利用含鈦高爐爐渣制備陶瓷釉料

摘要 本實驗以含鈦高爐爐渣為主要原料制備了具有光催化性能的陶瓷釉料。結果表明，爐渣加入量在33%左右，燒成溫度為1200℃時，陶瓷釉料具有較好的光澤度和較高的乳濁性，并具有一定的光催化效率。

關鍵詞 TiO₂，光催化性能，含鈦高爐渣，陶瓷釉料

1引 言

我國圍繞含鈦高爐爐渣綜合利用問題已經進行了大量的研究工作，也提出了很多含鈦高爐爐渣綜合利用的方法，但由于種種原因這些方法在工業規模上的應用還十分有限，至今我國含鈦高爐爐渣鈦資源的利用率還不足3%[1]。本研究以承德鋼鐵公司高爐爐渣為研究對象，以含鈦高爐爐渣為主要原料制備了具有光催化性能的陶瓷釉料，使得含鈦高爐爐渣的綜合利用問題得到了解決。

2制備工藝

2.1 原料的化學組成

本實驗所用原料的化學組成見表1。

2.2 釉料的制備

釉料配方中爐渣加入量為20%～55%，石英加入量為30%～50%，氧化鋅控制在2%～6%之間，另外加入2%～4%的蘇州土。在釉料中加入0.15%的CMC，粉磨、過篩，將加水后制得的釉漿干燥，取干燥好的坯體施釉。根據理論計算的釉的熔融溫度，將試樣分別在1150℃，1200℃，1250℃，1300℃下燒成保溫2h后自然冷卻到室溫。取出坯體，分別在紫外燈、高壓汞燈下對甲基橙進行降解，并測定甲基橙的光催化降解效率。

3光催化性能測試

光催化降解甲基橙的過程為：稱取一定量甲基橙固體配制成0.76×10^-5mol/L的溶液，取其70ml至200ml于燒杯中，放入一塊試樣。開啟空氣鼓泡器向溶液中通入空氣。分別以300W紫外燈和125W熒光高壓汞燈為光源（光源距燒杯壁15cm），外加陽極偏壓對甲基橙溶液進行光電催化降解。經15min照射后，用紫外-可見分光光度計測定溶液降解前后的吸光度來計算其降解率。

4結果與討論

4.1 爐渣加入量和燒成溫度對釉面質量和光催化效率的影響

由表2進行橫向和縱向的比較可以看出，釉面質量的變化不隨爐渣加入量的增加而增加。這是因為所引入的爐渣鋁含量太高，導致釉的組成離開分相區域，不利于釉的分相和乳濁。通過實驗數據分析可見，爐渣加入量在30%左右時可獲得釉面質量好、遮蓋力強的釉。而且通過對縱向溫度的比較發現，同一個配方在不同溫度下光催化效率和釉面質量也有很大差異。根據這組配方中釉的成熟溫度判斷，在1200℃下燒成時可獲得最佳狀態的釉。

從對表2的分析可見，釉的光催化性能并不是簡單地隨爐渣加入量的增加而增大，它還隨燒成溫度等其它條件的變化而變化。爐渣含量的增加必然引起釉料中Al2O3含量的增加，致使釉的組成偏離最佳分相區域，不利于乳濁和分相的產生，光催化效率也不高。

4.2 添加物對釉面質量和光催化效率的影響

為了測試添加物對制品性質的影響，我們選取9、11號兩個配方，在其基礎上添加不同量的SnO2，以1200℃下燒得的制品為例進行對比。

將不同數量的乳濁劑SnO₂等，分別加入到選定的配方里，由表3的對比發現，隨SnO₂加入量的增大，釉的光催化效果明顯增大，這是因為SnO₂半導體粒子同樣具有能帶結構，在光照射下，能自行分解出自由移動的帶負電的電子e-，同時留下帶正電的空穴h+。這種光生空穴有極強的氧化能力，能與大多數有機物發生氧化反應。可見，SnO₂的加入有利于釉面的乳濁和光催化效率的提高。此外，SnO₂若與TiO₂制成復合光催化劑，其光催化活性會大大提高。

4.3 釉料組成對光催化效率的影響

實驗在K₂O-CaO-Al₂O₃-SiO₂分相區內[2]選取3個組成點A、B、C及分相區外一點D，四種配方的化學組成如表4所示。

將這四種試樣在1200℃高溫熔融，水淬后得到玻璃樣品。然后將樣品分別在紫外燈和高壓汞燈照射下對甲基橙溶液進行降解，測得甲基橙的降解率如表5所示。甲基橙的降解率間接表明了玻璃分相的程度，A、B、C三種釉料的原始組成均在分相區內，玻璃經熱處理后發生了分相；而D釉料的原始組成不在混溶區內，因此，玻璃在熱處理后沒發生分相。玻璃基本組成影響玻璃的分相及TiO₂的析晶。

5結論

含鈦爐渣本身具有一定的光催化效果，可以利用其組成接近普通釉料組成的特點來制備陶瓷釉料，尤其是利用它所含鈦的光催化效果和乳濁性能，制備具有光催化效果的乳濁釉。

要制得釉面質量優良、光催化效率高的乳濁釉，盲目增大爐渣的加入量是不可行的。本實驗中發現爐渣的加入量在30%左右、釉的燒成溫度在1200℃左右時，所得釉面質量較好，光催化效率較高。

參考文獻

1 李晨希等.含鈦高爐渣綜合利用研究的進展[J].沈陽工業大學學報，2004，26(4):1～4

2 陸佩文.無機材料科學基礎[M].武漢工業大學出版社，1996:270～277