磁磚產業減碳技術：材料世界網

周子琪 / 工研院材化所

隨著全球對於氣候變遷及環境保護議題的日益關注，低碳節能技術在各個產業領域中扮演著愈發重要的角色。磁磚生產一直以來是高耗能、高排放的行業之一。本文從其製作流程盤點可能的減碳措施：在原料端常見的技術有磁磚輕量化與資源物料再利用；製程端常見的則為窯爐結構設計、燃燒氣氛控制、快燒製程與配方設計等。通過這些手段，將可使磁磚生產朝更加低碳環保與永續發展的方向前進。

【內文精選】

前言

2. 磁磚製程簡介

陶瓷產業在經濟中占有相當重要的比重，但是在世界經濟大力倡導環保節能、綠色低碳的情況下，陶瓷產業的缺點也逐一浮現。主要有三點：①高原物料損耗：陶瓷生產時，使用的原料是不可再生的天然礦物資源，例如高嶺土、黏土、雲母、矽砂等，因長期大量地消耗及無秩序地開採，使陶瓷原料逐漸枯竭。②高能源消耗：在產業鏈中，陶瓷行業一直是榜上有名的耗能大戶。據資料顯示，傳統陶瓷產業的生產設備老舊，燒成階段的能耗占全部能耗的七成以上。③高汙染：燒成過程會中產生大量二氧化碳、二氧化硫、煙氣等廢氣，成型和加工過程中會形成粉塵、廢水、廢棄陶瓷破碎料等廢棄物，後者也是一種不容忽視的汙染物，它們難以降解，若填埋又有浪費土地資源、汙染環境之疑慮(圖二)。

圖二、磁磚生產之原物料、廢棄物與汙染流示意圖

減碳措施介紹

1. 原料端減碳

針對原料方面的減碳技術有磁磚輕量化、新型乾法製粉、廢棄物再利用等。磁磚輕量化後，可直接降低原料的需求、減少熱處理能源的使用；且重量減輕後，在運輸、儲存等方面，亦可綜合性地降低成本，提高性價比。而在廢棄物再利用方面，不論是廢水、廢汙泥、集塵灰、生坯，或經加工、切割、整形過程中產出的不良品或廢陶瓷，甚至是完成其生命週期後的廢建築陶瓷等，皆有在使用或開發中的相應再利用技術。

(1) 磁磚輕量化

20世紀80年代初期，日本東麗株式會社(Toray Industries, Inc.)率先提出陶瓷薄板的概念，其厚度僅為3~6 mm，比起一般常見的陶瓷磁磚，厚度減少1/3~1/4，故原料用量可減少約60%，能源方面可降低四成以上的消耗。但磁磚輕量化後，生產過程雖基本與原製程相同，但厚度減薄會導致生坯強度降低，在傳送運輸過程中容易碎裂，或產生微裂紋導致燒結後產生不良品，所以生坯強度為關鍵突破技術。

輕量化後，為了解決生坯和成品強度低、韌性差等問題，必須在原料選擇和配方設計時特別考量增強與增韌技術。常見的幾種措施為：①改選用塑性好、乾燥強度高、品質穩定的黏土；②利用非全瘠性原料(如瓷石)代替瘠性長石原料來增加坯體的可塑性，以提高生坯強度；③使用高性能坯體增強劑，例如劉一軍等人採用自製聚乙烯醇PVA改性澱粉聚合物作為添加劑，結果顯示對陶瓷薄板生坯的增強效果，相比氧化澱粉及羧甲基纖維素鈉，有明顯提高。

(2) 資源物料再利用

飛灰(Fly Ash; FA)，顧名思義為飛揚於空氣中的細微顆粒，常用於添加在混凝土中，透過卜作嵐反應，會消耗掉水泥中的鹼物質以產生膠體來填補孔隙並膠結骨材，甚至比水泥有更好的填塞孔隙能力，除早期強度較低外，晚期可提升混凝土的強度、緻密性、抗侵蝕能力與耐久性。在燃煤飛灰再利用的研究中，柯昀萱取不同比例之水庫淤泥和Na系鹼基物質來進行事業廢棄物焚化飛灰(FA-A)的穩定化處理，添加10% FA-A之Na系無害化飛灰製成瓷磚，結果顯示，吸水率隨著溫度上升而下降，以1,170˚C燒製之瓷磚吸水率可小於1.0%，且抗彎強度仍能符合CNS規範。

在廢汙泥回收方面，因其為廢坯料、廢泥等混合物，廢坯料中不只含有土，還存在有釉的成分。氧化鋁的存在會提高釉藥流平溫度，使釉難熔、流動性降低，出現釉面不平整、橘釉、泡瘤等問題，故通常釉的氧化鋁含量會較土坯低。若廢坯料中有釉的存在，會使回收料的氧化鋁含量降低，將導致莫來石晶相比例降低，使磁磚強度下降。此部分可建立廢汙泥批次穩定性監控分析，參考圖三的磁磚組成三相圖，依產品性能進行即時配方調控，不讓產品性能脫離掌控。