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瓷粉废料在建筑材料行业的综合利用

文档作者：董耀武孙振平孙广荣谢慧东文档来源： 1．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室 2．中电投江西核电有限公司 3．山东华森混凝土有限公司		点击数：	更新时间： 2021年04月07日
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文章编号：1007—046X(2014)05-0013-04
一固废利用
瓷粉废料在建筑材料行业的综合利用
Comprehensive Utilization of Waste Porcelain Powder in Building Materials Industry
董耀武 ，孙振平 ，孙广荣z，谢慧东
(1．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海201804；
2．中电投江西核电有限公司，江西九江332000；3．山东华森混凝土有限公司，山东济南250101)
摘要： 近十年来，我国陶瓷行业发展日渐迅猛，所产生的边角废料也逐渐增多，传统的堆放填埋等处理方式造成
越来越重的环境负荷，限制了陶瓷行业的可持续发展。同时，建材行业是消耗工业废料的重要场所，两
个行业的结合是资源整合可持续发展的必然趋势。因此在分析瓷粉废料(WPP)的主要来源和特性基础上，
探讨WPP在建筑材料行业的综合利用现状及发展措施，最后提出了作者的观点。
关键词： 瓷粉废料；综合利用；活性；建材行业
中图分类号：X701．3 文献标志码：A
0 前言
作为陶瓷生产大国，我国陶瓷工业近十年来得到了迅
猛发展。2012年全国陶瓷墙地砖产量多达94亿mz，卫生
陶瓷产量达2亿件，工业陶瓷产量达1．55亿件，日用陶
瓷产量达1．77亿件，均占同类产品世界年总产量的60％
以上。今后很长时间，我国继续保持陶瓷产量世界第一、
人均消费瓷砖第一和产品出口第一的陶瓷大国地位⋯。然
而与此同时，陶瓷工业的发展不可避免地产生了大量陶瓷
废料，例如每生产l m 抛光砖所产生的固体废弃物约(1．95
～ 2．1O)kg，全国抛光砖生产线每年排放的砖屑废料多达
1 000多万t[21。根据英国陶瓷协会提供的资料，可以在坯
体配方中引入的经加工后的陶瓷废料量仅为4％ 8％，然
而整个烧成工序包括制品出库前的损耗为6％ 12％，因
此陶瓷厂不能就地消化的陶瓷废料占工厂陶瓷总加工量的
4％～8％t3J。大部分的陶瓷废料以瓷粉废料为主，而瓷粉废
料的处理是长期以来困扰陶瓷行业的难题，处理不当会给
周边环境带来非常严重的危害，影响周边地区人们的生活
质量。
根据现有报道，目前国内外对瓷粉废料的综合利用，
主要采取以下两种方式：一是将瓷粉废料回收作为矿物原
料，制备陶瓷浆料，在行业内消化废料[4-5 ；二是应用于建
材行业，如将瓷粉废料作为掺合料替代部分水泥，或者初
步加工后用以生产各种建筑材料，或者制备一些特殊功能
材料如废气和废水处理材料 ]。总之，最终目标是实现瓷
粉废料的资源化循环利用，减少污染、节省优质矿物原料
的开采。这是陶瓷行业节资、节能、减排和降低成本的可
行之路。
本文简述瓷粉废料的来源及特性，全面分析了瓷粉废
料在建材行业中的应用现状，在此基础上，就瓷粉废料资
源化综合利用问题提出作者自己的观点，希望对瓷粉废料
在建材行业的资源化安全利用有所裨益。
1 瓷粉废料来源及特性
1．1 来源
陶瓷工业所产生的废料主要是在陶瓷制品生产过程中，
由于成形、干燥、施釉、搬运、焙烧及贮存等不同工序中
产生的废料，大致分为坯体废料、废釉料、烧成废料和砖
屑废料四类【8- ，如图1所示。
坯体废料。主要是指陶瓷制品焙烧之前所形成的废
料，包括上釉坯体废料及无釉坯体废料。在陶瓷生产加工
工序及中间运输过程中都会造成废泥和废坯，统称为坯体
废料。由于这些坯体废料未经过焙烧，大部分可以在本厂
回收再利用。
基金项目： “十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ2OBO2)；国家自然科学基金项目(51178339)
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影响聚羧酸类减水剂(MB—SR3)的饱和点掺量，但影响
萘系减水剂(FDN)的相容性。
江南宁等II2l重点研究了瓷粉废料掺量对水泥净浆水化
性能的影响。结果表明：瓷粉废料能促进水泥的水化，对
水泥水化产物的种类无明显影响，但对水化产物的数量却
有一定的影响。随着瓷粉废料掺量的增加，单位质量水泥
化学结合水量呈上升趋势，单位质量胶凝材料化学结合水
量呈下降趋势。瓷粉废料掺量为30％ 时，水化产物中
Ca(OH)，的含量降低，而AFt的含量稍有增加，这说明瓷
粉废料能促进水泥的水化，然而其活性在后期(56 d)才
能得以发挥。
只要对瓷粉废料进行有效的处理和质量控制，瓷粉废
料不仅不会影响水泥的粉磨效果，相反会在一定程度上使
水泥比表面积有所提高，改善水泥本身的各项品质。Ay N
和Unal M研究证明_13】，随着瓷粉废料掺量的增加，水泥
的强度有所降低，需水量变大，凝结时间变长，但是只要
选择合适的配比，将其掺量控制在35％ 以内，完全可以
生产出较高强度等级的水泥。
2．2 建筑材料和道路材料
抛光砖由于表面光滑，颇受用户喜爱。但采用抛光砖
生产工艺，由于在抛光阶段产生大量的砖屑废料，这种废
料难于利用，限制了这种产品的规模化发展。砖屑废料中
含有氯氧镁水泥等杂质，直接回收利用砖屑废料做浆料会
导致坯体产生膨胀、针孔和变形等缺陷。曾权等_l4针对这
一难题，提出了分类回收、自然沉降和分类使用的最优处
理思路，将发泡废渣作为洞石原料直接用于洞石面料配方
中，制备的产品性能优异；对砖屑废料进行改性后回用于
抛光砖底、面料配方中，各项性能指标达到生产要求。
税安泽等[151研究制备了以砖屑废料、高温砂、低温砂
以及各种黏土为原料，经球磨、干燥、成形、烧成后制备
了以闭口气孔为主、兼具保温隔热功能的新型轻质建筑材
料。其就原料组分和配方，各工艺参数对产品表观密度、
孔隙率、孔结构、导热系数和机械强度等的影响进行了试
验研究，所制得的产品充分利用了砖屑废料，表观密度为
900 kg／m ，抗折强度为6．0 MPa，导热系数为0．230 W／m．K，
耐火度>1 200℃。
2．3 固体废弃物混凝土
固体废弃物混凝土材料(SWC)是以固体废弃物为
主要原料，具有普通混凝土基本性能的一种环保材料。它
可用于制造建筑墙材，也可以用于各种道路和其他建筑工
程的地面铺打材料。报道显示，上海、天津等城市利用建
筑垃圾制备SWC材料，用于道路砖的生产；而香港以生
活垃圾为原料制造SWC环保砖。以瓷粉废料为原料之一
的SWC的生产在国内目前也有报道。
陆盛武等[16】分析了陶瓷在破碎过程中所产生大量的
粉末(即瓷粉废料)直接充当SWC添加物的可能性及意
义，并进行了初步试验。经检测，破碎后的废砖，其松散堆
积密度基本符合建筑用集料的标准，破碎后的颗粒级配用
天然砂调整，粗集料的粒径在(5—15)mm之间，细集料的
粒径在(1～5)mm之间。按照一般混凝土的配合比设计
方法，将原材料按一定的配合比混合。试验表明，以瓷粉
废料为主要原料，辅以水泥(一般选用32．5级以上硅酸盐
系列水泥)和高强粘结剂(有机粘结剂)制备的SWC材
料，可用于生产性能符合标准要求的免烧型广场道路砖。
2．4 加气混凝土
加气混凝土具有质轻、隔热、绝热、隔声性能良好等
优点而广泛应用于非承重内、外墙体中。加气混凝土的生
产能利用大量的瓷粉废料，具有很好的经济和社会意义。
徐志辉等117]研究探讨了利用瓷粉废料制备加气混凝土
的问题。发现瓷粉废料对浆体流变性有重要影响，掺
量越多，浆体的屈服应力越大，稠度越大，流变性能越差，
对发气及其气孔结构不利；瓷粉废料制备加气混凝土的最
佳配比为 (水泥)：m(石灰)：m(瓷粉废料)：m(粉煤灰)：
m f石膏1=20：17：39：21：3，水料比为0．56，铝粉用量
为干基料的0．1％，加气混凝土表观密度可以达到B 06等
级的要求。进一步研究发现，选择蒸养作为养护方式，形
成的水化产物主要有c—s—H凝胶、柳叶状托勃莫来石及
少量的水化石榴子石，水化产物晶体相互交插连接密集丛
生，晶形发育良好，形成致密的网络状微观结构，从而进
一步改善了加气混凝土的力学性能。
2．5 轻质集料
近年来国内外也开始利用工业废料生产陶粒。由于陶
粒容重小且内部多孔，形态和成分比较均一，具有一定的
强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良
好的保温、隔热、隔音、隔潮等功能特点，得到了广泛应
用。在建筑方面，陶粒可以作为轻集料制备轻集料混凝土
和墙体保温板，也可以作为填料填充于空心墙或窑的衬层
中起隔热保温作用。
侯来广等[181I)~砖屑废料、黏土、水泥及其他添加剂为
包裹料，以膨胀珍珠岩为核心，经包裹成球后自然养护得
到轻质夹心型免烧陶粒。该陶粒生产工艺简单、免烧结，
而且还充分利用了陶瓷产业的副产物。以该陶粒为轻集料，
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添加少量的膨胀珍珠岩，以水泥、粉煤灰为胶结材料制备
的吸声材料，其吸声效果好，特别是在低频的400 Hz左
右吸声效果最佳。该吸声材料的密度小，不含纤维等有害
物质，属于绿色环保建筑材料。该研究为瓷粉废料的资源
化利用提供了一条新思路。
3 展望
随着我国可持续发展战略的持续推进，对环境保护提
出了更高的要求。降低环境污染，加大对各种工业废弃物
的资源化安全利用力度，是环保工业的两个主要发展方向。
将瓷粉废料回收、预处理和分类作为廉价原料，用于
原材料消耗大的陶瓷工业本身和建材行业领域，既能大批
量无害化处理瓷粉废料，又可以为建材行业提供一种新的
原材料。实现陶瓷、建材两大工业的有机结合，无疑会产
生巨大的社会效益、经济效益和环境效益，并起到良好的
示范性效应。
具体而言，笔者认为，在今后相当长的一段时间里，
对瓷粉废料的研究和实际应用应朝着以下方向努力。
(1)瓷粉废料的行业内部消化。陶瓷行业产能巨大，
生产的陶瓷种类繁多，如果能在陶瓷行业内部有效循环利
用瓷粉废料，可以产生充分的价值。建议开展瓷粉废料回
收作为坯料原料，或制备一些原料品质要求较低的烧结砖
等方面关键技术的研究。
(2)瓷粉废料在建材行业的资源化利用。建材行业是
利用各种固体废弃物的重要行业，应采取因地制宜、因材
制宜的方式，根据瓷粉废料自身特性，进行充分的有效的
利用，如深入研究并推广这些技术：瓷粉废料作为水泥生
产混合材原材料、水泥混合材、混凝土掺合料的可能性，
以及利用瓷粉废料生产轻质集料(如陶粒)，制备功能性
建筑材料产品(如陶粒混凝土和加气混凝土)等。
除此之外，笔者认为，政府和陶瓷行业内部还应重点
考虑对资源化利用瓷粉废料的企业进行适当的环保奖励和
政策鼓励。如鼓励节能环保产业装备及产品发展，引导各
种资本投资建设先进生产能力，研究制定出台环保产品和
消费的激励政策，进一步落实和完善环保产业现有税收优
惠政策等。这些政策驱动力对于陶瓷行业和建材行业的有
机结合和共同发展将会起到十分重要的保障作用。
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作者简介：萱耀武，男，(1989一)，山西霍州人，同济大学在读硕士研
究生孙振平，男，(1969一)，新疆奇台人，同济大学材料科学与工程学
院教授，博士，博导通信地址：上海市曹安公路4800号(邮编201 804)
E—mail：szhp@tongji．edu．cn．
收稿日期：2014年2月12日

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