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摘要：本文闡述了一種通過研究坯體基礎(chǔ)配方研制、增強(qiáng)劑、稀釋劑和燒成制度制備得到不含硅酸鋯生產(chǎn)綠色環(huán)保高白玻化磚的制備方法。通過白度儀、流速儀、抗折強(qiáng)度測(cè)定儀表征了產(chǎn)品的色度值、流速以及強(qiáng)度。最終制備得到原料組成及含量為：東興砂20%、超白砂21%、福明砂5%、冰雪1#砂18%、水磨粉7%、超白球土12%、惠東原坭8%、石英粉5%、燒滑石1.5%、脫硅鋁粉3%，同時(shí)加高效增強(qiáng)劑A；稀釋劑為減水劑：水玻璃=1:1復(fù)合解膠劑。

關(guān)鍵詞：高白玻化磚；復(fù)合解膠劑；增強(qiáng)劑

1前言

超白磚的問世，為當(dāng)今陶瓷市場(chǎng)注入一股新的活力，許多消費(fèi)者十分鐘情于超白類的產(chǎn)品，掀起使用“超白磚”的風(fēng)潮，因?yàn)闈嵃姿蒲┑漠a(chǎn)品代表一種純凈、一種純潔無暇、一種心境。“買超白磚”成為當(dāng)今瓷磚消費(fèi)的一種潮流，并且受到許多追求時(shí)尚高品位人士的青睞。在現(xiàn)有技術(shù)中，超白磚一般都是以SiO2-Al2O3-R2O為基礎(chǔ)體系，外加一定量的硅酸鋯作為增白原料制備所得。然而由于硅酸鋯價(jià)格高漲、缺貨且屢屢導(dǎo)致產(chǎn)品放射性指數(shù)超標(biāo)，尤其是內(nèi)放射性指數(shù)，并且隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市和工業(yè)化進(jìn)程的不斷增加，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，國家對(duì)環(huán)保的重視程度也越來越高，使硅酸鋯應(yīng)用受限。本文創(chuàng)新性地通過研究坯體基礎(chǔ)配方來生產(chǎn)高白玻化磚，試圖通過一些無鋯增白的原料生產(chǎn)高白玻化磚，最終可以獲得理想效果的產(chǎn)品。

2主要研究?jī)?nèi)容

本研究涉及到一種綠色環(huán)保高白玻化磚的生產(chǎn)工藝，包括坯體基礎(chǔ)配方、增強(qiáng)劑、稀釋劑、燒成制度以及一系列的工藝參數(shù)等多項(xiàng)內(nèi)容。

2.1坯體基礎(chǔ)配方研制對(duì)超白磚制備的影響

經(jīng)過研究，優(yōu)選出瘠性原料、可塑性原料、熔劑性原料，進(jìn)一步研究四種坯體基礎(chǔ)配方對(duì)超白磚制備的影響。表1是4種坯體基礎(chǔ)配方表。分析得到配方4#是最佳的配方，但是配方4#相對(duì)于其它3個(gè)配方，成本相對(duì)較高，并且由于脫硅鋁粉的量相對(duì)較高，導(dǎo)致鋁的含量過高，在生產(chǎn)中難以控制。配方3#得到的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，并且性價(jià)比最高，配方2#的雖然各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)，但是經(jīng)過拋光后會(huì)出現(xiàn)很多毛孔，降低了產(chǎn)品的防污性能。因此最終選擇配方3#為最優(yōu)配方。

2.2增強(qiáng)劑對(duì)超白磚坯體強(qiáng)度的影響

近年來優(yōu)質(zhì)塑性粘土（如廣東黑泥和白泥）的產(chǎn)量越來越少，在此情況下，高性能坯體增強(qiáng)劑應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)今絕大多數(shù)陶瓷生產(chǎn)企業(yè)都將坯體增強(qiáng)劑作為添加劑引入坯體中，以此提升生坯、干坯強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本項(xiàng)目研究高效增強(qiáng)劑A、液體增強(qiáng)劑B、甲基3種增強(qiáng)劑和不同添加量對(duì)超白磚坯體強(qiáng)度的影響。圖1是不同增強(qiáng)劑的種類和添加量制備超白磚坯體強(qiáng)度圖，從圖中可以看出隨著增強(qiáng)劑的添加量不斷遞增，超白磚坯體強(qiáng)度呈現(xiàn)穩(wěn)步遞增的趨勢(shì)，并且甲基和高效增強(qiáng)劑A作用于超白磚的磚坯的增強(qiáng)效果相差不大，但二者均比液體增強(qiáng)劑B的增強(qiáng)磚坯的作用更好。圖2是不同增強(qiáng)劑的種類和添加量制備超白磚坯體漿料流速圖，從圖中觀察可知，超白磚坯體漿料的流速隨著增強(qiáng)劑的添加量不斷地增大而增大，并且液體增強(qiáng)劑B和高效增強(qiáng)劑A二者對(duì)超白磚坯體漿料的流速產(chǎn)生的作用不相上下，均比甲基的強(qiáng)。從性價(jià)比綜合考慮，選擇高效增強(qiáng)劑A，添加量為0.10～0.15wt.%。這是因?yàn)楦咝г鰪?qiáng)劑A作為坯體增強(qiáng)劑，其是一種纖維素醚，是天然纖維經(jīng)過化學(xué)改性后獲得的一種水溶性好的聚陰離子纖維素化合物，易溶于冷熱水中，具有分散性、不易腐蝕、無毒無害等性能，是一種用途廣泛的天然高分子衍生物，并且高效增強(qiáng)劑A在高溫作用下，高分子長(zhǎng)鏈之間相互纏繞，產(chǎn)生交聯(lián)作用，一方面使陶瓷顆粒彼此之間更加緊密的粘合，同時(shí)阻止顆粒在受力條件下產(chǎn)生位移，從而起到增強(qiáng)作用。

2.3稀釋劑對(duì)超白磚泥漿流速的影響

稀釋劑又稱為解凝劑、解膠劑，在陶瓷生產(chǎn)中是一種相當(dāng)重要的添加劑。正確選擇和使用稀釋劑，能有效降低泥漿的黏度，提高泥漿的流動(dòng)性，減少泥漿的含水率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目研究減水劑A、水玻璃、三聚磷酸鈉作為稀釋劑對(duì)制備超白磚漿料流速的影響。圖3是不同稀釋劑的種類和用量制備超白磚漿料流速V/s圖。從圖中分析可知，雖然三聚磷酸鈉對(duì)泥漿稀釋作用相比于減水劑A和水玻璃的稀釋效果明顯更優(yōu)（三聚磷酸鈉的解膠機(jī)理主要為離子置換和螯合效應(yīng)，解膠效果明顯），但是其成本很高，對(duì)于批量化生產(chǎn)不適合。當(dāng)減水劑A和水玻璃的添加量分別為0.6～0.7wt.%時(shí)，漿料的流動(dòng)性達(dá)到最佳。因此，從性價(jià)比考慮，當(dāng)以減水劑A：水玻璃=1：1作為復(fù)合解膠劑時(shí)，漿料的流動(dòng)性最好，并且產(chǎn)生利益最大化。這是因?yàn)樗Ａ且环N水溶性硅酸鹽，解膠機(jī)理主要為離子置換（如水玻璃公式1）。其化學(xué)式為R2O•mSiO2•xH2O，陶瓷行業(yè)中模數(shù)m通常在2.0～3.5，當(dāng)m≥2，水玻璃為液態(tài)，粘度大，對(duì)倉儲(chǔ)和運(yùn)輸多為不便，如果在陶瓷生產(chǎn)中添加量大時(shí)，解膠后由于-Si-O-網(wǎng)絡(luò)體的富聚，導(dǎo)致坯體在燒成前和燒成后的脆性增大，影響抗折強(qiáng)度，尤其在瓷質(zhì)磚中的影響更明顯，但水玻璃成本很低，減水劑A的解膠機(jī)理主要為離子置換，調(diào)整減水劑A模數(shù)，使其由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，或者采用高溫熔融反應(yīng)法直接生產(chǎn)為化合水較少的減水劑A固體，改善水玻璃倉儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)，與此同時(shí)，Na+離子含量的提高，使離子置換幾率增大，效果更加明顯，SiO32-離子含量相對(duì)降低，解膠后Si-O-網(wǎng)絡(luò)體的富聚現(xiàn)象降低，減小對(duì)坯體強(qiáng)度的不良影響，水玻璃和減水劑A彼此之間相輔相成，以減水劑A：水玻璃=1：1作為復(fù)合解膠劑，使?jié){料的流動(dòng)性達(dá)到最佳，使批量化生產(chǎn)成本降低。2.4燒成制度對(duì)超白磚制備的影響燒成是陶瓷工藝的第三個(gè)重要工序，是通過高溫處理，使坯體發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到固定外形并獲得所要求效果的工序。坯體的煅燒過程主要分為四個(gè)階段：低溫階段（室溫～300℃）、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變階段（300～950℃）、高溫階段（950~1210℃）、冷卻階段（1210℃～室溫）。各階段的物理化學(xué)反應(yīng)如表3超白磚坯體在燒成過程中的物理化學(xué)反應(yīng)所示。本項(xiàng)目研究了1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃煅燒溫度對(duì)超白磚制備的影響。圖4是不同煅燒溫度制備超白磚的吸水率-收縮率，從圖中可以看出，當(dāng)煅燒溫度大于1210℃，超白磚的吸水率和收縮率呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，當(dāng)煅燒溫度低于1210℃，超白磚的吸水率和收縮率呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，當(dāng)煅燒溫度為1210℃，超白磚的吸水率和收縮率達(dá)到最佳值，吸水率低于國家標(biāo)準(zhǔn)為0.03%，收縮率為8.39%。這是因?yàn)椋贙2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)中，當(dāng)溫度在300～950℃期間，石英在573℃發(fā)生β-石英→α-石英的晶型轉(zhuǎn)變，伴有0.82%的體積膨脹，并且，在920℃時(shí)形成少量液相，其可起到粘結(jié)顆粒的作用，使顆粒之間的距離變小，從而使坯體的機(jī)械強(qiáng)度增加。粘土在925℃左右經(jīng)過放熱反應(yīng)，生成鋁硅尖晶石開始轉(zhuǎn)化為莫來石，長(zhǎng)石約在1170℃開始分解，析出白榴石并生成液相，在1210℃左右，隨著溫度的升高，石英的溶解度迅速增大，石英含量降低，從而熔體的成分不斷變化，大量液相的產(chǎn)生，一方面促使晶體發(fā)生重結(jié)晶，由于細(xì)晶溶解度大于粗晶，所以小晶體溶解后就向大晶粒上沉積，導(dǎo)致大晶粒尺寸進(jìn)一步長(zhǎng)大，另一方面液相起著致密化的作用，由于表面張力的拉緊作用，使它能填充顆粒間隙，促使固體顆粒相互靠攏，從而使莫來石、殘余石英與瓷坯中的其它組分彼此合成整體，組成致密的具有較高機(jī)械強(qiáng)度的瓷坯。因此，當(dāng)煅燒溫度為1210℃，超白磚的吸水率和收縮率達(dá)到最佳值。

3結(jié)論

本項(xiàng)目創(chuàng)新性地以脫硅鋁粉、惠東原坭、石英粉等原料構(gòu)成以SiO2-Al2O3-R2O為基礎(chǔ)體系的配方，在1210℃左右的溫度范圍內(nèi)制備得到放射性達(dá)標(biāo)、防污能力強(qiáng)、白度達(dá)到60度以上的高白玻化磚。經(jīng)過對(duì)一系列因素的研究，最終獲得以下幾點(diǎn)項(xiàng)目總結(jié)：（1）最終確定項(xiàng)目的試驗(yàn)配方如表4。（2）從性價(jià)比綜合考慮，選擇高效增強(qiáng)劑A，添加量為0.10～0.15wt.%。（3）水玻璃和減水劑A彼此之間相輔相成，以減水劑A：水玻璃=1：1作為復(fù)合解膠劑，使?jié){料的流動(dòng)性達(dá)到最佳，使批量化生產(chǎn)的利潤(rùn)達(dá)到最大值；當(dāng)煅燒溫度為1210℃，超白磚的吸水率和收縮率達(dá)到最佳值。

作者：潘婷 歐陽文 單位：佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司