減水劑加入對膨潤土水化的影響及初步探究

胡飛熊偉趙瑾

（1.國家日用及建筑陶瓷工程技術研究中心，江西景德鎮333403；2.景德鎮陶瓷學院材料科學與工程學院，江西景德鎮333403；3.景德鎮陶瓷學院工商管理學院，江西景德鎮333403；4.天津大學材料科學與工程學院，天津300072）

0 前言

陶瓷減水劑作為一種添加劑，它的主要功能是通過提高系統的電動電位，改善泥料、釉料的流動性，使其含水量低且具有良好流動性和穩定性。含水量的降低使噴霧干燥時的能耗減小，并增加粉料輸出量。降低泥漿中的含水量1%，粉料輸出率可增加5%。

減水劑發揮減水效果的過程是一種解凝、分散聚集顆粒及釋放自由水的過程，釋放的自由水還可以增加泥漿流動性。一方面保持了黏土膠團的穩定和適當黏度，另一方面保持瘠性泥的懸浮及憎水性。黏土的絮凝沉淀和解凝現象主要是黏土膠團中雙電層厚度的變化導致的。減水劑中荷電成分影響著黏土雙電層，當引力較大時雙電層壓縮，容易凝聚；當斥力較大時，雙電層變厚則容易產生解凝。因此，無機減水劑由于所含金屬離子不一樣，對黏土種類選擇較為敏感，而有機或高分子減水劑對黏土種類的選擇則相對不明顯。新型復合陶瓷減水劑一般為有機-無機復合物，比如聚丙烯酸鈉與碳酸鈉、硅酸鈉復配等，通過有效復配使其中各成分協同作用最佳，從而達到顯著的減水效果。

膨潤土是我國一種儲量豐富的礦產資源，是一項重要的陶瓷漿料配方。其主要成分蒙脫石具有突出的吸濕膨脹性能，可以吸附幾至幾十倍于自身體積的水量，因此需要大量的水解膠含有膨潤土的漿料，從而大大增加了生產能耗，與國家的節能減排的發展理念背道而馳。長期以來，膨潤土漿料解膠的問題一直是陶瓷行業研究的難題。本文以廣東膨潤土為對象，討論減水劑對膨潤土解膠的試驗研究。

1 實驗

試驗所需解膠原料為精誠膨潤土，所用減水劑有三聚磷酸鈉、五水偏硅酸鈉、七水一型偏硅酸鈉、七水三型偏硅酸鈉、九水一型偏硅酸鈉、九水三型偏硅酸鈉、腐植酸鈉及自制有機類陶瓷復配用料（F-7）。膨潤土加水及減水劑用球磨機混料、過篩，通過測試泥料在涂式杯中流動的時間來檢測其流動性能。泥漿差熱-熱重分析采用PCR-1型差熱儀。

2 結果及討論

圖1為膨潤土的XRD測試結果，由圖可知，膨潤土主要是由蒙脫石和石英組成。因此解膠的難點在于解決膨潤土層間容易吸附水而膨脹的特性。

圖1 膨潤土的XRD測試結果

在膨潤土中加入不同減水劑并進行復配實驗，測得泥漿的流速如表1及表2所示。由表1可以看到，市售解膠劑中三聚磷酸鈉對膨潤土解膠效果最好，能使膨潤土解膠后含水量低至45.9%。而自制減水劑F-7對膨潤土的解膠效果可以使含水量降至44.4%，且保持良好的流動性。由表2可以看到，將三聚磷酸鈉和自制減水劑F-7與其它市售常用減水劑進行復配后，可以增加解膠效果，而當將F-7與三聚磷酸鈉進行復配后，可以使泥漿含水量減小至41.2%，并且使原本不能流動的漿料瞬間流動，涂式杯流速達17.75s（水的流速為13s）

表1 各種解膠劑對膨潤土效果對比

黏土是多種微細礦物的混合體，水加入到黏土中會通過氫鍵、電場及水化等方式被黏土吸附。隨著泥漿的升溫，黏土中的水也會逐步排出。粘土中的水主要有三類，第一類是不與離子結合的自由水，在100℃以下自由水會逐漸排出；第二類是松結合水，即從規則排列到不規則排列的水層，或稱吸附水，脫水溫度為100～200℃；第三類為牢固結合水，即粘土顆粒表面有規則排列的水層，有人測得其厚度為3～10個水分子層，且性質不同于普通的水分子，其密度為1.28～1.48 g/cm3，脫水溫度約為450℃。減水劑的目的就是要將水化陽離子吸附的水分子釋放出來，增加泥漿中自由水的含量，使泥漿在低含水率的情況下具有較好的流動性。

對加入F-7有機物的泥漿與沒有加入F-7的泥漿做差熱測試（見圖2、3）。根據圖2的結果我們發現，兩種流動性不同的泥漿都在120℃左右出現一個吸熱峰，表明脫去的大部分水為第二類松結合水。在100℃時，未加F-7的泥漿失重15%，200℃時泥漿失重30.72%，而加入F-7的泥漿在100℃時失重為10%,在200℃時失重41.54%。由此可知，加入F-7后泥漿的第一類自由水沒有增加，反而減小了，但是第二類松結合水明顯增加。松結合水的增加可能是由于有機物F-7進入了膨潤土的層間結構，代替了部分層間水，使層間水釋放出來形成了松結合水，而松結合水的弱吸引力可以增加泥漿的自由流動性。

表2 各種解膠劑復配效果對比

實驗發現，適當的有機物可以提高膨潤土的解膠效果，上文僅從水在粘土中的狀態進行解釋，未能全面掌握其解膠機理。但本文實現了陶瓷泥漿的進一步減水可行性，并提出新型的減水劑可以使陶瓷泥漿含水量下降，降低陶瓷工業廢物的排放，使陶瓷工業發生變革。

3 結論

(1)本實驗以重復性實驗為基礎研究了現階段最適合的減水劑為三聚磷酸鈉。

（2）不同減水劑復配之后的不同效果，為三聚磷酸鈉復配F-7為最適合減水劑。

（3）在重復性型實驗的過程中發現加入自制F-7有機物以后，泥漿的表面性能發生很大的變化，從外觀上看到粘稠泥漿到稀釋泥漿的瞬間轉變，出現水化崩解現象。

[1]計紅果,蔣冰艷.陶瓷減水劑的研究進展[J].廣州化學，2009(3)：51-54.

[2]俞康泰.國內外陶瓷添加劑的發展現狀、趨勢及展望[J].佛山陶瓷，2004(4):3-6.

[3]彭福華,張艷麗.硅酸鹽粘土礦物的晶體結構與陶瓷減水劑的解凝機理[J].中國陶瓷工業，2010(17)：38-41.

[4]沈一丁,王海花,賴小娟.高效陶瓷減水劑的表征及應用性能[J].陶瓷,2005(6):14-17.

[5]李艷莉,梁廣森.陶瓷坯料復合減水劑的研制[J].佛山陶瓷,1996(4):23-25.

[6]張強,楊萍.粘土礦物微觀結構與陶瓷用減水劑的選擇[J].中國陶瓷,2001(37):29-31.