衛(wèi)生陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)探討*

徐文龍 范文杰 范敬城 陳擁強

(1 佛山市法恩潔具有限公司 廣東 佛山 528500) (2 景德鎮(zhèn)樂華陶瓷潔具有限公司 江西 景德鎮(zhèn) 333400)

前言

衛(wèi)生陶瓷吸水率反映了陶瓷制品的燒結(jié)程度,它對制品的機械強度、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性都有很大影響。因而在陶瓷研究及生產(chǎn)實踐中，不能不對吸水率給予格外的重視。衛(wèi)生陶瓷內(nèi)在質(zhì)量如何,國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》第5.4條就物理性能規(guī)定了吸水率標(biāo)準(zhǔn)，可見吸水率這一指標(biāo)對于衛(wèi)生陶瓷的重要性，而在實際生產(chǎn)和對外貿(mào)易業(yè)務(wù)中，由于我國標(biāo)準(zhǔn)與國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于衛(wèi)生陶瓷吸水率的規(guī)定有所不同，所以往往在執(zhí)行中會出現(xiàn)一些問題。因此，有必要對這一問題引起重視并加以解決。

1 標(biāo)準(zhǔn)的定義及論述

標(biāo)準(zhǔn)，“標(biāo)”是投射器，“準(zhǔn)”是靶心。標(biāo)準(zhǔn)合用，即是具有行為和結(jié)果要相一致的內(nèi)涵。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3935.1-83定義：“標(biāo)準(zhǔn)是對重復(fù)性事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定，它一科學(xué)、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的綜合為基礎(chǔ)，經(jīng)過有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機構(gòu)批準(zhǔn)，以特定的形式發(fā)布，作為共同遵守的準(zhǔn)則和依據(jù)”。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3935.1-1996中對標(biāo)準(zhǔn)的定義是指在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對活動或結(jié)果規(guī)定共同的和重復(fù)使用的規(guī)則、導(dǎo)則或特征的文件。該文件以科學(xué)、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的綜合成果為基礎(chǔ)，以促進最佳社會效益為目的。

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)的要素在于：其一以科學(xué)、技術(shù)和實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)；其二是可協(xié)商的；其三必須以促進最佳社會效益為目的。因此，標(biāo)準(zhǔn)是歷史的，必須順應(yīng)時代發(fā)展潮流。隨著社會的進步、時代的變化和要求，標(biāo)準(zhǔn)也必須不斷地與時俱進，體現(xiàn)出鮮明的時代內(nèi)容和要求。

2 時代背景及要求

我國陶瓷行業(yè)得以長期蓬勃發(fā)展，這與我國充沛的礦產(chǎn)和能源等資源關(guān)系密不可分。隨著陶瓷行業(yè)的多年成長，要清楚再充沛的資源也是屬于一個相對有限的狀態(tài)。為了充分減少能源消耗和浪費，就需要實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效集約化生產(chǎn)。近年來國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整加上各類資源、能源等方面的成本都有上升的情況下，讓企業(yè)做到降低燃耗是一個重要的發(fā)展趨勢。

“2018年二氧化碳排放量的增加使我們目前的全球升溫軌跡遠遠超過了1.5攝氏度?！眻蟾娴氖紫芯繂T、東安格利亞大學(xué)廷德爾氣候變化研究中心主任CorinneLeQuéré教授說?！皟H僅支持可再生能源還不夠，我們需要逐步淘汰化石能源，并且需要在整個經(jīng)濟中擴大脫碳的努力。”全球二氧化碳排放量的增長使得《巴黎協(xié)定》確立的“將升溫控制在2攝氏度”的目標(biāo)置于危險之中。據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)稱，為了將升溫限制在2攝氏度以下，到2030年全球二氧化碳排放量應(yīng)下降約20%，并在2075年左右達到零凈值；為將變暖限制在1.5攝氏度以下，到2030年，二氧化碳排放量應(yīng)下降50%，并在2050年左右達到零凈值。

從2000年開始，全球二氧化碳排放量(來自化石燃料、工業(yè)和水泥)就以每年超過3%的速度在增長，自2010年以來增長放緩，從2014年到2016年，排放量保持相對平穩(wěn)，僅略有增加。

全球能源需求的增長，特別是石油、天然氣和煤炭使用量的增長，實際上部分抵消了脫碳的努力。盡管全球煤炭消費仍比最高峰時低3%，全球煤炭消費量也會預(yù)計在2018年上升。

2018年衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量2.1億件，同比增長1.0%。企業(yè)主營業(yè)務(wù)收入778.1億元，同比增長7.0%，利潤總額60.6億元，同比增長15.9%。與此同時隨著我國工業(yè)的進一步發(fā)展，環(huán)境污染日益成為關(guān)注焦點。建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)廢氣各種窯爐燒成設(shè)備在生產(chǎn)中產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，這些煙氣中含有CO、SO2、NOX、氟化物和煙塵等。陶瓷企業(yè)的廢氣排放量大、排放點多，粉塵中的游離的SiO2含量高，廢氣中的粉塵分散度高，這些都已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生活及生存環(huán)境。因此節(jié)能減排成為了時代對陶瓷行業(yè)提出的要求，陶瓷行業(yè)有義務(wù)和責(zé)任通過全行業(yè)的努力來共同完成這個目標(biāo)。

3 吸水率標(biāo)準(zhǔn)、抗龜裂標(biāo)準(zhǔn)與節(jié)能減排

瓷質(zhì)衛(wèi)生陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程如表1所示。

表1瓷質(zhì)衛(wèi)生陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

Tab.1 Developmentofwaterabsorptionofporcelainsanitaryceramics

時間吸水率標(biāo)準(zhǔn)(瓷質(zhì))吸水率標(biāo)準(zhǔn)(陶質(zhì))國標(biāo)號1986E≤3%-GB/T6952-19861999E≤1%-GB/T6952-19992005E≤0.5%8%≤E≤15%GB/T6952-20052015E≤0.5%0.5%≤E≤15%GB/T6952-2015

從表1數(shù)據(jù)可知，衛(wèi)生陶瓷吸水率國家標(biāo)準(zhǔn)是從大到小的過程，從3%到1%再到0.5%，但同時陶質(zhì)類的產(chǎn)品也是可以生產(chǎn)銷售。但不管瓷質(zhì)還是陶質(zhì)以上4個標(biāo)準(zhǔn)中都是要求衛(wèi)生陶瓷的一個性能必須符合，那就是抗龜裂合格。因此，不管吸水率多少，抗龜裂合格才是產(chǎn)品使用價值中的必要條件。也就是說如果吸水率大于0.5%，但抗龜裂合格，那就不影響產(chǎn)品的使用價值；反之，如果吸水率小于0.5%，但抗龜裂不合格，那么這種產(chǎn)品的使用價值反而是不能滿足消費者使用需求的。隨著我國衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)技術(shù)、工藝和生產(chǎn)實踐的日趨成熟，吸水率大于0.5%的產(chǎn)品也可以做到確保抗龜裂合格。

因此，如果吸水率標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為小于1%，但抗龜裂合格定為強制性標(biāo)準(zhǔn)，更有利于當(dāng)前時代要求，更能促進最佳的社會效益。該調(diào)整帶來的利益主要有以下幾點：

1)減少產(chǎn)品變形缺陷，提高企業(yè)效益。

2)降低能耗，減少對能源的消耗。

3).減少廢氣排放，減少對環(huán)境的污染。

以上3點中的第2和第3點正是整個社會當(dāng)前迫切需要解決的問題。

4 節(jié)能減排

《關(guān)于2018年中央和地方預(yù)算執(zhí)行情況與2019年中央和地方預(yù)算草案的報告(摘要)》于2019年3月5日晚間由新華社發(fā)布。

其中提到，2019年中央財政積極支持污染防治。將打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)作為重中之重，中央財政大氣污染防治資金安排250億元，增長25%。將消滅城市黑臭水體作為水污染治理的重點，水污染防治方面的資金安排300億元，增長45.3%。支持全面落實土壤污染防治行動計劃，土壤污染防治資金安排50億元，增長42.9%。

這就意味著，2019年中央將安排600億元的財政資金支持污染防治，這比2018年的405億元增長了48%，投入力度是近年來最大的；陶瓷企業(yè)的廢氣排放量大、排放點多、粉塵中的游離的SiO2含量高，廢氣中的粉塵分散度高已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生活及生存環(huán)境。

以佛山市法恩潔具有限公司148 m隧道窯為例，節(jié)能減排效益如下：

產(chǎn)品吸水率提高至約0.85%時，窯爐的最高溫度下降20 ℃，針對窯爐從1 220 ℃下降到1 200 ℃進行節(jié)能的計算：

燃料 ：天然氣

熱值：7 800 大卡

燒成合格率 ：88%

坯體入窯水分 ：1 %

燒成周期：14.7 h

燒成氣氛：全氧化

燒成溫度：1 220 ℃和 1 200 ℃。

4.1 燃料燃燒計算

4.1.1 空氣量

Qnet=32 650.8 kJ/m3

理論空氣需要量：V =0.264

Qnet/1 000+0.02=8.64(m3/m3)

取空氣過剩系數(shù)：1.20

實際空氣量：Va =1.20

V1 =1.20×8.64=10.37(m3/m3)

4.1.2 煙氣量

理論煙氣量：

Vg1=aVa+0.38+0.018Q1/1 000=11.34(m3/m3)

實際煙氣量：

Vg=Vg1+(a-1)Va=13.07(m3/m3)

理論燃燒溫度經(jīng)過計算：2.72%<5%

取高溫系數(shù)=0.85

實際溫度Tp=1 542×0.85=1 310.7 ℃

比要求溫度高出1 310.7-1 220=90.7 ℃基本符合。

4.2 物料平衡

4.2.1 每小時出窯制品的質(zhì)量G出

G出=90 000/24=3 750 kg/h

4.2.2 每小時入窯干制品的質(zhì)量G干

G干=G出/1-0.07=4 032.3 kg/h

4.2.3 每小時入窯濕制品的質(zhì)量G濕

G濕=G干/1-0.01=4 073 kg/h

4.2.4 每小時蒸發(fā)自由水的質(zhì)量GW

GW=4 073-4 032.3=40.7 kg/h

4.3 預(yù)熱帶燒成帶熱平衡計算

4 3.1 熱收入項目

坯體帶入顯熱Q1

入窯制品質(zhì)量：G1=4 073 kg/h

溫度為40 ℃

比熱容為：

C1=0.84+26×10-5×40 ℃=0.850 4 kJ/kg·℃

Q1=G1C1t1=4 073×0.85×40=138 547.2 kJ/h

4.3.2 燃料帶入化學(xué)顯熱Qf

天然氣低熱值為：Qd=32 650.8 kJ/m3

入窯煤氣溫度：t1=20 ℃

比熱容為Cf=1.603 kJ/ m3

設(shè)天然氣消耗量3xm/h

則：

Qf=x(Qd+Cf×Tf)=x(32 650.8+1.603×20)=32 682.9xkJ/h

4.3.3 助燃空氣帶入顯熱Qa

助燃空氣的溫度 25 ℃,25 ℃空氣比熱容為1.32 kJ/ m3·℃

實際總量為Qa=VaCaTa=342.2xkJ/h

4.3.4 預(yù)熱帶漏入空氣帶入顯熱Qb

預(yù)熱帶入空氣過剩系數(shù)ag=1.8，

漏入空氣溫度為25 ℃，

Ca=1.3 kJ/m3℃

所以:Qb=VaCaTa=168.5xkJ/m3

4.3.5 窯車窯具帶進去的熱量

Q車入=M車C車T車=129 160+325 230=454 390 kJ/h

4.4 熱支出項目

4.4.1 制品帶出顯熱Q2

燒成產(chǎn)品質(zhì)量3 750 kg/h，當(dāng)制品出燒成帶溫度1 200 ℃，制品平均比熱容

C2=0.836+26×10-5×1 200=1.152 kJ/kg·℃

所以：Q2=5 184 000 kJ/h

制品出燒成帶溫度1 220 ℃Q2=5 294 190 kJ/h

4.4.2 離窯廢氣帶走顯熱Qg

離窯廢氣中包括燃燒生成的煙氣、預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏入空氣，還有坯體在燒制過程中產(chǎn)生的氣體，取離窯廢氣中空氣過剩系數(shù)α=1.6

煙氣離窯溫度Tg=150 ℃，Cg =1. 435 kJ/m3℃

所以:Qg= 3557.2xkJ/h。

4.5 熱平衡方程

當(dāng)燒成溫度為1 200 ℃：

Q1+Qf+Qa+Qa′=Q2+Q3+Q4+Qg+Q5

解得x=490 m3/h

每小時需要天然氣量490 m3

當(dāng)燒成溫度為1 220 ℃：

Q1+Qf+Qa+Qa′=Q2+Q3+Q4+Qg+Q5

解得 x=540.2 m3/h

每小時需要天然氣量540.2 m3

(540.2-490)/540.2=0.092 9

綜上可得：燒成溫度由1 220 ℃降低至1 200 ℃，天然氣消耗量減少9.29%

如果按照每天用氣12 000 m3一年330 d

12 000×330×9.29%=367 884 m3

一年一條窯可以節(jié)約367 884 m3天然氣按2.8元/m3：

367 884×2.8=1 030 075元

一年一條窯節(jié)約103萬元，經(jīng)濟效益是很好的。

1)參照《環(huán)境影響評價工程師職業(yè)資格登記培訓(xùn)教材社會區(qū)域類》(中國環(huán)境科學(xué)出版社出版)中油、氣燃料的污染物排放因子，每燃1000立方米天然氣排放煙塵0.14 kg、SO20.18 kg、NOx1.76 kg。則排放濃度分別為：

13.33 mg/m317.14 mg/m3167.62 mg/m3

2)根據(jù)《環(huán)境保護實用數(shù)據(jù)手冊》：燃燒10 000 m3的天然氣，產(chǎn)生6.3 kg的NO2、1.0 kg的SO2、2.4 kg的煙塵。則排放濃度分別為60 mg/m39.52 mg/m322.86 mg/m3

排放按以上兩種參考標(biāo)準(zhǔn)，1 m3天然氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量按10.5 m3計算

12 000×9.29%/90 t=12.38 m3

12.38×10.5=130 m3

每噸少產(chǎn)生廢氣130 m3

12.38×60億=742.8億m3

130×60億=7 800億m3

此效益推廣至全國來計算，自從1993年起我國衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量名列世界第一以來，衛(wèi)生陶瓷的產(chǎn)量和出口量多年來一直保持世界第一。據(jù)統(tǒng)計，2000年至2005年我國衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量的年增長率為22.30%，2008年產(chǎn)量為1.54億件，約占世界產(chǎn)量的1/2；2014年產(chǎn)量為1.96億件。以2014年年產(chǎn)量1.96億來算年產(chǎn)噸瓷約60億噸，每噸瓷可減少燃氣12.38 m3天然氣，減少排放量130 m3廢氣，總計每年可減少燃氣742.8億m3和排放7 800億m3。

5 展望

若建筑衛(wèi)生陶瓷吸水率新標(biāo)準(zhǔn)得以在國內(nèi)推行，國內(nèi)的能源使用率及污染物的排放將會大大降低及減少；能夠進一步實現(xiàn)時代新型陶瓷綠色工廠、綠色陶瓷工業(yè)。倘若推行至全球，那更是對全球的建筑衛(wèi)生陶瓷有著更大的意義，可以進一步實現(xiàn)全球建筑衛(wèi)生陶瓷的環(huán)保綠色發(fā)展。

6 結(jié)語

吸水率標(biāo)準(zhǔn)提升至小于1%，可以降低窯爐的燒成溫度，減少燃氣，做到節(jié)能減排，符合目前社會發(fā)展需要，推動著綠色、環(huán)保建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)蓬勃發(fā)展。