陶瓷原料选择与资源综合利用
朱敬贤+潘利敏+谢志军+黄玲艳
摘 要：目前，我国陶瓷原料资源的开采缺乏科学合理的规划和综合利用措施，致使资源利用率很低。本文论述了陶瓷原料的选择与资源综合利用，对解决需求增长与资源短缺的问题提出了两种参考方案。一是采用先进工艺技术对劣质原料优用；二是综合利用工业固体废弃物及尾砂，节约现有资源的同时也保护环境。同时，本文还重点论述了建设大型陶瓷原料生产基地，实现原料标准化对于资源综合利用的重要性、紧迫性，并分析了当前遇到的困难。
关键词：陶瓷原料； 资源；选择；综合利用；原料标准化
1 前言
陶瓷原料是陶瓷的根本，是陶瓷工业的粮食，是组织陶瓷生产的基础。非金属陶瓷原料是不可再生资源，而目前我国陶瓷原料资源的开采，缺乏科学合理的规划和综合利用措施，致使资源利用率很低。这就要求对资源进行综合开发利用，以节约资源。随着陶瓷工业的迅速发展，工业固体废弃物的种类和数量也越来越多，不但对环境造成了污染，而且还是一种资源的严重浪费，同时，废弃物的处理问题也给企业带来了无形的压力。陶瓷矿产资源消耗巨大且浪费严重，造成许多优质陶瓷原料资源濒临枯竭，而且较高的价格也限制了其应用。因此，从陶瓷原料选择与资源综合利用角度来看，工业固体废弃物的再利用是一个很不错的选择。大力开发利用低质原料和工业废料，不仅有利于优质陶瓷原料的保护，还可以降低生产成本，提高企业的经济效益，有利于陶瓷行业的可持续发展。
2 采用先进工艺技术提高资源利用率
2.1 各类天然岩石的利用
为了更好地节约优质原料，降低成本，提高资源效益，各类天然岩石的应用就尤显重要。硅灰石是一种低硅酸钙类矿物，主要产于酸性侵入岩与不纯的石灰岩的接触变质带中，在烧成中它是助熔剂，出现钙长石的反应温度比粘土质坯体生成莫来石的温度低，出现液相的温度也低。因此，硅灰石是一种适用于低温快烧的陶瓷原料。透辉石是链状结构的硅酸盐类矿物，单斜晶系，晶体常呈粒状或针状。透辉石有与硅灰石相类似的性质，且熔点较硅灰石低，膨胀系数也较硅灰石小，变化缓慢。透闪石是一种双链状结构的硅酸盐矿物，属闪石族中的单斜角闪石亚族，透闪石的工艺性能与硅灰石相似。硅灰石、透辉石、透闪石和叶腊石等是快烧的好原料，其他，如霞石正长岩、铿长石、珍珠岩、斜长岩和钙镁橄榄石等均可代替长石作为陶瓷的熔剂原料用于各类陶瓷制品中[1，2]。但是由于硅灰石、透辉石等低温快烧原料都具有烧成范围较窄的缺点，若没有先进可靠的工艺技术和相应的设备，低温快烧原料很难推广。科研院校应与企业合作，在天然岩石的利用方面做些新工艺、新技术的应用研究，提高资源利用率。
2.2 低品质原料的除铁增白方法
我国陶瓷原料资源丰富，但大多是含铁较高的低品质原料，如：我国现有高岭土储量为4.8亿t，而煤系高岭土有100亿t，但煤系高岭土中大多含铁较高。陶瓷原料由于含铁高使其品质大大下降，产品的白度受到很大的影响，产品上不了档次，难以满足市场的需求，这就迫切要求对含铁高的低品质原料进行加工处理。目前除铁增白的方法有物理法、化学法和生物法。物理法分水洗法、磁选法和浮选法，其中，水洗法成本不高，但是对白度提高不大，而磁选法和浮选法对白度的提高效果较好。目前磁选法应用较广，各种高梯度磁选机的研究和应用也得到了重视，因为高梯度磁选法产量大，利于机械化生产。化学法分为还原法、氧化法和还原氧化法，但化学法成本一般都很高，因此很少被使用。生物法微生物浸出技术成本较低，环境污染小，是一种有发展前景的新的增白方法。
3 综合利用工业固体废弃物、尾矿
3.1 工业固体废弃物的利用
不少工业固体废弃物可以作为建筑卫生陶瓷的原料，以扩大陶瓷原料资源的来源。废弃物用于陶瓷方面的研究比较多，主要集中在建筑陶瓷、多孔陶瓷、高性能陶瓷中，其中，后两者的应用还有待深入研究。用于建筑陶瓷生产的废弃物主要是粉煤灰和工业废渣；用于泡沫、多孔陶瓷和高性能陶瓷生产的废弃物主要是粉煤灰和煤矸石。玻璃工业废弃物在陶瓷工业中的应用主要是将玻璃纤维废料转变成玻璃粉末，并将该粉末与添加剂混合物颗粒化处理；然后将颗粒状粒子成形为陶瓷生坯；最后加热烧结成为陶瓷产品，其烧结温度为700～1000 ℃，大大降低了能源和天然资源的消耗。另外，还可以将赤泥与花岗石碎屑和碎玻璃混合，通过熔化和结晶生产玻璃陶瓷材料。陶瓷工业固体废料的再利用主要是对陶瓷厂自身产生的工业废料加以回收利用，现在废白瓷粉在陶瓷坯体中的循环利用技术已经非常成熟，并在陶瓷釉中也得到了广泛的应用。陶瓷釉中引入废瓷粉，不仅可以充分利用废陶瓷，利于环境保护，而且还可以降低釉料的烧成温度、改善坯釉结合性能、提高釉面质量。
3.2 尾矿的利用
高岭土、瓷石是陶瓷的主要原料，在矿山开采加工中大量尾砂的泛滥和废弃， 给社会、环境带来巨大危害，同时也是对矿产资源的极大浪费。通过攻关研究，在景德镇实现了尾砂无尾矿选矿新工艺，对其选矿产品进行开发应用，以及直接以尾砂为主要原料研制出多种尾砂制品，具有很好的社会、环保和经济效益， 从而使陶瓷原料尾砂综合利用取得新进展，新突破[3]。只要尾矿没有放射性，不危害人体健康且容易生成玻璃体，都可以考虑用作生产玻璃陶瓷的原料，利用尾矿及其它工业辅料生产的玻璃陶瓷主要用作建筑装饰材料，它因具有机械强度高、耐腐蚀性好等优点而被誉为21世纪的建筑材料。
4 建设大型原料生产基地
提高资源利用率一个重要的任务就是提供性能稳定的陶瓷原料，因为提高和稳定陶瓷产品质量的根本是要稳定陶瓷原料，这就希望陶瓷原料深加工企业所产原料的化学组成、矿物组成、粒度组成等方面要在不影响生产的范围内波动，才能保证生产处于一种稳定的状态[4]。
4.1 建设大型原料生产基地所存在的问题
我国是一个陶瓷大国，陶瓷生产的历史源远流长，当然这与其得天独厚的陶瓷资源是分不开的。但由于目前天然的优质原料越来越少，甚至出现枯竭， 数量众多的是质量一般的原料，可谓是“好的不多，多的不好”。而且从全行业来看原料加工水平和监控水平都很低，难以满足现代化陶瓷工业生产的要求，这就要求尽快建立规模化的原料生产基地，使我国原料深加工形成标准化、系列化和专业化生产。原料的标准化有利于陶瓷行业的发展，但目前仍存在很多问题和困难。
（1） 原料的产地不同，其形成年代、地质年代、成因及周围环境等也各不相同，因而组成和性能也会有很大差别。因此，把所有的不同产地的原料性能稳定在某一范围内，是需要大量的技术和资金支持。
（2） 矿山的开采不专业化，而且很多是私人开采，其技术含量低下，对资源的开采也很盲目，开采后也只是简单的破碎就送到陶瓷厂。
（3） 精选加工的技术要求较高，生产成本较高，在我国的陶瓷生产企业中应当形成一种进高品质原料出高价位产品的氛围。而目前的情况是大部分的中低档产品自身的附加值较低，承受不起标准化原料的价位。原料标准化生产所面对的市场范围仍然很窄。
（4） 我国的陶瓷企业是大而全、小而全，原料无固定的开采地点，造成了对矿山的滥采乱掘，这样，一方面使得原料开采利用率很低，浪费了宝贵的资源，另一方面形成了不论产品档次如何，大家都尽可能使用优质原料的局面，从而加速了资源的过快枯竭，而且传统的生产模式使大多数陶瓷厂都有完备的原料加工体系， 几乎是每家一个原料加工车间，一套设备。因此，有一部分生产企业对原料的标准化不够重视。加之原料生产部门因其自身财力、人力所限，使原料很难达到标准化要求，并且原料标准化需要占据一部分原料加工投资，使大量的资金分散使用，不能从根本上解决问题。
4.2 建设大型原料生产基地的相关措施
首先，实现原料的标准化要有据可依。因此，有关部门应根据原料的产地、性能特点及应用情况，确定各种原料的质量标准，即其化学组成、矿物组成、粒度分布等一系列理化性能指标的相关数据范围。根据产品品种、制品性能、产品质量档次、生产工艺装备水平等制定一系列陶瓷原料质量标准，使原料的标准化有一个共同的质量标准。如：长石可分为釉用长石、日用瓷用长石、卫生瓷用长石、墙地砖用长石等。原料标准化的过程就是利用各种选矿方法对陶瓷原料进行一系列的洗选加工，使其性能指标达到标准要求。其加工工艺大多为传统方法，而且处理成本不高，因此，在标准化进程中现有技术装备能达到要求，不需要再投资。比如：物理方法有分级法（水簸、水力旋流、风选、筛选） 、磁选法、超声波法等，用这些方法可除去与原料颗粒以分离状态存在的杂质。长石、石英、粘土等系列原料均可采用此方法。正如前述，陶瓷原料的标准化和系列化所追求的就是“稳定、均匀”、“物尽其用”，对此就应从矿山做起，实现矿山开采科学化、合理化，这才是长久之计。对此应对矿山进行生产勘探，系统地采样进行分析测试，以查明矿石有益、有害组分的分布规律及附存状态，以此固定矿石类型，确定开采块段，从而计划开采，合理利用矿山资源，保证原料的质量[5]。
再就是实现单一产品的标准化系列化，满足不同用户要求。为了实现此目标，我们可以从原料的均化入手。为了保证原料的稳定均一，还可采用二次均化。即首先在原料基地对各种原料按不同品位，分别进行预均化，然后将经过一系列工序加工成粉的各种原料，按不同品位分别入均化库，然后再进行二次均化，从而实现单一产品的标准化和系列化。其生产工艺流程可以为：选料、水洗（粘土类）、预均化、粉磨、除铁和均化。
（1） 预均化
预均化技术就是在原料的存、取过程中， 运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化， 使原料堆场或料库同时具备储存与均化的双重功能。原料预均化的基本原理可以简单形象地描述为“平铺直取” 。就是在堆放原料时，由堆料机连续地把进来的物料，按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠、厚薄一致的料层。而在取料时，则通过选择与堆放方式相适应的取料机和取料方式，在垂直于料层的方向上，同时切取料层。这样，在取料的同时就完成了物料的混合均化， 起到了预均化的作用。
对每种原料按矿石的不同品位分别进行预均化。在堆料时将原料沿料堆轴线分层，逐渐进行堆料，而向料堆横端进行切取，平行料堆是在堆料时沿横向层层堆料。即实现横向堆料，纵向切取，从而达到初步预均化的目的，保证原料质量的相对稳定[6，7]。
（2）粉磨分级
对于硬质原料，宜采用干法粉磨系统，而且为了适应大工业生产所要求的质量，应采用新型高效磨机。将磨机与分级机形成一闭路系统，粉磨的物料经分级机，按颗粒粗细而分级，这样可生产出不同粒径的系列产品，以满足不同用户的要求。而对于粘土，则先用水洗再超细粉碎分级，水洗可除去杂质，用分级机分级则可形成系列产品，如果粘土颗粒较粗，则可经过超细粉碎再分级。
（3）除铁
原料含铁的多少直接影响产品的白度和档次，所以除铁就显得尤其重要。由于除铁成本一般都较高，这就要求根据产品的要求选择不同的除铁方法。如果要求很高，可选择二次除铁和不同的除铁方法并用。
（4）均化
将粉磨后的物料送到均化库中进行均化。均化库可采用两种布置形式，一种是搅拌库和均化库分开的形式，也就是使出磨物料先进入搅拌库，利用库底充气装置分区轮换充气，进行搅拌，搅拌后的原料再入储存库。另一种为了简化工艺流程而可布置成双层库，上层为搅拌库，下层为储存库。搅拌库的原料，依靠重力卸入下面的储存库中。通过上述的二次均化即实现原料生产的简单均化，这不能称为标准化生产。不管是干法还是湿法，离开了在线检测和在线调配，标准化生产就无从谈起。
实现了单一产品的标准化系列化后，厂家就可以根据自己的需要进行配方了， 也就可以实现陶瓷坯料和釉料的标准化。有了成份稳定的单一产品，就不需要担心配方后烧成产品的质量稳定性问题，这样就提高了产品质量的稳定性，也节省了厂家研发费用。
5 结语
对陶瓷原料的综合利用在我国现在还只是试验研究阶段，不过相信不久就会得到充分的应用，这是发展的需要。其实对陶瓷原料的综合利用不是单个厂家所能完成的，这就需要合理的分工，建设大型的原料供应基地，实现原料的标准化和系列化；实现对矿山的综合开采；用天然岩石等原料来代替其他优质原料；实现对劣质原料的应用，做到劣质劣用，优质优用，综合利用工业固体废弃物、尾矿，节约使用资源并且保护环境。生产环节的明确分工和把原料加工部分分散的废料集中使用，使原料加工的技术装备水平迅速提高，这样不仅有利于提高原料的质量，也有利于相关行业的发展。质量稳定的优质、优价原料是我国陶瓷行业由大变强的前提条件，原料的标准化将使陶瓷行业走规模化发展的道路。在现有技术装备水平基础上，提高产品档次，以利于全行业的发展。原料的标准化将带动整个原料加工制造业的发展。天然优质原料越来越少，原料精加工将是必由之路， 因此，研究、开发出新型的原料生产工艺路线，并不断降低生产成本，提高产品质量，把陶瓷行业带入良性发展的轨道将是我们的最终目标。
参考文献
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[2] 陈帆. 我国陶瓷原料工业发展的途径[J]. 陶瓷导刊
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瓷网
[5] 朱申红.矿产资源的综合利用与无废生产工艺的发展[J]. 金属
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[6] 郑水林.粉碎工程[M].北京：中国选矿科技情报网
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