陶瓷薄板優質粉料制備工藝

王銀川

摘 要：本文概述了陶瓷薄板用優質粉料的工藝性能、制備優質粉料的工藝條件、原料球磨、料漿處理，以及制備優質粉料的設備-噴霧干燥塔的控制等工藝技術，從而獲得生產陶瓷薄板使用的優質粉料。

關鍵字：陶瓷薄板；粉料；制備

1 前言

目前，陶瓷薄板生產線正在各陶瓷產區悄然興起。生產管理控制中，優質粉料的制備對陶瓷薄板的成型、燒成具有關鍵性的意義。日常管理中，生產管理者往往忽視了對粉料優良性能的要求，而只著重于窯爐和壓機方面的調試。

2 陶瓷薄板優質粉料的工藝性能

2.1 顆粒級配

顆粒級配及顆粒的大小，通常用其線性尺寸-粒徑來描述。如果顆粒尺寸較大，雖然流動性較好，但壓制成型的坯體比較粗糙；顆粒尺寸小的粉料壓制成型的產品磚坯表面細膩、質感好，但較小的細微粉料容易填塞排氣通道，造成排氣困難，極易產生壓制裂紋等缺陷。同時，由顆粒堆積緊密性原理可知，利用同一規格尺寸的顆粒緊密堆積時，其孔隙率高達45%；而利用50%的粗顆粒，10%的中顆粒，40%的細顆粒緊密堆積時，其孔隙率可降至22%以下，可見，利用顆粒粒度更多的顆粒級配堆積時，其孔隙率更低，磚坯的致密度更高，坯體的機械強度更好，燒制后磚坯表面光潔度更高。顯然，微粉拋光磚的生產面料配比一般在30～35%，良好地體現了粉料多級配的顆粒緊密堆積的基本原理。

2.2粉料的含水率

陶瓷粉料的含水率在很大程度上影響了顆粒的結合強度及壓機模具的粘模等。粉料含水率較低時，有利于延緩粘模時間，但水分較低時顆粒的結合強度較差，這就需要在漿料中加入適量的結合劑來提高粉料的結合能力。

2.3粉料的容重

粉料的容重是指粉料在重力作用下填滿單位體積容積時所具有的質量，它主要取決于泥漿的含水率、黏度、配方及泥漿的霧化壓力等參數。粉料容重越大，其顆粒堆積的越緊密，坯體機械強度越高；反之，粉料容重低時，顆粒堆積不緊密，坯體機械強度低。

2.4粉料的流動性

粉料的流動性的檢測，通常是讓一定量的粉料通過標準漏斗（出料口內徑一般為5 mm），粉料經過漏斗出料口的時間，即可確定粉料的流動性。

2.5粉料的顆粒硬度和壓縮比

粉料具有一定的硬度有利于粉料的輸送和填料，硬度較差的粉料易碎，影響顆粒級配。粉料的壓縮比是填料模腔體積與所得坯體的體積之比，當前粉料的壓縮比通常為2～2.5。

3 優質粉料的制備工藝條件

3.1穩定的瓷質磚坯體配方結構

3.1.1陶瓷的主要構成原料、作用及化學成分

陶瓷是由天然礦物，如粘土、瘠性原料（如：石英）、溶劑原料（如：長石），以及少量的化工料按適當的比例，經粉碎、成型、并在高溫燒成的情況下，經一系列的物理化學反應，所形成的堅硬制品。粘土作為可塑原料，起粘結成型作用；石英作為瘠性原料，起骨架的作用；長石作為熔劑原料，起助熔作用。主要化學成分：氧化鉀（K2O）、氧化鈉（Na2O）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化硅（SiO2）、氧化鋁（AL2O3）、氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈦（Ti2O）等。跟地球的表層結構成分相似。地殼的八大主要成分：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg ，這8種元素占地殼總量的97.7%。

3.1.2石英

石英（SiO2）是陶瓷坯釉中的主要化學成分之一，石英是一中瘠性物料（類似河沙）。石英的作用有：（1）在坯體種降低干燥收縮；（2）一部分石英溶解在長石玻璃中，而未熔的殘留石英顆粒，則構成瓷坯骨架，防止軟化變形；（3）石英在高溫下的晶型轉化產生膨脹可以部分的抵消坯體收縮產生的負面影響；（4）在釉料中為生成玻璃的主要成分。

石英的理化性質如下：（1）成分：主要為SiO2，含極少量的雜質如：Fe2O3、CaO、MgO、 Al2O3等；（2）外觀：呈乳白色、白色、灰色、半透明、斷面玻璃光澤或脂肪光澤，莫氏硬度7；（3）多種結晶形態和玻璃態，加熱過程中的多晶轉化特性。573℃時，在轉化過程中有0.82%的體積變形，屬高低溫型快速轉化，雖轉化體積變化小，但速度快，升溫或冷卻控制不當將導致產品開裂，所以要引起高度重視。

配方中可單獨加石英，也可不加，因為其它原料中含大量的石英成分，此次配方中未單獨加入石英。

3.1.3 長石

長石是一種溶劑原料，主要引入堿金屬氧化物，如：K2O 、Na2O。

長石的作用有：（1）有助于降低燒成溫度和加快成瓷反應的進行，使坯體逐漸致密。因坯體中石英、粘土都有很高的熔點，而長石在1100～1200℃熔融形成長石熔體。在高溫下能溶解部分高嶺石分解物和石英顆粒，加快成瓷；（2）有助于莫來石晶體的發育和改善瓷坯的機械性能（抗折度）；（3）高溫下長石具有一定的粘度（特別是鉀長石）能防止高溫變形；（4）熔體冷卻后形成的玻璃相能提高制品的透光性；（5）在坯料中也是一種瘠化劑，可降低坯體干燥變形和縮短干燥時間。

長石的理化性質如下：（1）成分：長石的主要化學成分是：SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO，雜質含量少，其中以Fe2O3最為有害；（2）熔融性：作為溶劑，熔融特性最為重要。理論上：鉀長石的熔融溫度為1190℃、鈉長石為1100℃，因含有CaO、MgO、Fe2O3和少量石英、云母等雜質，所以長石能在一定溫度下軟化，變成長石玻璃。鉀長石在1150℃左右開始熔融，生產白榴子石（K2O·Al2O3·4SiO2）和硅酸玻璃，1530℃全部變成液相。可見熔融范圍寬；鈣長石在1550℃熔融范圍窄，一般由于釉、玻璃；鋇長石在1715℃熔融建陶不采用，鋇長石一般用于玻璃、特種陶瓷。（3）長石熔體的粘度隨溫度的變化性：高溫下鉀長石融化慢，粘度較大。隨著溫度提高，粘度變化緩慢； 鈉長石熔融物融化快，粘度小，隨著溫度提高粘度降低很快，同時鈉長石熔體對粘土和石英顆粒的溶解作用比鉀長石要大。

3.1.4粘土

粘土是一種含水鋁硅酸鹽礦物，是地殼中最廣的成分之一，粘土已在陶瓷、造紙、橡膠工業中被廣泛應用。

粘土的作用有：（1）有利于坯體成形。陶瓷坯料一般采用粘土、石英和長石等基本原料配制而成。其中石英、長石均是瘠性原料，本身缺乏可塑性，更無結合能力，因此必須依靠粘土原料特有的可塑性能、結合性能以及泥漿的懸浮穩定性能獲取所需的成形性能，以便使陶瓷坯體得以成形；（2）使半成品具有一定干燥強度。成型后的半成品經干燥后，由于粘土原料的結合，使半成品具有一定的干燥強度，從而保證坯體在修粘、施釉、搬運及裝缽各道工序中不致引起破損。（3）構成瓷坯骨架。在燒成過程中，粘土經過一系列物理化學反應將轉化為莫來石晶相而成為瓷坯的主要骨架，莫來石晶體的骨架作用，不僅有效地增加了制品抵抗燒成變形能力，拓寬燒成范圍，而且使燒成后的制品具有較高的機械強度與良好的熱穩定性及化學穩定性。

粘土的性質及工藝性能：（1）粘土具有3種性質、即可塑性、灼燒后的固結性及微細的顆粒。粘土是各種顆粒微細的礦物組成的混合體，它在與水調和后，可塑成各種形狀，干燥后保持塑成的形狀，經煅燒至適當的溫度仍不失厚狀，且變得巖石般堅硬；（2）粘土的工藝性能：可塑性、結合性、收縮性、燒結性、耐火度、燒后色澤。

可塑性：是粘土原料的重要工藝性能，含適量水份的粘土團，在一定外力作用下產生形變而不開裂，除去外力仍保持其形變的性能稱為可塑性。可塑性與粘土的類型、顆粒大小和形狀，粘土膠粒吸附粒子、分散介子相關。

結合性：粘土的結合性是粘土粘結一定細度的瘠性物料形成可塑泥團，并有一定干燥強度的性能。通常粘土的可塑性愈強，結合性也愈好，在粘土能夠形成可塑泥團的前提下，摻入標準的最高量來表示結合性的大小。

收縮性：粘土原料的收縮包括干燥收縮、燒成收縮和總收縮。干燥收縮是粘土干燥至恒重，由于氣孔中和水化膜中的水分排除，空隙減小，顆粒間距離縮短而產生的長度或體積的縮小。燒成收縮是在高溫下經燒成，由于結晶水排除，粘土中產生的液相填充空隙，顆粒由于表面張力的作用而靠攏，或形成新的結晶相所引起的長度或體積的縮小。總收縮則是試樣干燥前至燒成后總的尺寸變化。

收縮率計算公式： S=（L1-L2）∕L1×100﹪

S—收縮率

L1—干燥前或燒前的尺寸

L2—干燥后或燒后的尺寸

燒結性：粘土是由多種礦物組成，它沒有固定的熔點。而是在相當大的范圍內逐漸軟化。

粘土被加熱到一定穩定（800℃）階段，便開始劇烈收縮，隨著溫度升高，氣孔率不斷下降，密度不斷提高，收縮逐步加劇，當溫度升高到一定溫度時，氣孔率下降至最低值，密度和收縮率達到最大值，呈現燒結狀態，該狀態稱為燒結。當溫度繼續升高至一定值時，由于液相增加，氣孔率又增加，密度下降。燒結性包括燒結溫度和燒結范圍，這兩項參數取決于原料的化學組成和礦物組成。

燒后色澤：作為建陶產品對粘土的燒后顏色要求是要白度高，白度與礦物成分、鐵質等因素有很大關系。

3.1.5 其它原料

滑石：是一種層狀結構的硅酸鹽，與蒙脫石、葉臘石結構類似。滑石是一種含水硅酸鎂，化學式為3MgO·4SiO2·2H2O，理論上含MgO：31.7%，通常為29%左右。

滑石沒有粘土的特性，比較柔軟，具有細膩感。我們常用的滑石為黑滑石和燒滑石。滑石對增加坯釉白度、增寬燒成范圍、降低坯體溫度起到很好的作用。

3.1.6陶瓷添加劑

減水劑：也叫稀釋劑或解膠劑，實際上是一種電解質。電解質之所以能產生稀釋作用，在于它能該邊泥漿中粘土粒子膠團的雙電層厚度和∈電位。

（1）稀釋劑中的電解質

a具有水化能力大的一價陽離子，如Na+。

b能直接離解或水解而提供足夠的OH-，使分散系統呈堿性。

c它的陰離子能與粘土中有害離子形成難溶的鹽類或穩定的絡合物。

（2）常用稀釋劑分為無機電解質類和有機鹽類

a無極電解質類主要有：水玻璃、碳酸鈉（Na2CO3）、磷酸鈉（NaPO3）、氫氧化鈉（NaOH）等。

b有機鹽類如：腐植酸鈉（RCOO-Na）

（3）檢測減水劑主要檢測它的解膠性能，通過對比試驗檢測

增強劑：增加坯體的干燥強度，是一種臨時粘合劑。增強劑實質也是一種聚合電解質。

4 穩定的漿料性能要求

4.1配料的準確性

上料地磅（10～30 T）應精確到±20 ㎏，皮帶稱精確到 ±0.1 ㎏，加水用表精確到0.1 m3，添加劑精確到±0.25 ㎏；

上料程序：看似小事，實際上關系到配方的準確性和工藝操作的可行性。基本順序：先上部份砂質料，有利于皮帶運輸，量少的料或易揚塵的料夾在中間。

4.2球磨

坯體的細度對產品的燒成有很大影響，如果細度波動大，就會導致產品燒成時收縮不等，同一批產品有不同的尺寸及平整度，為穩定坯料細度，必須嚴格控制球磨機中未充填空間高度、球磨機轉速、球磨時間，及時補充球磨介質。

領取球磨入料單后球磨工應掌握各種原料及化工料的用途對生產工藝標準要求有很大幫助；入料前，首先要檢查各種機器設備是否是正常運轉，如有異常，應及時修理；在入料過程中，大塊的泥團必須切細，發現有雜物，及時清除。加球石時，一定要把球石清洗干凈，球磨機的球石級配和添加，對配方的影響很大。因此，每入完一球料后，必須把散落在地的泥沙及時清回該球，避免影響漿料質量；原料全部入球后，要停止送料，進行擺球使料落入球內，擺球時，要注意安全；坯料的細度對產品的燒成有很大的影響，如果細度波動大，就會導致產品燒成收縮不等，同一批產品有不同的尺寸，為穩定坯料細度，必須控制球磨機的未填空間高度，球磨機的轉速，球磨時間，及時補充球磨介質，所以，當所用原料硬度變化時，必須調整球磨時間；要按照配方單的要求準確放入輔料，放化工料時，一定要準確過磅，必須嚴格要求，加水時，要按照水池規定的刻度衡量加水重量，要按工藝參數控制好漿料的比重及流速；加球石時，60 T球磨機空球的高度不能超2.2～2.3 m以防造成加磨球磨效率低，球磨時間長。一般情況下，陶瓷薄板漿料球磨時間為11～15 h，不能少于11 h，有的企業為降低生產成本，將球磨時間降到10 h以內的做法是錯誤的，該漿料對后期燒成波動影響很大。

4.3 漿料的處理

球磨的出漿到漿池陳腐，必須進行過篩，除鐵，濾去粗料和雜質，使漿料含鐵量低于0.3%。原則上必須先過篩，除去漿料中的粗大顆粒，樹根、腐植物及其它雜質等，再進行漿料除鐵，增強度良好的效果。漿料過篩除鐵必須經過三級以上控制工藝，即球磨機至放漿池為第一級，放漿至儲漿池為二級，儲漿池至噴霧塔中轉缸為三級過篩除鐵。

過篩工藝控制：放漿12～20目篩網；過篩除鐵：80～100目篩網；中轉缸，面料100目。

漿池的體積應可存放一天以上的產量，漿池體積越大，越能達到均化的目的，但要保證攪拌均勻，泥漿除了在攪拌葉的作用下旋轉外，還必須上下回流交換，撞擊，以避免泥漿分層開成攪拌不到的死角而總成沉淀，引起不均勻分布。一般泥漿儲存時間不宜太久，以不超過3日為宜，時間過久造成色差。

陶瓷薄板優質漿料工藝性能：漿料細度（250目篩余）0.8～1.2 g；漿料流速：28～45 s；漿料水分：32.5～35.5%；漿料比重：1.690～1.730；漿料濃度：58～63波美度；懸浮性：存漿3日無沉淀、無分層、無觸變。

5 優質粉料制備的主要設備-噴霧干燥塔

5.1噴霧干燥塔工作原理

采用中壓泵將泥漿壓送至供漿管路，供漿管路的過濾裝置過濾掉泥漿里的雜質，然后經過過濾的泥漿通過供漿管到達塔內噴槍裝置，通過安裝在塔內噴槍裝置里的噴嘴將泥漿霧化，經霧化的泥漿變為具有較大表面積霧滴；同時排風機吸入的空氣經熱風爐加溫成熱空氣，產生的熱空氣經塔頂的熱空氣分配器均勻排入塔內，泥漿霧滴在很短的時間內，經塔內熱風干燥成近似球形的顆粒，顆粒落在干燥塔底部，經粉料放料閥放出。帶有微粉的廢氣通過布袋除塵器分離出來，廢氣除塵的廢氣凈化后，通過煙囪排入大氣。本系統利用熱空氣對泥漿噴干造粒，由于是連續工作過程，生產的粉料含水率穩定，流動性好，特別適宜以陶瓷薄板的粉料制備，工作原理見圖1。

5.2 噴霧干燥控制參數

已制備好的漿料需經噴霧干燥塔燒制成含一定水份的顆粒狀粉料，以供壓磚機壓制成坯。噴霧干燥主要控制以下幾個參數，泥漿濃度，進熱風溫度，排風溫度，塔內負壓，坯粉含水量。

（1）泥漿濃度，對坯粉的容重量和顆粒度有很大影響。泥漿濃度提高，坯粉的容重也更大，同時泥漿粘度增大，霧化效果下降，霧滴變粗，顆粒增大，在其它條件不變的情況下，泥漿濃度提高單位重量的坯粉能耗下降。

（2）排風溫度是一個主要參數，在其它條件不變時，排風溫度能反映粉料的干濕度，熱風溫度的下降與上升影響粉料水份的增加與減少，熱風爐溫度過高或過低，其坯粉就過干或過濕。一般通過調節混漿流量或燃油供給量來保持熱風溫度不變，使坯粉含水率恒定。

（3）塔內負壓在操作中應控制得當，開大排風閘板及關小配風閘板可升高塔內負壓，塔內負壓小時出現出現供熱風不足，干燥塔水蒸氣排不走，粉料較濕，易出現粘壁，并造成過篩困難，產量也低；塔內負壓過高，熱風爐火焰斷火，爐溫不易保持穩定。

（4）噴霧干燥塔的噴槍數量根據所要求的產量、坯粉含率、顆粒級配來定，在噴槍的噴嘴中，泥漿高速旋形成霧滴，均勻地以錐體狀散開，決定噴嘴霧化的主要因素是旋片結構，噴嘴孔的磨損程度，泥漿的濃度和粘度，增加泥漿粘度或濃度，噴霧錐角變小，粒度變粗，噴嘴孔徑變大也會使粒度變粗；增加泥漿粘度或濃度，噴霧錐角變小，粒度變粗，噴嘴孔徑變大也會使粒度變粗；增加泥漿壓力，噴霧錐角變大，粒度變細。

6 結論

（1）在漿料中加入適量的結合劑可提高粉料的結合能力。

（2）當所用原料硬度變化時，必須調整球磨時間，一般情況下，陶瓷薄板漿料球磨時間為11～15 h，不能少于11 h。

（3）陶瓷薄板優質漿料的要求為：漿料細度（250目篩余）0.8～1.2 g；漿料流速：28～45 s；漿料水分：32.5～35.5%；漿料比重：1.690～1.730；漿料濃度：58～63波美度；懸浮性：存漿3日無沉淀、無分層、無觸變。

（4）噴霧干燥主要控制以下幾個參數：泥漿濃度，進熱風溫度，排風溫度，塔內負壓，坯粉含水量。