解膠劑在陶瓷生產中的應用

劉暢 張德佑

摘 要：本文介紹了陶瓷解膠劑在實際生產中的選用及使用原則。經過大量實驗，獲得了解膠劑在陶瓷生產中應用的基本規律。正確應用解膠劑，對提高陶瓷泥漿或釉漿的性能、減少漿料水份、降低干燥能耗，以及保證陶瓷產品品質具有一定的實際意義。

關鍵詞：陶瓷；解膠劑；應用；節能降耗

1 前言

隨著中國陶瓷工業的快速發展，陶瓷原料進一步消耗，尤其是優質陶瓷原料逐漸消耗殆盡，傳統上不能應用的陶瓷原料也逐漸被陶瓷廠家認可并重新應用，其原因在于陶瓷化工原料的發展。隨著陶瓷生產工藝的發展，陶瓷機械、原料、化工及相關陶瓷技術，也遇到了空前的發展機遇與挑戰。

就陶瓷化工部分的解膠劑（也稱陶瓷解凝劑、減水劑、電解質）來說，由上世紀90年代的三聚磷酸鈉（STPP）、水玻璃Na2O·mSiO2·xH2O（液體）、純堿（Na2CO3）、腐植酸鈉等單一化工原料作解膠劑，發展到目前的復合解膠劑（無機-無機，無機-有機），且形態由單一的固態到液態（如：有機高分子材料），陽離子型到陰離子型。對于不易解膠的陶瓷原料，如：超白低溫砂、膨潤土、鎂質土、礦渣、陶瓷污泥、拋光泥等，只要應用得當，均具有解膠的效果，以確保漿料工藝參數、減少水份、降低干燥能耗，實現綠色清潔生產。

2 解膠機理

關于解膠機理，已有眾多的專家對其進行闡述，其中的觀點仍存在爭議，有待進一步深入研究。但業界比較認可的解膠機理主要有三種。

（1） 陽離子置換

通過陽離子置換的方式，可以改變膠粒的雙電層厚度，使雙電層厚度增加，ξ電位上升。如：粘土的陽離子交換過程如下：

Ca-粘土+2Na+—2Na-粘土+Ca2+↓（沉淀鈣鹽） （1）

Mg-粘土+2Na+—2Na-粘土+Mg2+↓（沉淀鎂鹽） （2）

粘土的陽離子交換容量大小的情況如下：

H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

即左邊的離子能置換右邊的離子，自右至左交換容量逐漸增大。

粘土吸附陰離子的能力較小，其順序如下：

OH->CO32->P2O74->PO43->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

（2） 空間位阻效應

通過空間位阻效應，在離子間起阻尼和間隔作用。

（3） 螯合效應

螯合效應即通過復合物的引入，使陽離子產生鍵合，形成絡合物，降低離子間的引力，補充空間位阻效應。螯合物是配合物的一種，在螯合物的結構中，一定有一個或多個多齒配體提供多對電子與中心體形成配位鍵。螯合物通常比一般配合物要穩定，其結構中經常具有的五或六元環結構更增強了穩定性。所以螯合物的穩定常數都非常高，在陶瓷泥漿或者釉漿的解膠中，同陶瓷漿料中的陽離子，尤其是多價離子形成更為穩定的螯合物，降低了離子間的引力，從而降低了漿料的粘度，起到解膠的作用。另外，螯合物還可以掩蔽金屬離子，提高了漿料的穩定性。

3 陶瓷坯料解膠試驗的內容

3.1 試驗原料

3.1.1坯料

本試驗所采用的坯料為佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司的超白面料SHW、普白底料HY，G陶瓷廠拋光料、LM廠瓷質仿古磚坯料等。另外，2#與3#試驗為佛山鷹牌陶瓷有限公司的HY底料，其坯料的化學組成相同，但3#引入膨潤土10%，替代2#中的部分粘土（水洗泥及黑泥），將配方中的化學成分調整至合適的比例，要求其主要成分偏差小于0.5%。試驗用坯料（曬干或者自然晾干）預先粉碎，全部通過8目篩（粒徑<2.5mm），混合均勻。其化學組成如表1所示。

3.1.2解膠劑

本文中的解膠劑采用的是佛山市富威順化工有限公司生產的解膠劑，L01和L02為液體解膠劑；德國司馬化工的DOLAPIX-PC67為有機液體解膠劑；其余的為固體解膠劑。固體解膠劑全部研磨成細粉并混合均勻備用。解膠劑的化學組成如表2所示。

3.2 試驗設備及儀器

本試驗所采用的設備及儀器為電子天平、NDJ-5型涂-4粘度計、比重杯、秒表。

3.3 試驗步驟

（1） 同一組實驗，固定用相同的快速球磨機、球磨罐和球石，將球磨罐及球石（料：球≈1：3，球石級配為大：中：小≈2：5：3）預先用干毛巾把水擦干，減少因水份、料球比、球石級配以及球磨轉速等因素對試驗結果（漿料水份和細度）造成的誤差；

（2） 在0.01g精度的電子天平上分別準確稱取坯料和水（依據試驗條件表3）；

（3） 在0.0001g精度的電子天平上精確稱取相應質量的解膠劑；

（4） 將坯料、水、解膠劑加入球磨罐中，再進行快速球磨，球磨時間依據所生產陶瓷磚的細度工藝參數而定。

（5） 采用NDJ-5型涂-4粘度計檢測漿料的流動性（即采用100g的標準測試杯，杯口直徑為4mm，測試其流動性），連續測試三次，并記錄每次測試所用的時間（記為：流速1、流速2、流速3）。

（6） 漿料密封靜置24h后，用攪拌機以相同轉速攪拌2min，用NDJ-5型涂-4粘度計連續檢測3次（記為：24h流速11、24h流速12、24h流速13），衡量觸變性，通過流動性的差異大小來反映觸變性大小。差異越大，觸變性越大，反之越小。

4 陶瓷坯料解膠試驗及結果分析

本試驗條件依據車間生產工藝參數（水份、細度、流速、比重等）來確定試驗的料水比、球磨時間等方面的性能指標，詳情如表3所示。

4.1 超白SHW面料解膠試驗及結果分析

超白SHW面料中所采用的解膠劑為B-20#，添加量為0.30%～0.85%。不同含量的解膠劑對SHW面料解膠效果見表4及圖1、圖2。

由圖1和圖2可知，采用B-20#解膠劑對SHW坯料解膠時，隨著解膠劑含量的增加，其流動性先增加后降低，當解膠劑的含量為0.55%時，流動性最好，所以此時解膠效果最佳。但沉淀24h后，其流速時間由31s增加到35s，但最佳添加量增加基本同球磨后吻合。所以當解膠劑含量在0.55%時，說明該坯料采用B-20#解膠劑比較合適。當解膠劑的含量低于0.45%，解膠劑用量不足，漿料解膠不好，粘度增大，流動性差；尤其當其含量低于0.4%時，在生產上表現為漿料出球慢，容易產生漿料放不盡，過多的漿料停留在球磨機內。導致這部分漿料在第二次球磨時增加球磨時間，造成部分過度球磨，細度偏細，漿料粘度適當增加。

4.2 HY底料和HY-1底料的解膠試驗及結果分析

采用不同的解膠劑對HY底料和HY-1底料進行解膠，兩個坯料的化學成分相同，但HY-1底料中引入膨潤土10%代替HY-1底料中的部分粘土，即坯料中的礦物組成有差異。由于坯料礦物組成的差異，以及各種解膠劑的解膠規律不同，所以即使在同一水份下，流動性差異也較大，甚至沒有完全解膠、無流動性，不易進行試驗比較。因此，將水份調整到33.33%、35.48%、37.5%進行試驗對比。水份高，說明難解膠。不同類型的解膠劑與漿料的粘度關系如表5所示。不同解膠劑對HY和HY-1坯料的解膠效果如圖3所示。C-30與不同液體解膠劑對HY和HY-1坯料的解膠效果如圖4所示。

由圖3、圖4可知，引入膨潤土后，坯料難解膠，而且最佳添加量有所增加，用C-30作解膠劑，水份為35.48%時，HY坯料的最佳添加量在0.5%～0.7%，流速為40s～45s；但引入膨潤土10%后，解膠劑添加量增加到0.6%～0.9%，流速為45s～50s。另外，在采用C-30解膠劑的基礎上引入液體解膠劑PC-67、L01、L02后，解膠效果均有改善，并且解膠范圍拓寬，這在實際生產中容易控制，不會因泥砂料的波動，導致漿料粘度大幅波動，噴霧干燥后粉料顆粒變化大，易造成后期缺陷較多。尤其在水份過高（38%以上）的情況下，粉料多假性顆粒，微粉多，壓制后磚坯容易出現分層、裂磚等缺陷。

4.3 G廠拋光磚坯料解膠試驗及結果分析

解膠劑C-30對G廠拋光磚坯料解膠過程中，水份分別以32.2%（即坯料土樣：200g，水95g）、33.3%（即坯料土樣：200g，水100g）進行試驗。

（1） 水份為33.3%的解膠

本文中解膠劑C-30對G廠拋光磚坯料解膠試驗結果如表6所示。解膠劑C-30對G廠拋光磚坯料的解膠效果如圖5所示。靜置24h后，解膠劑C-30對G廠拋光磚坯料的解膠的觸變性如圖6所示。

（2） 水份為32.2%的解膠

C-30解膠劑在G廠坯料配方中解膠規律如表7所示。靜置24h后，C-30解膠劑在G廠坯料配方中解膠規律如表8所示。其解膠效果如圖7、圖8所示。

由試驗數據和圖7、8可知，G廠坯料的解膠，采用C-30解膠劑最佳點在1.2%～1.4%之間，觸變性有所右移，即解膠劑的加入量適當增加，觸變性會變好，漿料粘度降低。

4.4 LM仿古磚坯料的解膠試驗及結果分析

LM瓷質仿古磚坯料的解膠，主要是解膠劑的添加量較大，采用C-30解膠劑比較合適，最佳加入量在0.9%～1.0%時，水份可降低至32.25%，LM廠仿古磚的解膠規律如表9所示。其解膠劑的解膠效果如圖9所示。

由實驗數據和圖9可知，LM廠仿古磚坯料的解膠主要是添加量較大，當解膠劑C-30的添加量在0.8%～0.9%時，其觸變性也較大。靜置24h后，流速由25s增加到40s以上。因此，結合觸變性，其最佳的加入量為1.3%。

5 結論

通過上述大量的實驗證明，在陶瓷生產工藝過程中，解膠劑對漿料的解膠好，即粘度低、流動性好。漿料流動性好，噴霧干燥造粒的粉料顆粒形狀及顆粒級配也就較好，從而后期壓制時粉料布料性能（顆粒形狀、級配、密度等）更好，降低了后期工序缺陷的產生機率。另外，解膠劑的選擇以及添加量的合適與否，對漿料的性能均有很大的影響，如：水份、細度。如果選擇了合適的解膠劑，并調整至最佳添加量，在漿料粘度滿足工藝要求的前提下，可將水份降到最低，從而提高球磨效率及產量，降低能耗。同時，也降低了噴霧干燥能耗，為實現清潔生產、降低成本、節能降耗做出貢獻。

影響坯釉料解膠劑的因素及注意事項有如下幾個方面：

（1） 配料配方的變化對解膠效果的影響

因坯料配方組成的變化，尤其是礦物組成的差異，對解膠劑的類型、添加量均有不同要求，既使是同一陶瓷企業，由于泥砂料批次間的波動（尤其是均化不足），對解膠劑的添加量都有不同。原料堆場大，原料均化越充分，漿料的解膠越穩定；而堆場小，頻繁進料的解膠多數不穩定，通常這些就是漿料流動性波動較大的原因。一般在選解膠劑時，在泥砂料使用前，需做小試和中試試驗，取配方所用的泥砂，曬干或者自然晾干，粉碎（過8～10目篩），經過小試確定解膠劑的類型及最佳添加范圍，然后再進行中試，再進行大生產。一般華南區域，添加量在0.4%～0.8%，少數在0.3%～0.4%或0.8%以上；華北區域在0.6%～1.0%范圍；另外，不同產區對解膠劑類型要求也不同。實際應用時均需試驗確定，以達到最好的解膠效果，從而達到降低成本，增加效益的目的。

（2） 陶瓷原料的風化程度對解膠效果的影響

一般風化時間長，越容易解膠，即原礦解膠一般比次生礦難解膠。好的解膠劑在配方中的添加量也相對較少，其成本相對降低。反之，添加量變大，解膠劑成本高。

（3） 水質對解膠效果的影響

一般生產用水或者漿料中含有Ca2+、Al2+、Mg2+、Cl-、SO42-等離子較多的，解膠劑相對較難，且觸變性較大，如：在沿海地區、華北地區，采用拋光線污水（因為污水中Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等離子濃度相對較高）較高的企業，解膠成本一般較高，添加量較大，漿料水份高。另外，污水處理的凈水劑對解膠也有影響，而且影響較大，如：聚丙稀銑胺、聚合氯化鋁、明礬等，對這類影響解膠的物質，更應慎重使用并選擇合適的解膠劑，才能降低解膠成本。

（4） 漿料溫度對解膠效果的影響

通常情況下，溫度高，漿料粘度低，流動性好；溫度低，漿料粘度高，流動性差。所以在冬季漿料一般流動性會比夏季差5～15s，甚至更多。如果已經通過實驗選擇了合適的解膠劑，且添加量也選擇較佳時，流動性還不能滿足生產需要時，可適當提高漿料水份，以適應生產工藝參數。