水洗瓷土生產中的兩種破碎方法＊

岳邦仁 陳維堯 徐熙武 唐海波 曠永繼 廖 恩

（1 福建科福材料有限公司 福建 永春 362600）（2 中國建筑衛生陶瓷協會 北京 100831）（3 九牧廚衛股份有限公司 福建 南安 362300）

1 概述

介福瓷土（簡稱介福土）位于福建省泉州市永春縣介福鄉，礦區處于亞熱帶，礦區海拔高度為600～700 m，由若干連續的山丘組成。我們對礦區部分地區進行了詳細的地質勘探工作，地質勘探階段稱之為高嶺土礦。勘探結果表明，該礦為風化殘余型礦，按成礦原巖不同可分為花崗斑巖殘余型和火山碎屑巖風化殘余型2種類型礦體。其礦物主要成分為高嶺石、伊利石和石英，次要成分為鉀長石。平均化學成分（質量%）為：SiO2：71～76，Al2O3：14～18，Fe2O3：1～1.5，TiO2：≤0.5，CaO＋MgO：≤0.5，K2O：2.3～3.3，Na2O：≤0.2，燒失：3～5。

礦區的局部勘探儲量為1021.5萬t，整個礦區遠景儲量達6000萬t。由于礦體鐵含量較高，一般達1%～1.5%，在日用陶瓷生產中沒有較大的使用價值，長期以來只有零星開采，礦區基本保持完整。

由于介福土含鋁量較低，因此需要進行水洗選礦加工，以提高其含鋁量，同時提高了其抗折強度和可塑性，產品稱為水洗瓷土，成為生產衛生陶瓷、電瓷等的優質原料。

水洗瓷土加工工藝流程如下：

原料破碎的傳統方法是以水流為動力的水錐破碎或以電力為動力的電錐破碎方法。福建科福材料有限公司也自主研究開發出一種新的破碎方法。

下面對傳統的電錐破碎方法和新的破碎方法進行論述并加以比較。

2 電錐破碎方法

圖1 單一錐頭設計示意圖

原料傳統的破碎發方法有水錐破碎方法和電錐破碎方法。

2.1 水錐破碎方法

水錐破碎方法是利用流水的動力推動水輪轉動，由水輪的軸將動力傳給上下運動的錐頭，從而對原料進行破碎。由于流水的量隨天氣、季節有很大的變化，流水的動力也不可能帶動很多的錐頭，因此，水錐破碎方法已不多見。

2.2 電錐破碎方法

電錐破碎方法是將電機的機械能轉化成電錐重力勢能，再通過電錐頭的下落產生的沖擊力對原料進行粉碎的過程。單一錐頭設計示意圖如圖1所示。

一組電錐由電機、動力傳動軸、錐桿及錐臼4部分組成。由電機提供能量，由動力傳動軸將能量錯位地傳給每個錐桿，錐桿升起后再降落，其產生的沖擊力對原料進行破碎。為了使其錐臼里面的原料都能得到錐桿的撞擊且破碎，將錐臼底部及邊緣都設計成弧形過渡，錐桿對錐臼的撞擊產生一個垂直于錐臼弧壁的力，其分解成豎直方向及水平方向的力。豎直方向的力對原料進行撞擊破碎，水平方向的力對原料進行翻轉，同時使錐臼中的原料受到水平方向的碾搓。原料在錐臼中的翻轉示意圖如圖2所示。

電錐的工藝參數如表1所示。

表1 電錐工藝參數

破碎時，原料受錐打的厚度為10cm左右，通過計算，原料在一個破碎周期中受到300次左右的錐打。

依據傳統的生產經驗，26個錐頭組成一組，由一個7.5kW的電機通過傳動軸提供錐打動力，其示意圖如圖3所示。

圖2 原料翻轉示意圖

圖3 單排電錐

3 新破碎方法（破碎機組方法）

傳統電錐式破碎方法存在生產效率低、占地面積大、人工費用高等缺點，尤其在大生產時（如年產10萬t水洗瓷土）給企業生產造成很大的困擾。

福建科福材料有限公司自主研究開發出新的破碎方法，其將電錐破碎方法由單機破碎改成破碎機組進行破碎。新方法的破碎機組由2臺籠式破碎機及2臺四輪對輥機組成。

1）籠式破碎機（見圖4）。籠式破碎機是利用固定的擊棍與懸浮狀態的物料撞擊使原料粉碎的，其具有結構簡單、破碎粒度細、破碎比大等優點，它適用于干、濕2種破碎。采用籠式破碎機對中低硬度的瓷土進行破碎，其生產效率高、壽命長、回料量低、維修次數少、運轉安全可靠。工作時，大轉子、小轉子在各自驅動裝置的驅動下，以相反方向高速旋轉，被粉碎的原料從機殼上方的進料槽連續不斷地進入籠內，在下落時與高速旋轉的轉子上的擊棍相互撞擊，原料被打散粉碎，粉碎后的原料直接從下方落入輸送帶，再傳送到四輪對輥機（見圖5）。

圖4 籠式破碎機

四輪對輥機（見圖5）：是由2組對輥組成。原土進入兩輥V型破碎腔后，受到兩輥相對旋轉的擠壓力作用，將原土進行擠壓和碾搓后進入下一組對輥，再次對原土進行擠壓和碾搓。第一組對輥間隙為2～3 mm，第二組對輥間隙為1～2mm。

圖5 四輪對輥機

4 2種破碎方法對比

4.1 生產效率及占地面積對比

根據現場生產數據，測算出2種破碎方法的效率，其生產效率對比見表2。

表2 破碎工序生產效率對比

表2數據表明，電錐破碎方法淘洗率較破碎機組淘洗率高5%，單位破碎能耗高3.68kW·h／t，單位面積生產效率約為破碎機組的10%，人工生產效率破碎機組為電錐的5.4倍。

4.2 水洗瓷土性能對比

4.2.1 水洗瓷土粒度對比（見表3）

電錐破碎方法的水洗瓷土粒度略小，其平均粒徑10.17μm，比破碎機組料的粒度小0.59μm。

表3 水洗瓷土粒度對比

4.2.2 水洗瓷土化學成分對比（見表4）

表4 水洗瓷土化學成分對比（質量%）

由表4可知，2種破碎方法生產出的水洗瓷土的化學成分基本相同。

4.2.3 水洗瓷土干燥強度與可塑性

1）干燥強度。電錐破碎方法的水洗瓷土的干燥強度為2.5～3.0MPa；破碎機組方法的水洗瓷土干燥強度為1.8～2.3MPa。

2）可塑性。電錐破碎方法的水洗瓷土的可塑性較高。

電錐破碎方法的水洗瓷土的干燥強度與可塑性均高于破碎機組方法。

5 結論

1）由于電錐破碎方法生產占地面積大，其各工序多為人工作業，用人多，勞動強度高，適用于小批量（月產量＜1000t）生產。

2）破碎機組方法可通過調整機臺型號匹配出相應產量的流水線式生產，占地面積小，用人少，勞動強度低，適用于大批量生產。

3）2種破碎方法生產的水洗瓷土的化學成分基本相同。

4）2種破碎方法生產的水洗瓷土的粒度略有差別，在生產應用中這個差別可以忽略。

5）電錐破碎方法生產的水洗瓷土的干燥強度和可塑性明顯高于破碎機組方法生產的水洗瓷土。筆者認為，由于電錐破碎方法要對原料進行約300次的錐打碾搓，在碾搓過程中提高了水洗瓷土的干燥強度和可塑性。破碎機組方法雖然也通過對輥對原料進行了碾搓，但是由于碾搓次數少，因此這種方法生產的水洗瓷土的干燥強度和可塑性較低。從中還可以看出，電錐破碎方法中最有價值的是對原料進行數百次的碾搓，從而明顯提高了水洗瓷土的干燥強度和可塑性。

6）目前我國衛生陶瓷行業每年消耗礦物原料約500萬t，電瓷行業消耗原料約100萬t，其中粘土消耗約占40%，這是水洗瓷土的潛在市場。大型原料加工廠的建立是原料生產加工發展的必然趨勢，傳統電錐破碎工藝方式因占地面積大及生產效率低而限制了其產能的提升；破碎機組方式克服了這些缺點。今后在成品的抗折強度性能方面通過進一步研究如能使其性能得到進一步提高，破碎機組方式是一種完全可行的破碎方法。

1祝桂洪，李萍.景德鎮瓷石采用水碓舂碎淘洗制不工藝研究.景德鎮陶瓷，1987（1）：513～518

2 岳邦仁，陳維堯，徐熙武，等.低質原料介福飛天龍瓷土的開發利用.全國性科技核心期刊——陶瓷，2013（增刊）：16～19