科學利用地方原料生產(chǎn)高品質(zhì)陶瓷＊

廖詠康

（四川白塔新聯(lián)興陶瓷集團有限責任公司 四川 威遠 642450）

前言

作為對資源高度依賴、高能耗、高排放的建筑陶瓷行業(yè)，必須要踐行科學發(fā)展觀，轉(zhuǎn)變行業(yè)的發(fā)展方式，最大限度地減少對天然不可再生資源的依賴，降低單位產(chǎn)品能耗，減少污染物的排放量，在新的形勢下建筑陶瓷行業(yè)才有可持續(xù)發(fā)展的機會。

隨著我國的改革開放的不斷深入，從20世紀90年代開始建筑陶瓷磚產(chǎn)量多年來一直位居世界第一，遠高于世界其他國家的產(chǎn)量；到2012年產(chǎn)量達到90億m2以上。另外，我國陶瓷工業(yè)的能源利用率與發(fā)達國家相比差距較大，發(fā)達國家的能源利用率一般達50%以上，美國高達57%，而我國僅為28%～35%。我國“十二·五”規(guī)劃綱要提出，到2020年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低40%。陶瓷行業(yè)要實現(xiàn)這一目標，既要采用提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和資源循環(huán)利用的加法法則，也要充分利用減法法則，限制和減少那些低附加值，低質(zhì)量，低價格，高能耗，高污染的產(chǎn)品，做好陶瓷行業(yè)的減法。陶瓷行業(yè)要可持續(xù)發(fā)展，我們每個陶瓷人必須把踐行科學發(fā)展觀作為責任和使命。

隨著社會的發(fā)展和進步，需要大量陶瓷磚作為裝飾材料，隨著陶瓷磚的生產(chǎn)規(guī)模的擴大，對各種礦物資源開采的速度越來越快、開采難度越來越大。陶瓷生產(chǎn)所需的礦物原料多屬于不可再生資源，總有一天會枯竭。現(xiàn)在絕大部分的陶瓷磚，無論是有釉還是無釉陶瓷磚都使用白色坯體，特別是有釉陶瓷磚，需要表面釉面層的裝飾效果，但坯體只是一個載體，只要能滿足產(chǎn)品需要的強度和平整度，以及熱穩(wěn)定性，對坯體的顏色或原材料，沒有特殊要求或標準限定。因此，有釉裝飾磚一定要使用白色坯體嗎？白色坯體，眾所周知，一定要使用較高品位的天然鉀、鈉長石、高嶺土、鐵質(zhì)含量很低的石英、粘土等天然礦物資源。優(yōu)質(zhì)的鉀鈉長石、高嶺土、粘土等天然資源，隨著這些年陶瓷業(yè)的快速擴張，無序開采，其儲量在急劇減少，開采難度越來越大。開采原料對生態(tài)環(huán)境的破壞，已成為制約陶瓷行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

原料的色澤、白度越好的其儲量也越少，價格也自然越高；原料在不同的溫度和氣氛下所呈現(xiàn)的顏色大不相同。陶瓷原料燒成溫度越高色澤越白，根據(jù)不同的窯爐，不同的產(chǎn)品，白色坯體的燒成溫度一般應(yīng)在1180～1230℃。白色坯體的陶瓷磚不僅浪費了大量的不可再生資源和能源，并且加大了污染物的排放量。陶瓷磚原本是作為建筑物裝飾品出現(xiàn)的，因為要各種自然條件所以必須要有一定的強度以及熱穩(wěn)定性能，我們能否在保證磚強度、熱穩(wěn)定性等物理和化學性能的基礎(chǔ)上，采用其它原料來制作陶瓷磚坯體呢？

基于以上的思想和觀念，為了更好地貫徹落實國家宏觀經(jīng)濟發(fā)展政策，促進陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，本公司于2008年12月正式成立紫砂陶瓷技術(shù)研究項目組，展開了紫砂陶瓷生產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)。首先對原來紅坯磚生產(chǎn)的資料和數(shù)據(jù)進行收據(jù)整理、研究了大量文獻資料，特別是意大利、西班牙紅坯磚的測試和分析，通過大量的小試、中試，經(jīng)歷無數(shù)次的失敗，克服了地方原料變化大、有機物含量多，極易鼓包的缺陷，終于在2012年6月試制成功。一次燒成仿古磚和劈開外墻磚工藝技術(shù)，于2012年8月正式應(yīng)用于工業(yè)化大生產(chǎn)，成功生產(chǎn)了規(guī)格為600mm×600mm高檔紫砂仿古磚，其產(chǎn)品強度優(yōu)于其它同類產(chǎn)品，破壞強度（S）達到1721.5N（國標1100），斷裂模數(shù)（R）到達34.9MPa（國標30）。規(guī)格為45mm×145mm，45mm×195mm的劈開外墻磚，厚度為4.5～5.0mm，其產(chǎn)品強度優(yōu)于其它同類產(chǎn)品，破壞強度達到546N，斷裂模數(shù)到達50.5MPa，吸水率小于3%，產(chǎn)品其它各項物理、化學性能優(yōu)于或符合GB／T 4100－2006的標準要求，放射性符合國家標準《GB 6566－2010建筑裝飾材料》A類的要求，是健康環(huán)保裝飾材料。產(chǎn)品批量投放市場后，贏得消費者的認可，取得很好的經(jīng)濟效益和社會效益。我公司利用地方原料生產(chǎn)紫砂陶質(zhì)磚工藝技術(shù)的研究概況如下：

1 技術(shù)方案

1.1 總體思路

由于地方原料的諸多特性，作為陶瓷坯用原料，其坯體主要呈紅色。陶瓷行業(yè)在20世紀90年代和21世紀初生產(chǎn)有大量紅坯陶瓷產(chǎn)品，后來由于有陶瓷行業(yè)部分企業(yè)宣傳紅坯陶瓷磚是陶而不是瓷的觀念，一提起紅坯陶瓷，給人的印象就是低檔陶瓷，這些觀念逐步在廣大消費中形成認同，紅坯陶瓷逐步失去市場。利用地方原料生產(chǎn)紫砂陶瓷關(guān)鍵是要改變行業(yè)以前對生產(chǎn)紅坯磚的誤解。要創(chuàng)新思維模式，絕不能沿用以前的工藝技術(shù)和思維模式。

西班牙、意大利的紅坯陶瓷為什么會得到我國和世界很多國家認同，其產(chǎn)品在市場上的售價比我們國內(nèi)同類產(chǎn)品價格高幾倍或十幾倍呢？我們?yōu)槭裁床荒茏龀鍪澜缫涣鞯牟皇前着鞯奶沾赡兀课覀冊谠t坯陶瓷的基礎(chǔ)上進行顛覆性的創(chuàng)新，引入釩鈦工業(yè)廢渣和高嶺砂，將坯體的色澤和強度進行改良和優(yōu)化，使之具有比白色坯體更優(yōu)異的物理性能，破壞強度更高；燒成溫度控制在1150℃以下，燒成周期不超出40min，產(chǎn)品的吸水率控制在3%以內(nèi)。

1.2 具體技術(shù)方案

坯體顏色的構(gòu)成取決于坯體原料中鐵、鈦等氧化物的含量，其在原料中的含量越高，焙燒后坯體呈現(xiàn)的顏色就越深。

根據(jù)中國建筑材料科學研究院曾經(jīng)對國內(nèi)紅土的研究、實驗結(jié)果表明：以紫砂、紅粘土為主要原料配制的坯體，在氧化氣氛下900℃、1150℃、1200℃溫度階段，通過X射線衍射圖說明，氧化鐵并沒有參與反應(yīng)，沒有生成新物質(zhì)，而是作為晶體物質(zhì)起著骨架和著色劑的作用。也就是說在氧化氣氛下，該溫度范圍內(nèi)燒成，原料含氧化鐵的多少與燒成溫度無關(guān)，它僅表現(xiàn)為燒成的呈色狀況。但在還原氣氛下燒成情況就不同了，三價氧化鐵在還原氣氛下1000～1100℃時就能被還原成二價氧化亞鐵，而氧化亞鐵的助熔作用與氧化鎂是幾乎等同的，會明顯降低燒成溫度。

我國只有紫砂陶器有國家標準，2008版的（GB／T 10816－2008）《紫砂陶器》就有關(guān)于什么是紫砂陶器的權(quán)威定義：“質(zhì)地細膩、含鐵量較高的特種粘土制成的，呈色以赤褐為主，質(zhì)地較堅硬而透氣性能好”，但對紫砂磚沒有特別定義。

按通常的分類，一般將紫砂列入陶瓷類，但確切地說來，紫砂既不屬于瓷也不屬于陶，無論是其物理性能還是材質(zhì)的特點以及燒成溫度，它都有別于陶瓷，應(yīng)該屬于炻瓷類，吸水率在0.5%～3.0%。

紫砂的定義應(yīng)該是：用含鐵粘土質(zhì)粉砂巖為主要原料制成的制品內(nèi)外一般不施釉色，素心素面，胎質(zhì)堅實細膩，呈現(xiàn)沙土特有的色澤及紋理，經(jīng)高溫燒制后尚具有一定的氣孔率和吸水率（在0.5%～3.0%）。質(zhì)地堅細、色澤沉靜、制作精美，根據(jù)調(diào)配方及燒成溫度氣氛的變化，制品可以呈天青、栗色、暗肝、梨皮、米黃、朱砂紫、海棠紅、青灰、墨綠等色。

主要利用本地企業(yè)川威鋼鐵公司的釩鈦工業(yè)廢渣和本地一種含鐵量較高的高嶺砂、白泥、拋光回收料等為主要原料。為了解決在生產(chǎn)過程中不鼓包、且燒成溫度不高于1150℃、坯體吸水率控制在0.5%～3.0%、坯體最終呈色為朱砂紫顏色等問題，在坯體配方設(shè)計上就必須要使坯體配方中的鋁含量和鐵含量、燒失量控制在一定范圍內(nèi)，才能解決產(chǎn)品經(jīng)高溫燒成后產(chǎn)品的強度和平整度問題，坯體色澤以燒制成朱砂紫色為最佳。

紫砂陶瓷生產(chǎn)工藝流程：原料入廠驗收→均化→配料→制漿→制粉→壓制成形（外墻劈開）→干燥→底釉（淋釉外墻用噴釉）→面釉（淋釉外墻用噴釉）→印花（外墻磚無）→干燥→燒成→切邊（外墻磚無）→檢選→包裝。

紫砂陶瓷的制備方法，主要包括以下步驟：

1）稱取原料按（質(zhì)量百分比%）：釩鈦工業(yè)廢渣10～19，本地高嶺砂24～29，本地粘土2～7，鋁礦1～5，本地白泥26～31，頁巖5～10，地磚回收泥4～9，拋光回收泥6～11，廢坯3～7。

2）按照A中的比例稱好原料，并按照料∶球∶水＝1∶2∶0.5的比例進行球磨混合原料，球磨到一定細度，過250目篩，篩余量為2.0%～2.5%。

3）將B所制成的泥漿在噴霧干燥塔中噴成一定顆粒級配的粉料。

4）將C所制成粉料經(jīng)過一定時間的陳腐在一定壓力下壓制成磚坯。

5）按干燥溫度曲線進行干燥。

6）按工業(yè)要求施釉。

7）根據(jù)市場需求選擇花型印花等。

8）按燒成溫度曲線進行燒成。

9）切邊加工。

10）檢選包裝入庫。

工藝過程主要技術(shù)參數(shù)：

底釉容重：1.74～1.78g／cm3，其施釉量為180～200g；

面釉容重：1.74～1.78g／cm3，其施釉量為210～230g；

干燥溫度：200℃，干燥后坯體含水量控制在0.5%～1.0%；

國家標準溫度：65～70℃；

磚坯經(jīng)施釉后入窯水分控制在1.5%以下；

燒成溫度：1120～1150℃；

燒成周期：35～45min左右，氧化氣氛燒制。

紫砂陶瓷坯體配方化學組成如表1所示。

表1 紫砂陶瓷坯體配方的化學組成（質(zhì)量%）

1.3 研制過程

規(guī)格為600mm×600mm仿古磚小試對比情況見表2。

表2 不同配方的仿古磚試驗結(jié)果

通過小試我們可以看出，配方6沒有鼓包現(xiàn)象且平整度是最好的，破壞強度也良好。配方6的全分析如表3所示。

表3 配方6的全分析（質(zhì)量%）

1.4 紫砂陶瓷與白坯陶瓷物理檢測數(shù)據(jù)（見表4、表5）

表4 紫砂陶瓷與白坯陶瓷物理檢測結(jié)果（規(guī)格600mm×600mm）

表5 紫砂陶瓷與白坯陶瓷物理檢測結(jié)果 規(guī)格45mm×145mm

1.5 實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)品單位能耗對比

產(chǎn)品規(guī)格為600mm×600mm，厚度為9.5～10.0mm；產(chǎn)品規(guī)格為45mm×145mm，厚度為4.5～5.0mm（見表6）

表62 種規(guī)格產(chǎn)品的單位能耗比較

從表6可以看出，生產(chǎn)相同吸水率、厚度、規(guī)格的紫砂陶瓷磚坯比白坯磚綜合能耗下降幅度為24%～26%。

2 對社會和行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的推動作用

由于生產(chǎn)紫砂陶瓷可以節(jié)約大量的不可再生資源（鉀、鈉長石、優(yōu)質(zhì)黑泥等），產(chǎn)品單位能耗與白坯陶瓷相比可下降24%～26%，有助于各種資源的可持續(xù)利用。紫砂陶瓷的原材料主要以工業(yè)廢渣和本地儲量豐富的高嶺砂、粘土為主，其球磨時間，燒結(jié)溫度和燒成周期都有一定程度的降低和縮短，可使污水排放，廢氣排放，能源和原料消耗，人力資源等都得到極大的節(jié)約。全國許多地方生產(chǎn)紫砂陶制磚的原料基本可以本土化，單位產(chǎn)品的能耗可大幅度降低，給國家和企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟利益和稅收，所以紫砂陶質(zhì)磚的推廣，將有助于陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，隨著其推廣應(yīng)用的擴大，將會給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，同時節(jié)約大量的資源、能源，降低排放等社會效益也能充分體現(xiàn)出來。

3 形成共識大量推廣

從我們公司近3年來利用地方原料生產(chǎn)富貴紫砂陶瓷磚的情況表明，在有釉磚的生產(chǎn)上，紫砂陶瓷磚無論從產(chǎn)品物理性能還是化學性能，都不比白坯陶瓷遜色，富貴紫砂陶瓷產(chǎn)品市場上的銷售單價在原來白坯磚的基礎(chǔ)上提高了40%以上，但是目前對紫砂陶瓷的認識還不夠。

為了陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，希望陶瓷行業(yè)的同仁、消費者一起正面宣傳，正確引導消費者理性消費。盡早、盡快大面積利用地方原料生產(chǎn)陶瓷磚，從外觀設(shè)計、釉面處理、品牌文化上提升產(chǎn)品檔次，從技術(shù)創(chuàng)新和企業(yè)精細管理上展開正面有序地競爭。促進陶瓷行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展，提高經(jīng)濟效益，增強國際競爭力。