環保低鋯超白拋光磚的研究

潘炳宇 汪慶剛 趙勇

摘 要：本文主要針對在超白拋光磚的生產過程中，使用大量的硅酸鋯原料，使得硅酸鋯資源日益短缺。因此，本文提出了以多種生產工藝相結合，減少硅酸鋯在超白拋光磚中用量的方法，以期促進超白拋光磚生產技術的進一步成熟。

關鍵詞：超白拋光磚；硅酸鋯；原料預處理；二次布料工藝

1 引言

近年來，國內的陶瓷工業發展迅猛，且規模迅速擴大。盡管國家對樓市的調控政策對陶瓷墻地磚的生產銷售造成了一定的影響，但基于人們對潔白明亮的居室環境的需求，經典高檔的超白拋光磚依然存在著巨大的市場空間。當然，生產高白拋光磚，離不開硅酸鋯的使用。由于陶瓷原料一般白度不高，要生產出超白的拋光磚，一般都會添加一定量的硅酸鋯作為坯用增白劑。但一方面，硅酸鋯資源已日益短缺，價格昂貴；另一方面，硅酸鋯具有較高的放射性（一般內、外照射均為10以上）。因此，如何生產出環保低鋯的超白拋光磚產品，成為了行業內一個共同的研究課題。

2 硅酸鋯的應用現狀

在陶瓷墻地磚行業中，硅酸鋯是一種重要的原材料，其主要用于陶瓷釉料、坯料，起乳濁增白的作用，且是普鋯黃、釩鋯蘭等陶瓷色料中的主晶相（穩定相），使用量非常大。我國每年鋯英砂的開采量大約為6萬噸，其中約60%～70%用來加工成硅酸鋯。國產鋯英砂遠遠不能滿足我國傳統陶瓷產業發展的需求，只能從世界各地（澳大利亞、印度尼西亞、越南、南非等國）進口，每年進口量高達47.5萬噸。

隨著鋯英砂原料日趨緊缺，各國都在重視資源的保護利用。2010年，我國已經把鋯列入十大稀有金屬元素之一，作為戰略儲備和控制，使得鋯英砂價格上漲。以澳大利亞鋯英砂為例，1993年，澳大利亞鋯英砂為200美元/t，目前已是2600美元/t，18年間，價格提升了13倍。硅酸鋯的價格也由1997年的2000多元/t，上漲到高峰時期的21000元/t左右。

3 生產超白拋光磚的方法

3.1 提高陶瓷原料的白度

一般來說，生產超白拋光磚首選高白、高質的陶瓷原料，但陶瓷墻地磚行業經過了多年的發展以及開采，高白、高質的陶瓷原料已經日益短缺，且價格昂貴。以佛山地區為例，一般白度為70左右的中溫砂原料的價格，已經達到了250元/t（含稅），而在當今競爭激烈的市場環境下，一般600mm規格的超白拋光磚產品的價格僅為40元/m2。受限于生產成本的控制，大量的使用高白、高價原料生產超白拋光磚已經成為不可能。如何對中低品質的陶瓷原料進行優質化的處理，則是低鋯超白拋光磚生產過程中的關鍵。

原料預處理，目的就是除去原料中鐵、鈦等有害雜質，提高原料的白度。受限于成本以及場地等因素的影響，高溫氯化法與有機酸處理法在工業化生產中難以實現，一般可采用人工揀選結合水洗磁選的處理方法。

陶瓷原料一般分為硬質與軟質原料兩種，對于硬質原料（如：長石、石英等），需經過水洗、錘選，除去含鐵、錳多的雜質原料；對于軟質原料，一般先進行人工揀選，把含鐵質多的塊狀和外觀特征差異較大的原料，以及樹枝、草根等雜物揀出，并進行翻料，使原料混合均勻。再將原料粉碎后，使用磁鐵棒干法除鐵兩次。最后將粉碎后的原料置入攪拌池中淘洗。此時，粗顆粒原料和比重較大的含鐵質礦物經過一定時間的流動，會沉積于攪拌池底。把懸浮液過篩，過濾掉木屑、雜草等雜質，然后再經磁棒除鐵槽，除鐵后晾干成為陶瓷水磨原料。經過預處理后的原料，根據原料的雜質含量的不同，白度可提高8～15度左右。

3.2 配方的優化

在配方設計中，首先需要合理的選擇含氧化鐵、二氧化鈦低的陶瓷原料；長石類可選用經過精選水洗的原料。另外，適當的引入少量的滑石（3MgO4·SiO2·H2O），可有效地提高坯體的白度。因為滑石中的Mg2+不但具有乳濁增白的作用，還能與Fe2+和TiO2反應，可減弱鐵、鈦對產品發色的不良影響。由于坯體中粘土類原料占了20%左右，而氧化鐵在粘土類原料中一般含量為1.2%～1.8%，所以超白磚坯體中的氧化鐵一般由粘土類原料帶入的。要提高產品的白度，必須嚴格控制粘土中氧化鐵含量，并選用精加工的粘土。而檢驗粘土的白度時，不能單看粘土的燒成白度，更要看模擬產品的燒成白度，一般在70%的坯用鈉長石中加入30%的粘土，混合球磨后打餅，并在窯爐中燒成，檢測其白度。

3.3 生產工序的控制處理

要生產好的低鋯超白磚，除了原料以及配方的優化外，生產工序的控制也極為重要。首先，在配料階段，需對鏟車料斗、喂料機，以及輸送帶進行清理，盡量把白料安排到同一套配料系統中。然后，在球磨階段，需要將球磨機、漿池清洗干凈。其次，在漿料處理階段，應需要充分凈化、沉淀、過濾，有條件的可對水進行磁選除鐵。漿料經球磨后，先要經過120目或180目的振動篩，除去鐵、錳、有機物等粗顆粒，以免影響白度。漿料過篩后仍需經過3次以上的強磁除鐵，此時，要求控制好漿料的比重和流速，使得在除鐵的過程中，漿料能緩慢流過除鐵設備。筆者建議使用新型的強磁場自動除鐵機，以加強除鐵效果。

3.4 二次布料工藝的使用

通過研究發現，可采用工藝路線改進的方式降低硅酸鋯在超白拋光磚中的使用量。由于陶瓷墻地磚在鋪貼后，只有面料層部分使用了硅酸鋯，所以采用二次布料工藝，可降低底料部分的白度，如此，即可大大的減少硅酸鋯的使用量。

但采用二次布料工藝需要解決以下問題：

（1） 面料層白度的問題；

（2） 面料層、底料層燒成溫度的匹配性問題；

（3） 面料層、底料層膨脹系數的匹配性問題（變形問題）；

（4） 顧客心理接受度的問題。

面料層白度的問題較易解決，由于面料層僅占整磚的三分之一左右，在超白磚配方中加入一定量的硅酸鋯，即可解決白度問題。同時，由于面料層較薄，硅酸鋯的用量以及產品整體的成本和放射性將能得到有效的控制。二次布料的目的就是降低硅酸鋯的使用量，所以底料層一般不建議加入硅酸鋯，但由于面料層在加入硅酸鋯后，燒結溫度有所上升，因此，在設計底料配方時，應充分考慮到溫度以及膨脹系數的差別，適當減少滑石的用量或提高高溫砂的配比。要解決變形的問題，一方面在配方調整時，考慮到整體的匹配性；另一方面，窯爐要根據實際情況進行磚型的調整，以及每一批粉料在噴粉前，漿料需要充分的均混，且粉料之間不能隨意混搭使用，以減少粉料的波動。由于使用二次布料方式生產的超白拋光磚，存在上、下層白度不一致的情況，導致消費者會有一些顧慮，如：瓷磚是否分層；質量是否下降；是否用久了會變色等。所以生產二次布料的超白磚，技術人員需要與銷售人員進行充分的溝通，傳達給消費者正確、合理的信息，傳遞二次布料的環保、低碳的概念。

除了上述的二次布料工藝外，使用濕法二次布料工藝將能進一步提升超白拋光磚的白度，可以更加充分地降低硅酸鋯的使用量。由于濕法二次布料工藝的面料層無需考慮到成形時的可塑性問題，所以含有較多鐵質等雜質可進一步的降低，有效提高坯體面料層的白度。同時，由于面料層進一步的減薄（僅為整磚的5%左右），硅酸鋯的使用量將得到極大的減少。但濕法二次布料工藝對于配方設計、工序控制、燒成制度的制定有著更為嚴格的要求，所以現今只有極少數廠家具備生產濕法二次布料超白磚的能力。但可以預見的是，未來濕法二次布料工藝將會降低硅酸鋯用量，將是提高白度的極佳的解決方案。

4 結語

本文通過一系列的原料處理、配方優化、工序控制、二次布料等措施，以望在生產超白拋光磚的過程中，節省硅酸鋯使用量。實踐證明，生產環保低鋯超白拋光磚是一個整體系統的工程，需要從原料、配方、工藝等各方面互相配合，只有控制好每個環節，方能有效的提高產品的白度，減少生產過程中硅酸鋯的使用量。

參考文獻

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