枧田瓷石化學與礦物組成及其工藝性能研究

2008-01-01 00:00:00李小紅彭永烽魏恒勇

佛山陶瓷 2008年4期

摘要本文研究了枧田瓷石的化學與礦物組成及其工藝性能。利用XRF、XRD和FT-IR測試手段確定了瓷石的化學與礦物組成，結果表明：枧田瓷石由石英、高嶺土、白云母和鈉長石組成，其含量分別為56wt%、24wt%、13wt%和7wt%。采用DTA-TG和XRD分析瓷石的熱分解過程，結果發現，白云母和高嶺土發生了熱分解，石英出現了晶型轉變。1300℃煅燒后只存在石英和莫來石晶相，并且工藝實驗表明其白度高達51，燒成收縮為4.9%，吸水率為0.14%，顯氣孔率為0.18%。

關鍵詞枧田瓷石，化學組成，礦物組成，工藝性能

1引言

瓷石是我國一種典型的高硅質粘土類陶瓷原料，在陶瓷生產中應用較為廣泛，其資源極為豐富，著名產地有江西景德鎮、湖南醴陵、安徽祁門、福建德化、廣西北流、江蘇吳縣、浙江紹興，四川德昌和山東淄博等地[1]。由于產地、風化程度及母巖種類的差異，不同地區甚至同一地區不同礦場所產瓷石，其化學組成、礦物組成及工藝性能常存在較大差別。目前，關于不同產地的瓷石在陶瓷行業中的應用研究較多，如余祖球就分別對三寶蓬、寧村、南港、清水下、月山瓷石等進行了大量詳盡研究[2～6]，闡述了不同地區的瓷石在陶瓷行業中的廣泛應用。近年來，隨著陶瓷產業的迅速發展，新的優質瓷石資源不斷被發現，如最近發現，位于江西鄱陽縣附近的枧田瓷石礦藏豐富，且雜質含量較少，品位較高，但未見關于其化學組成、礦物組成及工藝性能等方面的報道，因此，確定枧田瓷石的化學與礦物組成及工藝性能對其在陶瓷生產中的應用具有指導意義。

2枧田瓷石的化學與礦物組成

2.1 化學成分分析

利用荷蘭熒光光譜儀(Axios Advance)分析測定枧田瓷石的化學組成，其結果見表1。

從表1可以看出，枧田瓷石中SiO₂含量為77.09wt%，略高于一般的瓷石（70～75wt%），熔劑性氧化物Na₂O 和CaO含量較少，這樣會造成其燒成溫度稍高于其它瓷石。另外，枧田瓷石中含有較多著色氧化物TiO₂和Fe₂0₃，含量分別為0.93wt%和1.19wt%，故適宜制胎和青瓷。鑒于一級瓷石的質量要求（Al₂0₃＞16%，Fe₂0₃＜0.5%，SiO₂＜70%），可以看出降低硅含量、除鐵是該瓷石選礦加工的主要任務。

2.2 X射線衍射分析

采用德國布魯克(D8 Aavanced)X射線衍射分析儀對枧田瓷石原礦進行XRD分析（Cu靶Kα射線，管壓40kV，管流40mA，2°/min），結果見圖1和表2。

從圖1和表2可以看出，枧田瓷石中的礦物組成有石英、高嶺土、白云母、鈉長石，其中，石英含量最高，為56wt%，其次為高嶺土，為24wt%，這表明枧田瓷石具有一定的可塑性。

2.3 紅外光譜分析

采用美國產傅立葉紅外光譜儀(Nicolet 5700 )對枧田瓷石原礦進行紅外光譜分析，結果如圖2所示。

由圖2可見，枧田瓷石在3620、3651、3695cm-1以及913、1031、1112cm-1處存在較強的振動吸收峰，其中，前三個波數是高嶺土和白云母中羥基的伸縮振動疊加引起的，而后三個波數則歸因于高嶺土中Si-O的伸縮振動[7～8]。另外，在471、539、695、796、1009、1031cm-1處存在較強振動吸收峰，皆為白云母的典型特征峰，其中前兩個峰對應白云母中的Si-O彎曲振動，后面四個譜帶對應于其Si-O伸縮振動[9]。在431cm-1附近，有個較弱的Si-O-Si變形振動吸收峰，歸屬于鈉長石[10]，這與其含量有關，在枧田瓷石中，由于鈉長石含量最少，致使其譜峰強度不高；此外，在1400～2000cm-1范圍內的吸收峰為石英的Si-O伸縮振動[11～12]。另外，在500～900cm-1存在較多復雜的振動吸收峰，這是由于石英、高嶺土、白云母和鈉長石的相關特征峰疊加所引起的。上述分析結果與枧田瓷石XRD測試得出的礦物組成相吻合。

3枧田瓷石的熱分解過程研究

采用德國產（STA-449C型）熱分析儀對枧田瓷石進行差熱-熱重分析，為其在陶瓷生產中確定燒成曲線提供依據，結果見圖3。

由圖3可知，在506℃、574℃和1332℃附近存在三個吸熱峰，其中，506℃和574℃附近的吸熱峰與高嶺土的結構水和白云母的吸附水脫出，以及石英的晶型轉化有關[7，13]；瓷石在高溫時形成莫來石，熔解為液相時需要熔解熱，在差熱曲線1332℃處會出現一個吸熱峰。同時，差熱曲線在995℃處有一個放熱峰，為偏高嶺石分解成γ-Al₂0₃所致[14]。在890℃之前有約4.62wt%的失重，這主要是由于白云母和高嶺土中的吸附水和結構水的脫出引起。

為了進一步確定枧田瓷石在加熱過程中的熱分解情況，將原礦粉碎，取少量于坩堝中分別在700、1200、1300℃溫度下煅燒，得到煅燒粉末，發現它們的顏色由土黃色→淺黃色→白色，顏色逐漸變淺，這表明所含雜質量不斷減少。同時，對這些煅燒粉末進行XRD物相分析，結果見圖4。

從圖4可知，枧田瓷石在700℃煅燒后，與原礦相比較，礦物組成變化不明顯，只是衍射峰強度有所增加，尤其是石英，表明枧田瓷石的雜質量有所減少。當煅燒溫度升高至1200℃時，鈉長石和白云母衍射峰已全部消失，說明這些礦物已熔融或分解。同時，衍射圖譜中除明顯的石英衍射峰外，還出現了較強的莫來石衍射峰，這表明莫來石在1200℃之前已開始形成；隨著煅燒溫度升高至1300℃，石英的衍射峰強度繼續增大，然而莫來石衍射峰強度卻大大減弱，這可能是由于莫來石在1200～1300℃范圍內已熔解于玻璃相中的緣故。

4枧田瓷石的工藝性能

將枧田瓷石原礦粉碎，造粒后在16MPa壓力下分別干壓成形為條狀和圓餅狀試樣，于1300℃煅燒，其工藝性能參數列于表3。由表3中可知，枧田瓷石的白度較高，為51.2；燒成收縮小，為4.9%，可用于制造拋光磚、衛生潔具及青瓷原料。

5 結論

（1） XRF、XRD和FT-IR分析測試表明，枧田瓷石由石英、高嶺土、白云母和鈉長石組成，其含量依次為56wt%、24wt%、13wt%和7wt%。

（2）枧田瓷石在加熱煅燒過程中，白云母和高嶺石發生了熱分解，石英出現了晶型轉變，當煅燒溫度達到1300℃時只存在石英和莫來石晶相。