用废陶瓷为主要材质生产耐火材料

用废陶瓷为主要材质生产耐火材料

耐火材料行业的经济增长要走绿色、低能耗、低污染的途径。在科学发展观指导下，走“绿色耐材”发展道路，转变增长方式，实现行业全面、协调、可持续发展是我国耐材工业发展的指导思想。“绿色耐材”是以优质、节约、利废、健康型为主要特征，其意义体现了4句话：品种质量优良化，资源能源节约化，生产过程环保化，使用过程无害化。工业固体废弃物的再利用即为循环经济的一种模式。笔者所在公司地处北京市陶瓷厂院内，由于洁具产品质检非常严格，每日都会产生一定量的废陶瓷。为使这些废陶瓷能够利用于耐火材料中，笔者进行了大量的调研与试验工作。

废陶瓷的来源及特点1.废陶瓷的来源。我国建筑陶瓷产量占世界总产量一半，卫生洁具产量超过世界总产量的1/3，日用陶瓷占世界总量的60％。我国建筑陶瓷、卫生洁具及日用陶瓷产量均居世界首位。我国是名副其实的陶瓷生产和消费大国。目前生产陶瓷主要的原材料为天然土、天然矿等不可再生资源，在生产过程中，由于经过高温烧制，烧成过程难以控制，不可避免地会有大量不合格产品出现。这种不合格品即工业废陶瓷，是陶瓷工业生产中的一种固体废弃物。由于经过高温烧制后，其硬度极高，无法自然消化，也不能作为陶瓷原料重复利用，只能作为工业垃圾进行填埋处理，且处理成本高，容易造成环境污染。我国现有的建筑陶瓷生产企业约为3000多家。截止到2006年9月，全国建筑卫生陶瓷总产量为9189万件。以此为例，推算全年产量约12252万件，综合合格率80%左右，以每件陶瓷洁具25kg计算，全国每年消耗约306万吨原料，浪费掉的原料在62万吨左右，数量相当可观。既是对资源的极大浪费，又对环境造成污染。

2.废陶瓷的特点。工业废瓷经过了118~1300℃的高温烧成处理，具有一定的强度，质地均一稳定，体积密度较轻，硬度高，能够使用到1100℃左右。它的Al2O3的含量一般在20%~30%之间，SiO2的含量一般在60%~70%之间，含铁等杂质少，高硅低铝耐碱性好。根据这些性质，适合用于铝硅质耐火材料的中低温系列耐碱耐磨产品。

废陶瓷的制备瓷砖等建筑陶瓷，因其烧成温度低不适合在耐火材料中使用。我们选用的废陶瓷均为卫生陶瓷、日用陶瓷、电瓷等。对于废陶瓷的制备首先是进行拣选，除去混在其中的模具和未经烧成处理的坯子，只保留经过烧成处理的废陶瓷。对这些废陶瓷进行清扫和清洗，除去落在其上的灰尘等杂物。将其进行烘干处理后，投入颚式破碎机进行粗破碎，破碎颗粒最大粒径8mm；而后进入反击式破碎机，破碎后按通用粒度进行了筛分，并采用雷蒙机制备细粉，作为配制耐火材料的基质组成部分。废陶瓷主要加工为8~5mm、5~3mm、3~1mm、1~0.5mm、＜0.5mm颗粒5种粒度级别，及从180目~800目不同细度的细粉。

以工业废陶瓷为主要材质的耐火材料产品废陶瓷的引入可以提高耐火材料产品的耐磨性能，改善它的热震稳定性，同时降低材料成本，减少环境污染。废陶瓷可以用作骨料和微粉加入配方中，调整适宜的基质组成，开发出铝硅质浇注料，用于工作温度1100℃以下的工作环境。所开发的产品主要有：GT-13NL水泥窑预热器用高强耐碱浇注料；D-13A循环流化床锅炉用耐磨耐火浇注料；LT-6CH系列石化行业用低铁隔热耐磨单层衬里材料。

1.主要原料的理化指标。①高强耐碱料和中质耐磨料实验用的原料。主要有三级矾土、特级矾土、氧化铝微粉、硅灰、纯铝酸钙水泥、废陶瓷、防爆纤维和钢纤维（见表1）。试验中，颗粒级配采用以下几级：5~3mm、3~1mm、1~0.5mm、＜0.5mm和部分超微粉，其

中骨料和粉料的比例为（65%～70%）誜（30%～35%）。②低铁高温隔热耐磨单层衬里LT-6CH 的主要原料。由于研究开发的材料要求具有使用温度高、纯度高、隔热、耐磨性好的特点，为满足材料的复合性能，综合分析在石化行业各装置的工况条件和技术参数要求，将原料的选取定位为选用多种轻质骨料进行复合搭配使用。在材料中加入适宜的结合剂、外加剂、细粉和超微粉细粉，用以调整材料的施工和易性和提高材料的理化性能。主要原料种类为：（1）骨料类：高铝轻质骨料、空心球类：硅铝球、高铝球、氧化铝球、焦宝石；（2）细粉和超微粉类：硅砖、低铁特级焦宝石、废瓷粉、莫来石细粉、硅灰；（3）结合剂类：水泥（见表2）。

2.实验方法。首先对原料进行调研及初步试验，通过对比试验数据，确定最佳使用原材料。试验均采用系列配方实验，常温下浇注成型，试样尺寸为40mm×40mm×160mm，所有试样成型后均保湿养护24小时，脱模后，在相同条件下保湿自然养护24小时，经110℃×24小时烘干至恒重后，试样再经540℃×3小时或815℃×3小时或900℃×3小时或1200℃×3小时烧成，按耐火材料行业标准检测样品的体积密度、线变化率、耐压强度、抗折强度、耐磨性、热震稳定性、热膨胀、热态抗折、化学成分等，经过不同配比材料的性能比较，确定较优材料配比范围及衬里材料性能值范围，并在试验数据基础上完善试验配方，进行重复性论证实验，选出最佳方案，最终配制出符合使用工况的耐火材料产品。耐磨值按照GB/T18301标准进行测量；体积密度按照YB/T5200测定；线变化率按照YB/T5203测定；化学成分按照GB/T6900测定。

3.实验结果（见表3）。

4.结论。①GT-13NL高强耐碱浇注料。利用陶瓷颗粒高硅低铝耐碱性好的特点，以废陶瓷颗粒为骨料配制成耐碱性一级的高强耐碱浇注料。在使用过程中遇到碱气侵蚀时，材料中的高硅低铝组分与碱气反应生成高黏度液相，附在浇注料表面，形成釉状保护层，从而封闭表面气孔阻止碱的进一步侵蚀，增强耐碱性能；并且产品中添加了超微细粉，因而强度高、施工流动性好、施工简便；养护简单，无需特殊养护。适用于新型干法水泥窑预热器、三次风管等部位。经过在海螺集团、琉璃河水泥厂、北京水泥厂等多家大型水泥厂使用，效果良好，并完全取代了原日本进口耐碱浇注料。②D-13A循环流化床锅炉用中质耐磨浇注料。利用废陶瓷容重轻、硬度高的特点，着重调节废陶瓷大颗粒的含量，采用了中温膨胀剂改善材料的中温膨胀性，采用中温促烧剂来提高材料的中温热态抗折强度。采用焦宝石、堇青石与废陶瓷的综合作用来提高材料的热震稳定性。开发出适合中温使用的热态强度高、热震稳定性优良、耐磨性能好、体积密度较轻的耐磨耐火材料。在300MW大型循环流化床锅炉上使用，取得了良好的效果。③LT-6CH系列石化行业用低铁隔热耐磨单层衬里材料。综合分析石化行业各装置的工况条件和技术参数要求，将原料的选取定位为选用多种轻质骨料进行复合搭配使用。在材料中加入适宜的结合剂、外加剂、细粉和超微粉，其中含废瓷粉，用以调整材料的施工和易性和提高材料理化性能。开发出了使用温度高、纯度高、隔热和耐磨性好的高温隔热耐磨单层衬里材料。高温隔热耐磨单层衬里材料适用于石化行业催化裂化装置、乙烯裂解、制氢、化肥工业等装置的反应器、混合烟道、再生器等高温、隔热部位，满足石化装置目前大型化、操作工况苛刻、热负荷高、磨损严重和还原气氛对衬里的要求，并具有绿色环保特色，拥有良好的应用前景。

综上所述，在深入研究分析废陶瓷特点的基础上，研发出了不同系列的新型耐火材料，应用于不同领域。把这些废陶瓷变为资源加以应用，既消纳了工业垃圾，又使资源得以循环