球磨机进行精磨，产量可提高10 倍以上，与交替球磨机相比，可节省15%和30%的能源消耗，且易制成浓浆，它可以节省大量的能源，以地砖和地砖的年产量计算，全年需求25 亿kW，每年可节约日用陶瓷100 亿件，卫生洁具5500 万台电能。而且它使用橡胶衬里球磨机：通过降低球磨机的负荷可以提高总产量40%，并且使得单位产品电耗减少达到20%。在不同的工艺配方的泥浆中添加适当的助磨剂、减水剂，并且料、球、水的比例进行合理制定，可以有效地提升球磨机效率。球磨时，采用氧化铝球，不但可以省时还可以节能。

3.2 干法造粒工艺及相应设备的研究及开发

球磨加工与喷雾干燥等复杂工艺工序可以通过干法制粉的方式进行缩减，节省大量能源和人力。在节能减排方面，这是一个非常大的发展前景，完全符合行业未来发展的需要。干法造粒技术，即使在20 世纪八九十年代已经做了大量的研究，但到目前为止干法造粒技术在国内外都失败了，国内大部分超表面制粉设备都是从国外引进或模仿，自主创新缺席。这主要表现在间歇过程、单机出力小、能耗高、粒度分布不均匀等方面。粉末后处理，尤其是在陶瓷行业，研究较少。到目前为止，主要采用球磨工艺。钢球生产的粉末粒度粗，生产过程间歇，能耗高，污染重。如何为这个传统行业使用新技术和新设备显得特别重要。干法造粒有巨大的发展前景，但技术的增长也是较为困难的。若是仅仅依托于陶瓷公司解决技术难题，很难对已有的技术问题进行突破。有必要更多地依靠行业的科研机构和设备制造商来推动干法制粒工艺的产业化。

3.3 发展循环经济实现节能减排

我国陶瓷生产历史悠久，但对于传统陶瓷原料而言，其生产技术还是相当落后。统计据发改委统计，陶瓷产品每年消耗矿产原料1.2 亿t 以上，许多地方发生了陶瓷原料枯竭的状况。这种形势的演变迫切需要有新的陶瓷原料资源，彻底利用一些劣质原料和工业废料。据统计，我国陶瓷废弃物年产量约1000 万t，陶瓷废弃物的堆积不仅影响占地，还影响空气质量。科学家已经开发了许多利用这些陶瓷废料的产品，例如，通过使用陶瓷废料作为填料来制备透水砖；使用陶瓷抛光砖生产未烧陶瓷制品和轻质隔热陶瓷砖；使用陶瓷废料作为基本原料，与水泥和高强度黏合剂一起制备未烧矩形砖；利用陶瓷废料生产的陶瓷材料具有轻质、耐腐蚀、抗冻、抗震、隔热、隔音、防潮等功能，可少量用于混凝土和墙体保温。这些措施不仅仅是为了保护环境，同样是为了资源的循环利用，并且可以实现保护能源和减少减排放的目的。

3.4 提高生产自动化及管理水平

自动控制技术是一种高效节能的方法，在国外得到了广泛的应用。主要用于自动炉子控制，使窑炉的调节控制更加精确，对节省能源、这对于稳定燃烧过程和提高燃烧质量是非常有用的。同时也为优化炉况提供了可靠的数据训练。实验表明微复杂控制系统已被接受，该窑工作的状况可以实现自动调节，并且可以通过自动控制来控制燃烧过剩的空气系数，从而实现降低不完全燃烧燃料与废气传热的目的；通过降低气体的热量来降低燃烧时间，提高产量和质量，降低能耗能源消耗。表明燃料损耗增加了3%，废气中易燃成分的数量增加1%，如果可接受微型复杂或仪表微机控制系统的自动控制，可节约0%～5%的能源。

4 节能减排的措施

4.1 实现陶瓷原料的专业化、标准化和系列化生产

了解陶瓷原料的专业化、标准化、系列化，可以充分利用资源，节约成本能量。具有以下优点：原材料的有效利用主要通过促进原材料的系统化和专业化等方面来提升，并且改善了原材料的来源，提高了原材料的应用范围与化学稳定性，保证产品的质量；节约建设车间成本，将分散性易于间断改进，便于连续处理集中专业原料处理，提高了设备的有效利用率；这减少了工厂的原材料储备，节省了生产场地的投资，减少了因以上原因造成的城市扬尘和噪声污染。

4.2 积极开发低温快烧原料

在陶瓷的烧纸中，窑内温度越高所需要的温度越高。实践可得，当窑内温度减少100℃，则每件产品的热量可减少10%以上、时间缩短10%、产量增加10%、热耗降低4%。由此可知，就节能而言，燃烧温度的降低低于陶瓷制品是非常重要的。低温快速燃烧过程的保证对于陶瓷制品低温燃烧来说是极其重要的一环。某厂通过添加低品质原料，使抛光砖的烧成温度降低到980℃，能耗降低28%。现在不同国家成立的陶瓷研究机构已成功筛选出几种低温陶瓷原料和低温液体原料。目前可利用的材料的有硅灰石、透辉石、透闪石、绢云母、叶蜡石等。

5 结语

“十二五”规划一旦完成，整个陶瓷产业的发展将实现目标，取得进步，但仍将面临新的挑战陶瓷工业的可持续发展战略对环境保护和节能方面有了更高的要求。陶瓷原材料的生产需要进一步的技术创新，节能减排，最终实现资源、能源、环境和企业效益的平衡。在未来，可以与国际高水平相比，让陶瓷产业保持绿色健康发展。