卫生陶瓷吸水率标准探讨*

徐文龙 范文杰 范敬城 陈拥强

(1 佛山市法恩洁具有限公司 广东 佛山 528500) (2 景德镇乐华陶瓷洁具有限公司 江西 景德镇 333400)

前言

卫生陶瓷吸水率反映了陶瓷制品的烧结程度,它对制品的机械强度、电性能、化学稳定性以及热稳定性都有很大影响。因而在陶瓷研究及生产实践中，不能不对吸水率给予格外的重视。卫生陶瓷内在质量如何,国家标准GB/T 6952-2015《卫生陶瓷》第5.4条就物理性能规定了吸水率标准，可见吸水率这一指标对于卫生陶瓷的重要性，而在实际生产和对外贸易业务中，由于我国标准与国外有关标准关于卫生陶瓷吸水率的规定有所不同，所以往往在执行中会出现一些问题。因此，有必要对这一问题引起重视并加以解决。

1 标准的定义及论述

标准，“标”是投射器，“准”是靶心。标准合用，即是具有行为和结果要相一致的内涵。

国家标准GB/T 3935.1-83定义：“标准是对重复性事物和概念所做的统一规定，它一科学、技术和实践经验的综合为基础，经过有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定的形式发布，作为共同遵守的准则和依据”。国家标准GB/T 3935.1-1996中对标准的定义是指在一定范围内获得最佳秩序，对活动或结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特征的文件。该文件以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，以促进最佳社会效益为目的。

综上所述，标准的要素在于：其一以科学、技术和实践经验为基础；其二是可协商的；其三必须以促进最佳社会效益为目的。因此，标准是历史的，必须顺应时代发展潮流。随着社会的进步、时代的变化和要求，标准也必须不断地与时俱进，体现出鲜明的时代内容和要求。

2 时代背景及要求

我国陶瓷行业得以长期蓬勃发展，这与我国充沛的矿产和能源等资源关系密不可分。随着陶瓷行业的多年成长，要清楚再充沛的资源也是属于一个相对有限的状态。为了充分减少能源消耗和浪费，就需要实现清洁生产和高效集约化生产。近年来国家产业政策调整加上各类资源、能源等方面的成本都有上升的情况下，让企业做到降低燃耗是一个重要的发展趋势。

“2018年二氧化碳排放量的增加使我们目前的全球升温轨迹远远超过了1.5摄氏度。”报告的首席研究员、东安格利亚大学廷德尔气候变化研究中心主任CorinneLeQuéré教授说。“仅仅支持可再生能源还不够，我们需要逐步淘汰化石能源，并且需要在整个经济中扩大脱碳的努力。”全球二氧化碳排放量的增长使得《巴黎协定》确立的“将升温控制在2摄氏度”的目标置于危险之中。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)称，为了将升温限制在2摄氏度以下，到2030年全球二氧化碳排放量应下降约20%，并在2075年左右达到零净值；为将变暖限制在1.5摄氏度以下，到2030年，二氧化碳排放量应下降50%，并在2050年左右达到零净值。

从2000年开始，全球二氧化碳排放量(来自化石燃料、工业和水泥)就以每年超过3%的速度在增长，自2010年以来增长放缓，从2014年到2016年，排放量保持相对平稳，仅略有增加。

全球能源需求的增长，特别是石油、天然气和煤炭使用量的增长，实际上部分抵消了脱碳的努力。尽管全球煤炭消费仍比最高峰时低3%，全球煤炭消费量也会预计在2018年上升。

2018年卫生陶瓷产量2.1亿件，同比增长1.0%。企业主营业务收入778.1亿元，同比增长7.0%，利润总额60.6亿元，同比增长15.9%。与此同时随着我国工业的进一步发展，环境污染日益成为关注焦点。建筑卫生陶瓷工业废气各种窑炉烧成设备在生产中产生的高温烟气，这些烟气中含有CO、SO2、NOX、氟化物和烟尘等。陶瓷企业的废气排放量大、排放点多，粉尘中的游离的SiO2含量高，废气中的粉尘分散度高，这些都已经严重影响了人们的生活及生存环境。因此节能减排成为了时代对陶瓷行业提出的要求，陶瓷行业有义务和责任通过全行业的努力来共同完成这个目标。

3 吸水率标准、抗龟裂标准与节能减排

瓷质卫生陶瓷吸水率标准发展历程如表1所示。

表1瓷质卫生陶瓷吸水率标准发展历程

Tab.1 Developmentofwaterabsorptionofporcelainsanitaryceramics

时间吸水率标准(瓷质)吸水率标准(陶质)国标号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

从表1数据可知，卫生陶瓷吸水率国家标准是从大到小的过程，从3%到1%再到0.5%，但同时陶质类的产品也是可以生产销售。但不管瓷质还是陶质以上4个标准中都是要求卫生陶瓷的一个性能必须符合，那就是抗龟裂合格。因此，不管吸水率多少，抗龟裂合格才是产品使用价值中的必要条件。也就是说如果吸水率大于0.5%，但抗龟裂合格，那就不影响产品的使用价值；反之，如果吸水率小于0.5%，但抗龟裂不合格，那么这种产品的使用价值反而是不能满足消费者使用需求的。随着我国卫生陶瓷的生产技术、工艺和生产实践的日趋成熟，吸水率大于0.5%的产品也可以做到确保抗龟裂合格。

因此，如果吸水率标准调整为小于1%，但抗龟裂合格定为强制性标准，更有利于当前时代要求，更能促进最佳的社会效益。该调整带来的利益主要有以下几点：

1)减少产品变形缺陷，提高企业效益。

2)降低能耗，减少对能源的消耗。

3).减少废气排放，减少对环境的污染。

以上3点中的第2和第3点正是整个社会当前迫切需要解决的问题。

4 节能减排

《关于2018年中央和地方预算执行情况与2019年中央和地方预算草案的报告(摘要)》于2019年3月5日晚间由新华社发布。

其中提到，2019年中央财政积极支持污染防治。将打赢蓝天保卫战作为重中之重，中央财政大气污染防治资金安排250亿元，增长25%。将消灭城市黑臭水体作为水污染治理的重点，水污染防治方面的资金安排300亿元，增长45.3%。支持全面落实土壤污染防治行动计划，土壤污染防治资金安排50亿元，增长42.9%。

这就意味着，2019年中央将安排600亿元的财政资金支持污染防治，这比2018年的405亿元增长了48%，投入力度是近年来最大的；陶瓷企业的废气排放量大、排放点多、粉尘中的游离的SiO2含量高，废气中的粉尘分散度高已经严重影响了人们的生活及生存环境。

以佛山市法恩洁具有限公司148 m隧道窑为例，节能减排效益如下：

产品吸水率提高至约0.85%时，窑炉的最高温度下降20 ℃，针对窑炉从1 220 ℃下降到1 200 ℃进行节能的计算：

燃料 ：天然气

热值：7 800 大卡

烧成合格率 ：88%

坯体入窑水分 ：1 %

烧成周期：14.7 h

烧成气氛：全氧化

烧成温度：1 220 ℃和 1 200 ℃。

4.1 燃料燃烧计算

4.1.1 空气量

Qnet=32 650.8 kJ/m3

理论空气需要量：V =0.264

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

取空气过剩系数：1.20

实际空气量：Va =1.20

V1 =1.20×8.64=10.37(m3/m3)

4.1.2 烟气量

理论烟气量：

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

实际烟气量：

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

理论燃烧温度经过计算：2.72%<5%

取高温系数=0.85

实际温度Tp=1 542×0.85=1 310.7 ℃

比要求温度高出1 310.7-1 220=90.7 ℃基本符合。

4.2 物料平衡

4.2.1 每小时出窑制品的质量G出

G出=90 000/24=3 750 kg/h

4.2.2 每小时入窑干制品的质量G干

G干=G出/1-0.07=4 032.3 kg/h

4.2.3 每小时入窑湿制品的质量G湿

G湿=G干/1-0.01=4 073 kg/h

4.2.4 每小时蒸发自由水的质量GW

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

4.3 预热带烧成带热平衡计算

4 3.1 热收入项目

坯体带入显热Q1

入窑制品质量：G1=4 073 kg/h

温度为40 ℃

比热容为：

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 燃料带入化学显热Qf

天然气低热值为：Qd=32 650.8 kJ/m3

入窑煤气温度：t1=20 ℃

比热容为Cf=1.603 kJ/ m3

设天然气消耗量3xm/h

则：

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

4.3.3 助燃空气带入显热Qa

助燃空气的温度 25 ℃,25 ℃空气比热容为1.32 kJ/ m3·℃

实际总量为Qa=VaCaTa=342.2xkJ/h

4.3.4 预热带漏入空气带入显热Qb

预热带入空气过剩系数ag=1.8，

漏入空气温度为25 ℃，

Ca=1.3 kJ/m3℃

所以:Qb=VaCaTa=168.5xkJ/m3

4.3.5 窑车窑具带进去的热量

Q车入=M车C车T车=129 160+325 230=454 390 kJ/h

4.4 热支出项目

4.4.1 制品带出显热Q2

烧成产品质量3 750 kg/h，当制品出烧成带温度1 200 ℃，制品平均比热容

C2=0.836+26×10-5×1 200=1.152 kJ/kg·℃

所以：Q2=5 184 000 kJ/h

制品出烧成带温度1 220 ℃Q2=5 294 190 kJ/h

4.4.2 离窑废气带走显热Qg

离窑废气中包括燃烧生成的烟气、预热带不严密处漏入空气，还有坯体在烧制过程中产生的气体，取离窑废气中空气过剩系数α=1.6

烟气离窑温度Tg=150 ℃，Cg =1. 435 kJ/m3℃

所以:Qg= 3557.2xkJ/h。

4.5 热平衡方程

当烧成温度为1 200 ℃：

Q1+Qf+Qa+Qa′=Q2+Q3+Q4+Qg+Q5

解得x=490 m3/h

每小时需要天然气量490 m3

当烧成温度为1 220 ℃：

Q1+Qf+Qa+Qa′=Q2+Q3+Q4+Qg+Q5

解得 x=540.2 m3/h

每小时需要天然气量540.2 m3

(540.2-490)/540.2=0.092 9

综上可得：烧成温度由1 220 ℃降低至1 200 ℃，天然气消耗量减少9.29%

如果按照每天用气12 000 m3一年330 d

12 000×330×9.29%=367 884 m3

一年一条窑可以节约367 884 m3天然气按2.8元/m3：

367 884×2.8=1 030 075元

一年一条窑节约103万元，经济效益是很好的。

1)参照《环境影响评价工程师职业资格登记培训教材社会区域类》(中国环境科学出版社出版)中油、气燃料的污染物排放因子，每燃1000立方米天然气排放烟尘0.14 kg、SO20.18 kg、NOx1.76 kg。则排放浓度分别为：

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

2)根据《环境保护实用数据手册》：燃烧10 000 m3的天然气，产生6.3 kg的NO2、1.0 kg的SO2、2.4 kg的烟尘。则排放浓度分别为60 mg/m39.52 mg/m322.86 mg/m3

排放按以上两种参考标准，1 m3天然气燃烧产生的烟气量按10.5 m3计算

12 000×9.29%/90 t=12.38 m3

12.38×10.5=130 m3

每吨少产生废气130 m3

12.38×60亿=742.8亿m3

130×60亿=7 800亿m3

此效益推广至全国来计算，自从1993年起我国卫生陶瓷产量名列世界第一以来，卫生陶瓷的产量和出口量多年来一直保持世界第一。据统计，2000年至2005年我国卫生陶瓷产量的年增长率为22.30%，2008年产量为1.54亿件，约占世界产量的1/2；2014年产量为1.96亿件。以2014年年产量1.96亿来算年产吨瓷约60亿吨，每吨瓷可减少燃气12.38 m3天然气，减少排放量130 m3废气，总计每年可减少燃气742.8亿m3和排放7 800亿m3。

5 展望

若建筑卫生陶瓷吸水率新标准得以在国内推行，国内的能源使用率及污染物的排放将会大大降低及减少；能够进一步实现时代新型陶瓷绿色工厂、绿色陶瓷工业。倘若推行至全球，那更是对全球的建筑卫生陶瓷有着更大的意义，可以进一步实现全球建筑卫生陶瓷的环保绿色发展。

6 结语

吸水率标准提升至小于1%，可以降低窑炉的烧成温度，减少燃气，做到节能减排，符合目前社会发展需要，推动着绿色、环保建筑卫生陶瓷行业蓬勃发展。