甘肅某地區陶瓷原料的成分分析與評價

王傳勝 王美蘭 李建彬

摘 要 陶瓷原料質量好壞在整個陶瓷生產工藝流程中起著至關重要的作用，因為原料質量的穩定既是整個生產工藝參數穩定的前提條件，也是產品的質量乃至整個生產線平衡且穩定的重要因素，所以陶瓷原料的化學成分、礦物組成以及工藝性能都需要進行全方面分析，并對其綜合評價。本實驗對甘肅某地區的陶瓷原料高嶺石礦物進行全方面的化學組成分析，并通過對其工藝性能的探究進行綜合評估，實驗結果表明該原料品質較好，適用于陶瓷生產。

關鍵詞 陶瓷原料高嶺石；化學成分分析；工藝性能；綜合評估

0 前 言

本實驗是對甘肅某地區的陶瓷原料進行成分分析和評價，化學組成分析表明該地區高嶺石陶瓷原料品質較好，接近高嶺石的理論組成且雜質含量少，有害物質Fe2O3含量也較低。工藝性能實驗表明該高嶺陶瓷原料礦物的可塑性較好，干燥收縮大，干燥強度一般，這是因為其含有六方管狀的多水高嶺石，可滿足陶瓷生產的要求；該高嶺土礦物中Al2O3的含量較高，因此耐火度很高，另外，由于它的K2O和Na2O含量較低，是制作低膨脹耐熱陶瓷的優質原料；實驗數據表明在1 300℃的燒成溫度下，試樣的體積密度為2.52g/cm3，吸水率為7.56%，收縮率達到22.32%，氣孔率為5.02%。在1 280 ℃的溫度下，白度達到81.23 %。

綜合以上實驗結果可以得出，該地區的高嶺土礦物成分組成較好，含鐵、鈦等有害成分很低，工藝性能也不錯。因此，除了能生產一般的建筑陶瓷、衛生陶瓷，可以生產高檔的日用陶瓷、衛生陶瓷、耐熱陶瓷以及蜂窩陶瓷等產品。

1 實驗過程及方法

1.1 陶瓷原料

1.1.1實驗原料

本次實驗所用原料為甘肅某地區的高嶺石，外觀性狀見圖1。

1.1.2實驗原料的處理

首先對所有礦物進行手工粗碎處理，再進行24h的球磨處理，并將球磨、烘干后各原料進行制樣測試。

1.1.3實驗試樣的制備

試樣制備方法如下：

⑴球磨后的粉料預燒800℃，去除含有的有機物；

⑵把預燒好的原料準確稱料；

⑶加入適量解凝劑Na2CO3充分磨勻；

⑷然后用壓機壓制成片（壓力在10MP左右），做好標記，放入烘干箱烘干（溫度為80～110℃）。

1.1.4試樣的燒成

將烘干的試樣放置在電爐的中央位置，分別在所需溫度點下燒成。可快速升溫至最高溫度，達到最高溫度時保溫60min，自然冷卻至室溫。

1.2 分析設備及儀器

本研究采用精密分析天平（準確至0.000 1g）、干燥箱（101-2型）、X射線熒光光譜儀（Axios型）進行成分分析、采用德國BRUKER/AXS公司生產的D8 Advance型X射線衍射儀對樣品進行物相分析、采用德國Netzsch公司的STA449C型綜合熱分析儀進行分析、采用日本電子公司生產的JSM-2010高分辨率透射電子顯微鏡和日本電子公司生產的JSM-35CF型場發射掃描電子顯微鏡對樣品進行顯微結構觀察，采用湘潭湘儀儀器有限公司生產的KS-B微電腦可塑性測定儀對高嶺土礦進行可塑性分析。

2 結果分析與討論

2.1 陶瓷原料的描述

外觀呈軟質-半硬質致密塊狀結合體，主體呈白色、微黃色，中間夾雜有灰、黃、褐等顏色，無光澤，手感細膩，有滑膩感。

2.2 陶瓷原料的組成

經過熒光分析測試，數據見表1。

從表1中可見該原料的SiO2和Al2O3含量接近高嶺石的理論組成，有害組分之一Fe2O3含量較低，可直接用于陶瓷生產，另一種有害組分TiO2的含量未檢測到，但是有微量的P2O5。樣品中的K2O含量很低，可作為低膨脹陶瓷原料使用。SO3的含量也較高，故原料顯微黃色。該原料的燒失量高于純高嶺石的理論含量，表明含有多水高嶺石。

2.3 陶瓷原料的物相分析

通過對比標準XRD圖譜（見圖2），發現在2θ為12.86°、25.08°、38.55°和56.51°處的衍射峰，對應為多水高嶺石。在2θ分別在13.15°、22.97°、25.05°、38.83°、56.61°和63.62°處的衍射峰，對應為高嶺石。在2θ分別在120.05°、35.98°、55.11°和62.81°處的衍射峰，對應為珍珠高嶺石。上述分析表明，該礦物由高嶺石、多水高嶺石和珍珠陶土組成。

2.4 陶瓷原料的差熱、熱重分析

陶瓷原料的差熱和熱重圖像見圖3所示。

由圖3可以看出：①在98.8℃時有一明顯的吸熱峰，同時伴有0.64%左右的失重，這是由粘土礦物中的高嶺石失去吸附水和層間水所致；②在561℃有一個明顯的吸熱峰，同時伴有19.14%左右的失重，這是由于加熱過程中高嶺石和多水高嶺石快速失去結構水，使晶格破壞，高嶺石變成偏高嶺石，600℃后，殘余結構水繼續排除，直至800℃；③加熱到1 000℃，繼續加熱到955.6℃，偏高嶺石轉化為2Al2O3·3SiO2尖晶石而產生的一個放熱峰。

2.5 陶瓷原料的顯微形貌特征

由SEM照片（見圖4）可觀察到大量的片狀或云狀高嶺石晶體，長度在二到五個微米不等。因為設備條件有限，不能進行TEM的測試，故不能進行更詳細的分析。

2.6 陶瓷原料的工藝性能

2.6.1可塑性（見表2）

由表2中數據可見，該高嶺土的可塑度和可塑性指標均良好，這是由于原料含有的主要礦物是片狀結構的高嶺石，從礦物的外觀看，這些高嶺土致密的結合在一起，其中含有一定的膠狀物質，因而高嶺土的可塑性較好。

2.6.2干燥性能

采用可塑成型將泥料壓制成圓餅，在120℃下恒溫干燥后測試其收縮率和干燥強度，測試結果見表3。可以看出：該高嶺土干燥后的強度均高于3MPa，因此，完全可以滿足陶瓷實際生產的需求。

2.6.3燒成性能（見圖5、圖6、圖7）

由圖5和圖6可以看出，隨著溫度的升高，原料高嶺土試樣的尺寸緩慢收縮，逐漸致密化，吸水率明顯降低；溫度高于1 150℃后，高嶺土試樣體積開始劇烈收縮，同時氣孔率則隨著溫度的升高明顯減少；在1 300℃的燒成溫度下，試樣的體積密度為2.52g/cm3，吸水率為7.56%，收縮率達到22.32%，氣孔率為5.02%，該高嶺土的燒結溫度高于1 300℃。

由圖7可以看出，隨著燒成溫度的升高，原料高嶺土試樣的白度基本保持穩定；當燒成溫度升至 800℃，試樣急劇收縮，逐漸致密化，對光的反射能力增強，坯體的白度顯著增加。在1 280℃的溫度下，白度達到81.23%。

3 結 論

本實驗通過對高嶺礦物的成分分析和工藝性能的檢測，得到如下結論：

（1）該陶瓷原料品質較高，有害物質Fe2O3和TiO2的含量均較低，雜質含量少，接近高嶺土的理論組成；物相分析表明構成高嶺土原料的主要礦物為高嶺石和多水高嶺石，差熱-熱重分析結果與高嶺石礦物組成分析結果非常吻合；掃描電鏡分析結果表明，該高嶺土原料含有六方管狀結構的多水高嶺礦物，和大量的片狀或云狀高嶺石晶體，顯微結構分析也與礦物分析結果吻合。

（2）工藝性能分析結果表明該高嶺土礦物的可塑性較好，干燥收縮大，干燥強度一般，這是因為其中均含有六方管狀的多水高嶺石，但可滿足陶瓷生產的要求；該高嶺土礦物中Al2O3的含量較高，因此耐火度較高，另外，由于它們的K2O和Na2O含量均較低，是制作低膨脹耐熱陶瓷的優質原料。

（3）實驗數據表明，在1 300℃的燒成溫度下，試樣的體積密度為2.52g/cm3，吸水率為7.56%，收縮率達到22.32%，氣孔率為5.02%。在1 280℃的溫度下，白度達到81.23%。

（4）綜合實驗結果可以得出：該地區的高嶺土可以生產日用陶瓷、衛生陶瓷、耐熱陶瓷等產品。

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