陶瓷厂抛光砖废料再利用的研究
李炯志
摘 要：本实验在内墙釉面砖以及小地砖坯料配方基础上，掺入回收抛光砖废料，通过综合分析研究和实验，使其抛光废料用量达到35 ～ 50 wt%。当抛光砖废料加入量50 wt%以上的配方，其吸水率控制在4.5%以下，收缩一般在8.5 ～ 10.5%内波动；当抛光废料用量占35 wt%时，利用掺杂回收废料生产的内墙釉面砖吸水率可控制在5 ～ 6%，收缩率在6 ～ 7%之间，完全达到产品各性能要求。该方案有效解决抛光砖废料处理问题，实现经济和环保的自然和谐发展。
关健词：抛光砖废料；回收利用；内墙釉面砖；生态发展
1 前言
目前，由于我国建筑卫生陶瓷行业的粗放型生产，造成了严重的污染和大量的固体废物排放。其产品主要有抛光砖、仿古砖（有釉瓷质砖和有釉炻质砖）、内墙砖、外墙砖等，其中，抛光砖产品产量最大，约占50%。研究发现，即使在较高的生产优良率条件下，生产抛光砖的原料利用率约为76 ～ 85%。2013年全国建筑陶瓷墙抛光砖产量48.45亿m2，年产抛光砖产品可达10000万吨，年产生固体废料约2400万吨；致使大量废渣挤占耕地，使水和空气受到污染。因此，如何重新利用抛光砖废料已经成为业内和环保部门的当务之急。
抛光砖废料主要在抛光过程中产生，抛光砖表面与SiC磨头作用时会脱落大量废料粉屑，但这些废料粉屑不能直接掺混到抛光砖原料中回收使用。因为抛光砖废料粉屑中含有磨头杂质，这些杂质主要为SiC粉、MgO、MgCl2和有机树脂。由于SiC在1050 ～ 1120℃会发生氧化反应，放出CO2和CO气体，同时，混合有磨头杂质的废料也在此温度下开始发生共熔软化。一般抛光砖烧成温度为1200 ～ 1300℃，远高于废料熔点，掺混有废料粉屑的抛光砖在出窑后会出现大量气孔，产品因此报废。
对于某些烧成温度较低的产品，例如内墙釉面砖和小地砖，可以尝试在这些产品原料中掺入抛光砖废料，因为内墙釉面砖或小地砖的烧成温度在1100 ～ 1170℃之间，这一温度下废料粉屑的发气量尚不严重，气体可以缓慢排出并完成烧结， 基于这一思路，本实验针对抛光砖废渣作分析研究，尝试找出一条切实可行的处理方法。
2 实验
2.1 原材料
实验使用抛光砖废料和内墙釉面砖原料，其中内墙釉面砖原料为：江口石粉、官山石粉、源潭石粉、仿古泥、膨润土、硅灰石、瓷片2号砂。这些原料的化学组成如表1所示。
为了解决材料的粘结性和球磨浆料流动性，使用了甲基CMC作为粘结剂、三聚、腐殖酸纳和五水硅酸钠、水玻璃等作为解胶电解质。
干燥后的素坯还需要施釉，采用PTA6118（地砖一厂面釉）、PSY-822（瓷片厂亚光釉）和氧化锌等，进行釉料和坯料收缩匹配性调制研究。
2.2 实验流程
样品制备流程如下。
路线1：配料 → 球磨 → 干燥造粒 → 干压成型300 × 300小砖 → 烧成 → 试样检测
路线2：300 × 300小砖 → 施釉 → 烧成 → 釉料收缩性测试
实验中对坯料和釉料匹配测试均使用高温窑烧结，烧成曲线如图1所示。坯料和釉料均按同一烧成制度执行，烧成最高温度为1148 ℃，烧成周期为70 min。
3 结果与讨论
3.1 坯料配方研究
本实验研究的目的，在于尽量多使用抛光砖废料，因此，初步设定使用废料含量为50wt%，本实验在多种原配料配方基础上掺入抛光砖废料，这些配料方案根据本单位使用的矿物原料情况调整所得。实验结果如下。
在方案1的基础上掺入50wt%的抛光砖废料，如表2所示。根据表1测量的原料化学成分比，可以计算得到三个样品的化学成分表如下（如表3所示）。
方案1样品烧成试样结果如表4所示， A1样品尚未烧熟，孔洞较多，吸水率和收缩率相对较高，结合表3计算数据分析，其K、Na熔剂含量较低。A2样品是根据A1试样的结果而做的调整，其中适当增加率熔剂的含量，吸水率降低了，但样品收缩率高达10 %。A3样品在A2样品的基础上减少官山石粉（低温砂），适当加入铝含量较高、Ka、Na含量较低的的瓷片2号砂（高温砂），以尝试提高材料体系的熔点，其收缩率和吸水率均能得到控制，但收缩率仍不太理想。
基于以上思路，我们继续尝试加入或调整矿砂的用量和品类。废料含量仍嘗试设定为50 wt%。方案2在A3坯料化学成分比例基础上进行调整，尝试尽量减小样品的烧成收缩率。配料比如表5所示。坯料化学成分表如表3所示。
方案2样品烧成试样的物理性能如下。为了减少收缩率，样品B1中引入了具有高温膨胀性的膨润土，试图利用其高温膨胀特性来抵消收缩效果，同时稍微降低了高熔点仿古泥的含量，但收缩率没有得到改善。再进一步尝试，样品B2中引入熔点更高的瓷片2号砂 （高温砂），设计高温生成莫来石相，尝试提高熔体粘度来减少收缩率，但收缩率也没得到改善，但吸水率相较B1样品降低。
综合方案1和方案2比较，尽管尝试使用控制K、Na熔剂量和调整铝含量等方法来控制熔体粘度，但样品坯料的烧成吸水率和收缩率都不能控制到令人满意的效果。可能是抛光砖废料的杂质含量无法控制，低熔点共熔体对整个材料配方体系影响较大的原因所致。因此我们将抛光砖废料的含量降低至35 wt%，观察其烧成样品的性能。设计方案3样品的样品配料比、化学成分及烧成试样的物理性能如表8、表9和表10所示。
在减少抛光砖废料比例之后，样品的吸水率和收缩率可以得到良好的控制，无论是在高熔剂含量（样品C1）或是高硅含量（样品C2）设计下，吸水率都能控制在5.5 ～ 6.5%之间，样品收缩率小于6.5%。这说明样品的可烧成配料范围比较宽。综合考虑后，初步确定以C1样品作为小试配方，并以此配方投中试球。放大中试采用窑炉试烧，典型的样品效果为强度25 MPa，收缩率6.0%，吸水率5.3%，烧失量3.1%。
3.2 釉料与坯料匹配性能研究
由于小地砖表面需上一层面釉，本研究坯料方案烧成后，其收缩率控制在6.0 ～ 7.0%之间，因此还需调试出一种与坯料表面收缩率基本相同的釉料，避免因收縮率不匹配而引起釉面开裂或鼓包、釉层脱落等现象。釉料收缩匹配性研究使用了两种不同收缩率的釉料进行混合配置，结果如表11所示。在相同的坯料烧成制度下，两种釉料按不同比例混合，呈现出不同的收缩率，根据C1配方比例，当两种釉料的混合比例为1：1时具有最佳的版面效果。
4 结论
（1）抛光废料在釉面砖坯料中加入比例为35 ～ 50 wt%，或范围更大；
（2）内墙釉面砖的烧成温度为：1060 ～ 1150℃（采用降低烧成温度方法来抑制气体高温发泡现象）
（3）当抛光砖废料加入量50 wt%以上的配方，收缩率偏大，在控制吸水率4.5%以下的范围内情况下，收缩一般在8.5 ～ 10.5%内波动；当抛光砖废料加入量在35 wt%左右时，在5.0 ～ 6.0%的吸水率范围内，收缩可控制在6.0 ～ 7.0%之间；
（4）产品规格，不限于300 × 300 mm小砖，还可以600 × 600 mm、800 × 800 mm、900 × 1200 mm大规格等等；
从上面各种实验得出：将抛光砖抛光废料制成内墙釉面砖或小地砖，是确实一种可行方案，可回收生产过程中产生的固体废料，并进行产业化示范；不仅能为行业带来新的经济增长点，实现经济和环保的自然和谐发展！如果陶瓷废料能充分利用起来，不但可以解决巨大的环境危机，而且可实现社会和经济可持续化的生态发展。
参考文献
[1] 蔡祖光. 陶瓷工业废料废渣的处理[J]. 佛山陶瓷， 2002（3）：11-12.
[2] 郑树龙， 唐奇， 卢斌. 陶瓷砖抛光废渣回收利用及产品的性能研究[J]. 佛山陶瓷， 2007， 17（12）：16-17.
[3] 乔木， 王欣丹， 王艳，等. 抛光砖抛光废料的回收利用途径分析[J]. 中国陶瓷， 2011（1）：25-28.
[4] 黄惠宁， 柯善军， 张国涛，等. 抛光废渣在陶瓷砖中的应用及现状[J]. 佛山陶瓷， 2012（7）：1-9.
摘 要：本实验在内墙釉面砖以及小地砖坯料配方基础上，掺入回收抛光砖废料，通过综合分析研究和实验，使其抛光废料用量达到35 ～ 50 wt%。当抛光砖废料加入量50 wt%以上的配方，其吸水率控制在4.5%以下，收缩一般在8.5 ～ 10.5%内波动；当抛光废料用量占35 wt%时，利用掺杂回收废料生产的内墙釉面砖吸水率可控制在5 ～ 6%，收缩率在6 ～ 7%之间，完全达到产品各性能要求。该方案有效解决抛光砖废料处理问题，实现经济和环保的自然和谐发展。
关健词：抛光砖废料；回收利用；内墙釉面砖；生态发展
1 前言
目前，由于我国建筑卫生陶瓷行业的粗放型生产，造成了严重的污染和大量的固体废物排放。其产品主要有抛光砖、仿古砖（有釉瓷质砖和有釉炻质砖）、内墙砖、外墙砖等，其中，抛光砖产品产量最大，约占50%。研究发现，即使在较高的生产优良率条件下，生产抛光砖的原料利用率约为76 ～ 85%。2013年全国建筑陶瓷墙抛光砖产量48.45亿m2，年产抛光砖产品可达10000万吨，年产生固体废料约2400万吨；致使大量废渣挤占耕地，使水和空气受到污染。因此，如何重新利用抛光砖废料已经成为业内和环保部门的当务之急。
抛光砖废料主要在抛光过程中产生，抛光砖表面与SiC磨头作用时会脱落大量废料粉屑，但这些废料粉屑不能直接掺混到抛光砖原料中回收使用。因为抛光砖废料粉屑中含有磨头杂质，这些杂质主要为SiC粉、MgO、MgCl2和有机树脂。由于SiC在1050 ～ 1120℃会发生氧化反应，放出CO2和CO气体，同时，混合有磨头杂质的废料也在此温度下开始发生共熔软化。一般抛光砖烧成温度为1200 ～ 1300℃，远高于废料熔点，掺混有废料粉屑的抛光砖在出窑后会出现大量气孔，产品因此报废。
对于某些烧成温度较低的产品，例如内墙釉面砖和小地砖，可以尝试在这些产品原料中掺入抛光砖废料，因为内墙釉面砖或小地砖的烧成温度在1100 ～ 1170℃之间，这一温度下废料粉屑的发气量尚不严重，气体可以缓慢排出并完成烧结， 基于这一思路，本实验针对抛光砖废渣作分析研究，尝试找出一条切实可行的处理方法。
2 实验
2.1 原材料
实验使用抛光砖废料和内墙釉面砖原料，其中内墙釉面砖原料为：江口石粉、官山石粉、源潭石粉、仿古泥、膨润土、硅灰石、瓷片2号砂。这些原料的化学组成如表1所示。
为了解决材料的粘结性和球磨浆料流动性，使用了甲基CMC作为粘结剂、三聚、腐殖酸纳和五水硅酸钠、水玻璃等作为解胶电解质。
干燥后的素坯还需要施釉，采用PTA6118（地砖一厂面釉）、PSY-822（瓷片厂亚光釉）和氧化锌等，进行釉料和坯料收缩匹配性调制研究。
2.2 实验流程
样品制备流程如下。
路线1：配料 → 球磨 → 干燥造粒 → 干压成型300 × 300小砖 → 烧成 → 试样检测
路线2：300 × 300小砖 → 施釉 → 烧成 → 釉料收缩性测试
实验中对坯料和釉料匹配测试均使用高温窑烧结，烧成曲线如图1所示。坯料和釉料均按同一烧成制度执行，烧成最高温度为1148 ℃，烧成周期为70 min。
3 结果与讨论
3.1 坯料配方研究
本实验研究的目的，在于尽量多使用抛光砖废料，因此，初步设定使用废料含量为50wt%，本实验在多种原配料配方基础上掺入抛光砖废料，这些配料方案根据本单位使用的矿物原料情况调整所得。实验结果如下。
在方案1的基础上掺入50wt%的抛光砖废料，如表2所示。根据表1测量的原料化学成分比，可以计算得到三个样品的化学成分表如下（如表3所示）。
方案1样品烧成试样结果如表4所示， A1样品尚未烧熟，孔洞较多，吸水率和收缩率相对较高，结合表3计算数据分析，其K、Na熔剂含量较低。A2样品是根据A1试样的结果而做的调整，其中适当增加率熔剂的含量，吸水率降低了，但样品收缩率高达10 %。A3样品在A2样品的基础上减少官山石粉（低温砂），适当加入铝含量较高、Ka、Na含量较低的的瓷片2号砂（高温砂），以尝试提高材料体系的熔点，其收缩率和吸水率均能得到控制，但收缩率仍不太理想。
基于以上思路，我们继续尝试加入或调整矿砂的用量和品类。废料含量仍嘗试设定为50 wt%。方案2在A3坯料化学成分比例基础上进行调整，尝试尽量减小样品的烧成收缩率。配料比如表5所示。坯料化学成分表如表3所示。
方案2样品烧成试样的物理性能如下。为了减少收缩率，样品B1中引入了具有高温膨胀性的膨润土，试图利用其高温膨胀特性来抵消收缩效果，同时稍微降低了高熔点仿古泥的含量，但收缩率没有得到改善。再进一步尝试，样品B2中引入熔点更高的瓷片2号砂 （高温砂），设计高温生成莫来石相，尝试提高熔体粘度来减少收缩率，但收缩率也没得到改善，但吸水率相较B1样品降低。
综合方案1和方案2比较，尽管尝试使用控制K、Na熔剂量和调整铝含量等方法来控制熔体粘度，但样品坯料的烧成吸水率和收缩率都不能控制到令人满意的效果。可能是抛光砖废料的杂质含量无法控制，低熔点共熔体对整个材料配方体系影响较大的原因所致。因此我们将抛光砖废料的含量降低至35 wt%，观察其烧成样品的性能。设计方案3样品的样品配料比、化学成分及烧成试样的物理性能如表8、表9和表10所示。
在减少抛光砖废料比例之后，样品的吸水率和收缩率可以得到良好的控制，无论是在高熔剂含量（样品C1）或是高硅含量（样品C2）设计下，吸水率都能控制在5.5 ～ 6.5%之间，样品收缩率小于6.5%。这说明样品的可烧成配料范围比较宽。综合考虑后，初步确定以C1样品作为小试配方，并以此配方投中试球。放大中试采用窑炉试烧，典型的样品效果为强度25 MPa，收缩率6.0%，吸水率5.3%，烧失量3.1%。
3.2 釉料与坯料匹配性能研究
由于小地砖表面需上一层面釉，本研究坯料方案烧成后，其收缩率控制在6.0 ～ 7.0%之间，因此还需调试出一种与坯料表面收缩率基本相同的釉料，避免因收縮率不匹配而引起釉面开裂或鼓包、釉层脱落等现象。釉料收缩匹配性研究使用了两种不同收缩率的釉料进行混合配置，结果如表11所示。在相同的坯料烧成制度下，两种釉料按不同比例混合，呈现出不同的收缩率，根据C1配方比例，当两种釉料的混合比例为1：1时具有最佳的版面效果。
4 结论
（1）抛光废料在釉面砖坯料中加入比例为35 ～ 50 wt%，或范围更大；
（2）内墙釉面砖的烧成温度为：1060 ～ 1150℃（采用降低烧成温度方法来抑制气体高温发泡现象）
（3）当抛光砖废料加入量50 wt%以上的配方，收缩率偏大，在控制吸水率4.5%以下的范围内情况下，收缩一般在8.5 ～ 10.5%内波动；当抛光砖废料加入量在35 wt%左右时，在5.0 ～ 6.0%的吸水率范围内，收缩可控制在6.0 ～ 7.0%之间；
（4）产品规格，不限于300 × 300 mm小砖，还可以600 × 600 mm、800 × 800 mm、900 × 1200 mm大规格等等；
从上面各种实验得出：将抛光砖抛光废料制成内墙釉面砖或小地砖，是确实一种可行方案，可回收生产过程中产生的固体废料，并进行产业化示范；不仅能为行业带来新的经济增长点，实现经济和环保的自然和谐发展！如果陶瓷废料能充分利用起来，不但可以解决巨大的环境危机，而且可实现社会和经济可持续化的生态发展。
参考文献
[1] 蔡祖光. 陶瓷工业废料废渣的处理[J]. 佛山陶瓷， 2002（3）：11-12.
[2] 郑树龙， 唐奇， 卢斌. 陶瓷砖抛光废渣回收利用及产品的性能研究[J]. 佛山陶瓷， 2007， 17（12）：16-17.
[3] 乔木， 王欣丹， 王艳，等. 抛光砖抛光废料的回收利用途径分析[J]. 中国陶瓷， 2011（1）：25-28.
[4] 黄惠宁， 柯善军， 张国涛，等. 抛光废渣在陶瓷砖中的应用及现状[J]. 佛山陶瓷， 2012（7）：1-9.
