鎂質粘土解膠實驗研究＊

胡 飛 熊 偉

（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）

前言

含鎂粘土是一種天然礦物原料，因其MgO質量分數高達20%左右，又具有良好的粘結性、可塑性、吸附性等粘土特性［1～2］，又稱之為鎂質粘土、白土［3］。滑石是一種含水層狀硅酸鎂礦物，屬單斜晶系，呈片狀或粒狀。化學式為3MgO·4SiO2·H2O。理論化學組成（質量%）為 MgO 31.9、SiO263.4、H2O 4.7。常與透閃石（2CaO·8SiO2·5MgO·H2O）、綠泥石（9MgO·3Al2O3·5SiO2·8H2O）、蛇紋石（3MgO·2SiO2·2H2O）、白云石等礦物共生。江西境內含鎂粘土資源豐富，由滑石粘土燒制的釉面磚技術成熟，用滑石粘土和一定量的高嶺土及其他原料制作釉面磚，能較好地和一般乳濁釉相匹配，坯體具有較寬的燒成范圍，制品白度高、強度好、耐急冷急熱性能優良，具有較好的外觀和質量。

滑石原料具有以下優點：①硬度低，極易粉碎，加工效率高，坯體干燥及燒成后的收縮率接近于零；②成形性能好，厚度可以減薄，質量較輕，有利于高層建筑使用；③燒成溫度低，燒成周期短，節能效果明顯［4］。但是鎂質泥在球磨過程中難以解膠，從而增加了泥漿含水率，建筑陶瓷行業中80%以上的能耗來自于干燥和燒成［5］。因此，泥漿中的水分含量在滿足工藝要求的前提下越少越好。陶瓷工業中通常使用陶瓷減水劑，能在泥漿釉料含水率低的同時具有良好流動性和穩定性［6］。筆者通過實驗加入無機減水劑、有機減水劑、聚合減水劑以及復合減水劑對鎂質粘土進行解膠，并討論減水劑的作用機理。

1 實驗

稱量200g物料，加入一定量的水和減水劑，球磨5～10min。選用無機減水劑（如偏硅酸鈉、三聚磷酸鈉）、有機減水劑（如腐植酸鈉）、聚合減水劑（如pc－67、TH908、TH904、GYNL、PAAS）等。減水效果的表示方法為：

1）泥漿的流速（相對粘度）B的計算公式為：

式中：C——100ml的漿液完全從涂－4杯中流出來所用的時間；

W——100ml的水完全從涂－4杯中流出來所用的時間。

2）泥漿的觸變性是以稠化度與厚化度表示，它等于泥漿在涂－4杯中靜置30min后完全流出的時間與靜置30s后流出的時間的比值。

3）含水率的測定。稱取一定量泥漿 W1，放入烘箱中干燥，烘箱溫度為105℃左右，烘干至恒重，將干燥后的泥料稱重W2，其含水量的計算公式為：

4）篩余量的測定。稱取一定量泥漿 W4，放入250目篩中，加水使細顆粒過篩，留在篩中的顆粒干燥后稱重W5，篩余量S的計算公式為：

2 結果與討論

2.1 黑滑石的解膠

表1為無機減水劑對黑滑石的解膠作用。從表1可以看出，沒有加入減水劑的黑滑石，其流動性非常差，含水率為60%。加入三聚磷酸鈉和腐植酸鈉對黑滑石的解膠作用很小，偏硅酸鈉可以增加黑滑石的流動性。當加入0.75g九水偏硅酸鈉時，含水率達42.8%，流速為27s；當加入0.75g七水偏硅酸鈉時，含水率不變，流速降至21s；當加入0.75g五水偏硅酸鈉時，含水率降為33.3%，，流速為15.27s，說明五水偏硅酸鈉對黑滑石有較好的解膠作用。

表1 無機減水劑對黑滑石的解膠作用

2.2 鎂質泥的解膠

實驗中采用建山鎂質泥進行研究，建山鎂質泥的成分如表2所示。其中MgO含量為22.25%，Al2O3含量較少。

針對此種泥料解膠，考察無機減水劑的解膠效果，無機減水劑的添加量是建筑陶瓷行業常規加入量，解膠結果如表3所示。

研究結果表明，加入三聚磷酸鈉得到的泥漿有1／2滯留，泥漿篩余量為7.9%。偏硅酸鈉對鎂質泥的解膠作用較好，其解膠效果為：五水偏硅酸鈉＞七水偏硅酸鈉＞九水偏硅酸鈉。五水偏硅酸鈉的添加可以使泥漿開始流動；隨著五水偏硅酸鈉的加入量的逐漸增加，泥漿的流動性越好；球磨時間越長，其流動性越差。這說明鎂質泥具有粘土的特性，而鎂質泥的粉碎性較好，因此可以根據廠家篩余量的要求適當減少球磨時間。無機減水劑對于建山鎂質泥的最佳選擇是使用0.5g五水偏硅酸鈉，球磨7min。

表2 建山鎂質泥的成分（質量%）

表3 無機減水劑對于建山鎂質泥的解膠結果

無機減水劑的解膠作用機理主要是通過鈉離子對高價鎂離子的置換，使離子的水化膜減少，釋放多余的水分子，并且通過靜電斥力效應達到減水效果。無機減水劑的離子絡合作用不如有機減水劑的效果明顯。因此，無機減水劑對于層間片狀結構且含大量高價陽離子的鎂質泥的解膠效果并不突出，實驗中采用有機減水劑、聚合減水劑以及表面活性劑進行解膠實驗，結果如表4所示。

從表4可以看出，腐植酸鈉對于鎂質泥幾乎沒有解膠作用；表面活性劑十二烷基磺酸鈉對鎂質泥沒有解膠效果，反而產生大量泡沫，不利于解膠。水處理用表面活性劑TH－908對泥漿的解膠有效果，但是解膠效果差于TH－904的，當表面活性劑TH－904添加量為0.75%時，其解膠效果接近pc－67的結果。PAAS和GYLA對鎂質泥的解膠效果都不佳。pc－67對鎂質泥解膠效果比無機減水劑好，能夠使泥漿流速達到90s，泥漿篩余量為1.8%，泥漿的含水率達39.25%。

相比較，有機減水劑的解膠效果比無機減水劑的效果要好，這是由于鎂質泥中含有較多的 Mg2＋。但是電解質對Mg2＋對鎂質泥的交換量還不夠，而聚合有機物可以通過空間位阻效應隔離泥土膠粒，其表面活性作用還有助于泥土膠粒表面降低能量，并與Mg2＋離子絡合，可增加膠粒之間流動性。因此，對于鎂質粘土的解膠，需要無機減水劑和有機減水劑配合使用。

表4 有機及聚合減水劑對鎂質泥的解膠作用

續表4

復合減水劑對于鎂質泥的解膠作用如表5所示。從表5可以看出，五水偏硅酸鈉與腐植酸鈉的復配效果較差；五水偏硅酸鈉與三聚磷酸鈉的復配效果較好，流速可以降至36.72s；五水偏硅酸鈉與pc－67的復配效果較好，流速可以降低至26.85s；五水偏硅酸鈉與TH904的復配也可以使流速降低至31.52s；而五水偏硅酸鈉與GYLN的復配效果最好，可以達到19.97s。這說明，無機減水劑和聚合減水劑復配，可以同時利用無機減水劑的靜電斥力作用和聚合減水劑的空間位阻和表面活性作用，以提高減水效率。但是減水劑的復配作用相當復雜，有待于進一步地了解粘土－水系統以及減水劑－膠體系統之間的作用。

表5 復合減水劑對鎂質泥的解膠作用

3 結語

通過對鎂質粘土進行解膠實驗，對無機減水劑、有機減水劑、聚合減水劑以及復合減水劑對鎂質粘土的解膠作用，了解不同減水劑對鎂質粘土的解膠作用。我們發現，無機減水劑不能很好地對鎂質粘土進行解膠，五水偏硅酸鈉的作用較為明顯；有機及聚合減水劑的解膠效果比無機減水劑要強，其中表面活性劑TH－904和聚合減水劑pc－67作用相似，可以使鎂質粘土含水率減少至40%以下；復合減水劑特別是無機加聚合減水劑的復合配方效果明顯，其中以0.75g五水偏硅酸鈉和0.75g GYLN的復合配方最好，流速可以達到19.97s。

1 余志偉，周卸妹，王霞，等.含鎂黏土抗菌材料研究.非金屬礦，2003，26（2）：28～30

2 章人駿.含鎂粘土在耐火材料工業應用的初步探索.地球學報，1998，19（1）：77～83

3 方鄴森，顧炳偉.江西、湖南兩省滑石黏土的性能及其在陶瓷工業中的應用.硅酸鹽通報，1991，12（1）：33～39

4 高懷義.滑石白云母片巖和白云母斜長石片巖用做建筑陶瓷的可行性研究.建材地質，1991（3）：31～34

5 計紅果，蔣冰艷.陶瓷減水劑的研究進展.廣州化學，2009，3（4）：51～54

6 俞康泰.陶瓷添加劑應用技術.北京：化學工業出版社，2006