传统陶瓷升级换代与发展的若干问题
时间：2021-01-07 16:03:54 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:本文论述了我国传统陶瓷产业发展面临的主要问题,如能耗高、附加值低、环境污染严重等,对传统陶瓷的升级换代与未来的发展方向提出了几点建议。
关键词:传统陶瓷;升级换代;发展
1我国传统陶瓷的发展概况
我国是建筑卫生陶瓷的生产大国,产量连续十几年位居世界第一。2008年我国陶瓷墙地砖的产量约57亿m2,占世界总产量的60%左右,其中广东省的产量约19亿m2;卫生陶瓷产量约1.5亿件,占世界产量的33%左右,其中广东生产约5700万件;日用陶瓷和美术陶瓷约150亿件,占世界产量的70%左右。日用陶瓷和美术陶瓷产量连续30多年位列世界第一。
目前,我国陶瓷行业的发展主要面临以下问题:
(1)资源和能源消耗比较大(见表1);
(2)优质原材料日益枯竭,供应半径大;
(3)对环境的影响限制了行业的发展;
(4)产品同质化严重,附加值不高;
(5)创新性的科技成果少,实现了产业化的更少;
(6)日用陶瓷设备相对落后;
(7)基础理论研究过少。
中国政府在哥本哈根气候峰会前宣布,到2020年,中国单位GDP二氧化碳的排放要比2005年下降40%～45%。传统陶瓷属于高能耗、低附加值产业,其发展将面临严峻挑战,在低碳经济的条件下,传统陶瓷急需依靠技术创新进行升级换代、节能降耗、增加附加值,才能实现陶瓷产业的可持续发展,为低碳经济和环保作出贡献。
2传统陶瓷节能减排与升级换代的发展方向
2.1开发低品质原材料
地球表面铁元素的含量约为4.75%,含铁原料储量丰富,特别是广东地区,红泥(砂)等含铁高的原料储量较高。但铁属于着色性元素,它的存在影响产品外观,特别是对于追求白度的抛光砖产品,含铁原料的应用更是受到严格的限制。目前传统陶瓷使用的原料主要是含铁少以及部分含钾、钠、钙等熔剂成分较高的原料。然而,由于白度高、工艺性能优良的优质原料越来越紧缺,对中、低品质陶瓷原料的充分利用与优化处理显得越来越重要,成为解决这一矛盾的唯一出路。
对于含铁量高的原料,一方面,可以通过各种物理化学方法,对原料进行除铁增白处理,但处理成本较高。如果能够通过配方改进,就地取材,充分利用这些“低品质”原料,对于节约生产成本、实现陶瓷工业的可持续发展具有非常重要的意义。
实际上,铁元素对于陶瓷生产并非是“有百害而无一益”,如果能够充分利用铁元素的特点,则可以变废为宝。如铁在氧化气氛下形成红色的三价铁离子,可用于生产红坯陶瓷砖;铁还有较强的助熔能力,在釉面砖坯体中适量引入,能降低产品的烧成温度。此外,研究表明,坯体中含有1%～3%的三氧化二铁时,有利于产品抗弯强度的提高,并且产品的吸水率并无明显增大。
2.2 陶瓷产品的轻量化
曾几何时,为了迎合与石材的竞争,陶瓷砖的厚度发挥到了极致,甚至“以厚为荣”,不仅造成了资源和能源的浪费,还增大了环境的负担。“产品轻量化”是低碳经济对传统陶瓷产业提出的要求,也是减轻地球负担、节能减排的迫切需要。陶瓷薄板的尺寸一般为1000mm×2000mm×(3～6)mm,这种大规格的超薄板材不仅解决了在建筑装饰中减轻载荷的一大难题,同时节约了大量的原料、燃料和产品的运输成本:
(1) 节约原料:其比传统陶瓷砖每平方米节约原料50%;
(2) 节约水资源:其比传统陶瓷砖每平方米节约清洁水63%;
(3) 节约电力:其比传统陶瓷砖每平方米节约电能约26%;
(4) 减少废弃物排放:其比传统陶瓷砖每平方米减排10kg废水,减少废渣4kg;
(5) 节约运输成本:每辆车的运输量增加,车辆使用率提高了75%。
陶瓷薄板在我国已研发成功且有小批量生产,相关的国家标准也已出台,但离市场普及还有一定的距离,需要进一步规范市场,并形成一定的舆论导向,使消费者走出“减薄就是偷工减料”的误区。此外,我们还需要研究超薄的陶瓷板材,比如厚度小于1mm的“陶瓷纸”,以满足建筑物的内外墙装饰的需要,进一步拓展传统陶瓷的用途。
2.3陶瓷产品的多功能化
用高新技术改造传统陶瓷产业,增加陶瓷产品的科技含量和附加值,拓展其应用范围,对于陶瓷行业的发展将有很大的促进作用,并有可能成为新的经济增长点,为经济和社会发展作出重要贡献。
陶瓷具有防火、耐磨、耐腐蚀、耐老化、不起尘、强度高和美观等优点,如果能够通过适当处理,使其增加诸如抗菌、自洁、净化空气、全吸收、全反射或仅对红外光波反射、保温、吸音、隔音、防静电等功能中的一种或数种,则应用范围将会得到极大的拓展。
2.3.1 抗菌自洁陶瓷
抗菌、自洁陶瓷是上世纪90年代初兴起的一种新的陶瓷品类,是材料科学和微生物学相结合的产物。它具有抗菌、除臭、保健、自洁等功能,从而可广泛应用于卫生医疗、家庭居室、旅游宾馆、民用或工业建筑等。早在90年代初,工业发达国家在医院、餐厅、高级住宅率先使用了抗菌陶瓷制品,近年来,国外陶瓷品牌如TOTO、INAX等已有很多制品增加了抗菌功能。
加入二氧化钛的陶瓷在光催化下有自洁、促使有机物降解、杀菌、净化空气等效果,但一般认为纳米尺寸的锐钛矿型的二氧化钛在这方面的功能才比较显著,如果能够成功制备锐钛矿型和金红石型混晶的纳米级二氧化钛则效果最好。但是,锐钛矿型的二氧化钛是低温稳定的,而陶瓷墙地砖一般都在1000℃以上烧成,瓷质的陶瓷墙地砖更是要求在1200℃左右烧成,在这样的温度下,二氧化钛已经转变成了金红石型,并且晶粒也很容易长大。现在通用的做法是将纳米级的锐钛矿型的二氧化钛复合到聚合物中,然后在低温下涂覆到陶瓷表面来实现这些功能,但其耐久性不好,与陶瓷本身的使用寿命不匹配。因此,研究如何使锐钛矿型的二氧化钛在高温稳定并限制晶粒的过分长大是今后研究的关键。
2.3.2 防静电陶瓷墙地砖
传统的防静电材料主要有防静电橡胶板材及聚氯乙烯(PVC)防静电塑料板材,以及目前大量使用的防静电三聚氰胺面层的地板等,由于这些材料均为有机材料,存在耐老化性能差、不耐磨、抗污能力差及防火性能欠佳等缺陷。防静电水磨石虽然较好地解决了防火问题,但其发尘量指标仍然偏高,限制了其在洁净厂房和机房工程中的应用。
防静电陶瓷墙地砖不仅能防静电,并且具有美观耐用、防火、耐腐、耐老化、抗压等其它防静电材料难以兼有的优点,具有广阔的应用前景,被应用于航天航空、石油化工、纺织、医疗等领域,已进入国家921重点工程(神舟七号载人航天飞船控制装配中心)、中国航天科技总公司空间技术研究院等对防静电干扰要求高的部门。但由于目前该产品颜色过于单调,安装系统复杂,需要进一步优化,对于走入平常百姓家还需要一定的时间。
2.3.3保温隔热陶瓷砖
随着经济的发展,建筑的能耗问题备受关注,我国的建筑耗能是发达国家的三倍,各种建筑的总面积已经达到400亿m2以上,并且每年又竣工新建房屋面积16～20亿m2,建筑能耗从1978年占能源总消耗量的10%上升到现今的27.5%左右。新型高效保温墙体材料的研发,受到世界各国的普遍重视。
目前,国家重点推广的建筑外墙保温材料一般为EPS(发泡聚苯乙烯)和XPS(挤塑聚苯乙烯),其中EPS几乎占节能建筑的90%以上,但大量的工程实践证明,该材料存在重大火灾隐患和工程保温质量缺陷,其整体性、耐久性、防火、防雨水渗透性以及物理化学稳定性等都存在不足。
保温隔热陶瓷有丰富的气孔,具有良好的隔热保温性能(其显微结构见图1),且施工简便,产品强度高、化学稳定性好、耐水抗冻、防火阻燃,是理想的建筑节能材料,隔热保温陶瓷外墙砖与EPS性能比较如表2所示。
2.3.4 导电陶瓷、红外陶瓷
导电陶瓷具有导电性好、化学性能稳定、抗腐蚀、耐高温等特点,在某些方面是金属导电材料无法比拟的,因此导电陶瓷的研究日益得到重视,应用也越来越广泛。如能将电能转化为热能的电热地板、电热墙等,可在需要加热、除霜的地方使用。
具有远红外辐射性能的陶瓷材料称为远红外陶瓷。生物体对红外辐射的吸收比对其它光波明显,一定量的特征红外辐射会对生物体的正常活动起促进作用,甚至可以起到治疗或辅助治疗的作用,能增强新陈代谢、提高肌体的免疫功能,同时具有消炎、抑菌能力。
2.3.5智能陶瓷
(1) 自动调温陶瓷
自动调温陶瓷通过相变来吸收和放出热量,达到调温的目的,可用于咖啡壶保温、室温调节等。
(2) 自动调湿陶瓷
通过物理或者化学反应来吸收空气中的水分,或者将水分释放到空气中,从而自动调整空气的湿度。
除以上所述的几种功能陶瓷外,传统陶瓷还可向更多的功能化方向发展,如光伏发电陶瓷、光催化陶瓷、超亲水陶瓷、双疏陶瓷、长余辉陶瓷、隔音消音陶瓷、陶瓷微滤膜、预警陶瓷(应用于温度、湿度、力学、化学物等方面的监控)等。
3结 语
我国传统陶瓷产业具有悠久的历史和光辉的发展历程,但在现代化工业进程中,传统陶瓷产业由于多种因素却步履维艰并陷入了困境。在新形势下,产业升级是实现传统陶瓷产业可持续发展的必由之路,只有依靠科技进步与技术创新,对传统陶瓷进行提升与发展,使其脱胎换骨,变得更清洁环保、产品附加值更高、产业链更长、竞争力更强,才能融入当今的节约型、环境友好型社会。
