利用江西當地原料制備仿古磚

江期鳴

（廣東金意陶陶瓷集團有限公司，佛山528000）

關健詞：江西原料；仿古磚；坯體；配方

1 前言

仿古磚一直是瓷磚產品中一類主流品種。它不同于拋光磚和瓷片，仿古磚通過樣式、顏色、圖案仿造以往的樣式做舊，具有仿古效果，或者說它更接近“自然”的狀態，因此，人們稱它為“仿古磚”。除此稱呼外，還有復古磚、古典磚、瓷質釉面磚等。仿古磚通常是指有釉裝飾磚，其坯體以瓷質為主，也有炻瓷、細炻和炻質的，釉是以亞光釉為主，色調則以黑色、白色、灰色、棕色、咖啡色、暗紅色等為主。仿古磚蘊藏的文化、歷史內涵與豐富的裝飾手法，使其成為歐美市場的瓷磚主流產品，其在國內也得到了快速的發展。仿古磚的應用范圍較廣且有墻地一體化的發展趨勢，其創新設計與創新技術賦予仿古磚更高的市場價值與生命力[1]。

但隨著社會經濟及陶瓷行業的快速發展，陶瓷的生產需要消耗大量的能源與泥、砂、石等不可再生的礦物資源，尤其對于建筑衛生陶瓷，陶瓷礦產資源需求巨大且浪費嚴重，造成許多優質陶瓷原料資源瀕臨枯竭，原料價格快速上漲[2]。這些因素限制了瓷磚的產品質量得不到提升。

本研究旨在選擇江西原料為坯用原料，同時利用陶瓷廢料，在降低生產成本的同時，優化生產工藝過程，提高瓷磚質量，對某廠仿古磚的坯體配方進行改進。

2 原料性能與配方設計

2.1 原料選擇與配方設計原則

根據仿古磚的性能與工藝要求，并結合企業的實際情況，在原料選擇與配方設計時應考慮以下幾個原則[3]：（1）首先需綜合考慮配方成本，盡可能地使用江西及附近的原料；（2）盡量選擇解膠性好、白度好、鋁含量高的原料；（3）選擇適當的可塑性原料時，干燥強度要高，但不能有干燥裂與黑心現象；（4）配方應調整適當的泥砂石比例，以保證合理的配方結構。

2.2 原料性能分析

2.2.1 原坯用原料化學分析

某廠原坯料配方所使用的原料及其化學分析見表1。

2.2.2 現坯用原料化學分析

為改善仿古磚的坯體配方對生產的影響，尋找了一些江西本地原料對原配方中的部分原料進行替換，并加以利用陶瓷廢料，新坯料配方所使用的替換原料及其化學分析見表2。

2.3 配方設計

表3列出了某廠原坯料配方的組成，為調整合理的配方結構，優化配方工藝，使用了新江西原料進行替代，并重新調整了配方比例，新配方見表4。

表1 原坯料配方原料及其化學組成（wt%）

表2 新坯料配方替換原料及其化學組成（wt%）

表3 原坯料配方組成（%）

表4 新坯料配方組成（%）

3 生產工藝流程與主要工藝參數

3.1 生產工藝流程

仿古磚生產工藝流程如圖1。

圖1 仿古磚生產工藝流程

3.2 主要工藝參數

仿古磚生產工藝參數見表5。

表5 仿古磚生產工藝參數

4 結果與討論

4.1 產品主要理化性能

新坯料配方經過小試、中試、大試等環節多次驗證，已正式進入大生產，根據國標進行檢測，生產的仿古磚產品物化性能數據見表6。

表6 仿古磚的主要性能指標

4.2 原料對仿古磚化學組成的影響

如表7所示，因所選原料和配方結構不同，新舊坯料配方化學組成也有一定差異。從新舊坯料配方化學組成對比可以發現一些變化趨勢：（1）Al2O3含量有所增加，有利于增加仿古磚抗折強度；（2）Fe2O3等雜質的減少，可提高仿古磚磚坯白度；（3）燒失量略有減少，能減少仿古磚制品變形、開裂、黑心等缺陷；（4）隨Al2O3含量提高，制品燒成溫度也會相應提高，為不調整窯爐溫度和引起磚形變化，保持熔劑K2O、Na2O總含量基本不變，增加MgO含量，以達到降低仿古磚燒成溫度的目的。

4.3 原料對仿古磚解膠性能的影響

在相同實驗條件下，表8列出了原坯料配方中所有原料測試得到的流速結果，表9則列出了新坯料配方中原料流速結果。

從表8與表9的數據對比可以看出，新配方所使用原料的解膠性整體上比原配方所使用的原料要好，所以，坯料泥漿性能在比重都為1.69 g/ml的情況下，流速由原配方的90 s降至現配方的50 s左右。

根據膠體理論可知，在粘土固/液分散系統中，若粘土粒子的表面電荷密度增大，膠團的雙電層厚度加厚，膠粒和膠粒間的距離增加，分散系統的粘度降低，系統的ζ電位增加，粒子間的排斥力增大，穩定性提高，有效防止了膠粒間的團聚和沉淀，從而泥漿的流動性增加。如果在分散系統中雙電層中主要是高價陽離子，那么雙電層厚度就較薄，粒子間的引力較大，電荷密度也較小。高價陽離子（如 Ca2+、Mg2+）的吸引使整個膠粒的靜電荷變低，因而斥力減少，引力增大，ζ電位下降使泥漿的流動性能降低[4]。

另外，通過對坯漿篩余檢測，結果表明，篩余物中存在大量的云母成分。且在除鐵過篩的生產過程當中，取篩內余物，也有大量云母，并會經常堵塞篩孔。對原料進行觀察檢測發現，云母主要來源于宜春砂原料，礦料中有閃閃發光的鱗片狀粉末，對坯漿流速有較大影響。云母是鉀、鋁、鎂、鐵、鋰等金屬的鋁硅酸鹽，單斜晶系，都是層狀結構，層狀機理非常完全。在球磨的過程中，由于層狀結構，很難將其磨細。

所以，在新配方中，對坯漿解膠性能影響較大的幾種原料包括撫州膨潤土、吉安白泥、撫州黑泥、重慶鋁礬土和宜春砂等，進行減量或替換。

4.4 原料對仿古磚白度的影響

陶瓷一般需要經歷高溫燒結過程，因此，陶瓷原料白度一般定義為燒白度檢測。即將陶瓷原料先壓成小餅或小條樣，再放置窯爐或電爐內燒制，然后檢測其表面白度。白度主要受原料的化學組成、燒結氣氛和燒成溫度等因素影響。在檢測原料時，原料中的鐵鈦含量是影響坯體白度最主要的因素。在燒結過程中燒成氣氛的不同會影響到鐵、鈦存在的價數，不同價數的鐵、鈦會有不同的呈色。基本上而言，鐵鈦含量高，白度就低[5]。

在相同實驗條件下，表10和表11分別列出了原配方和新配方所使用原料的白度值。結果表明，原配方中吉安白泥、鵝湖砂、九江長石尾礦、上饒瓷石白度較低，直接影響坯體整體白度。且鵝湖砂、九江長石尾礦、上饒瓷石燒后呈紅褐色，使得坯底色偏紅色調。因此，在選擇坯體原料時，應選用鐵鈦含量較低，燒后色調成色好的原料。

4.5 原料對仿古磚黑心程度的影響

表7 新舊坯料配方化學組成對比(%)

表8 原坯料配方中所有原料的解膠性（s）

表9 新坯料配方中所有原料的解膠性（s）

表10 原坯料配方中所有原料的白度

表11 新坯料配方中所有原料的白度

經原料單燒發現，原配方中吉安白泥、撫州黑泥、重慶鋁礬土都存在黑心現象,致使仿古磚成品也有黑心缺陷存在的可能，黑心缺陷會影響陶瓷產品的強度、吸水率、色澤等性能指標。主要原因是：在燒成過程中，低溫階段發生有機物的分解和如下的氧化反應：

在此階段如果有機物、碳化物、硫化物氧化不足，有機物的分解和上述的氧化反應就無法完全地進行，從而生成碳粒和鐵質的還原物，C、FeS2和FeO等過多地殘留積聚在樣品內而使其呈黑色、灰色或黃色。因此，為消除黑心缺陷，一方面，須在300~850℃讓有機物、鐵化合物和碳充分氧化，另一方面，應從原料著手，存在黑心的原料應少用或不用[6]。

另外，一般黑心現象在粘土原料中存在比較普遍，對于粘土原料還需注意的是，粘土的干燥敏感性能。特別是100~300℃階段，如果收縮突然劇烈，說明該粘土對干燥特別敏感，加入這種粘土容易引起坯體干燥開裂。原坯體配方中的吉安白泥就存在這個現象。在配方設計時要注意對該粘土量的控制，盡量避免或少用這類粘土[7]。

4.6 原料對仿古磚抗折強度的影響

通過原配方與新配方對比，新坯料配方的Al2O3含量有所增加，這有利于提高仿古磚抗折強度。抗折強度數值增加了約7.5%。這是因為在燒結過程中，熔劑高溫熔融形成粘稠的玻璃熔體，部分高嶺土和石英顆粒再熔解其中。Al2O3的增加，能促進高嶺土殘余物的顆粒相互擴散和滲透，因而加速莫來石晶體的形成和發育，獲得更高的晶相比例，從而提高成品抗折強度[8]。

4.7 原料對仿古磚針孔與氣泡的影響

在原坯料配方中，宜春低溫砂和九江長石尾礦這兩種原料容易造成仿古磚產生針孔與氣泡的缺陷。

對于九江長石尾礦，其化學組成中Ca含量高達2.9%左右，在燒成的過程當中，會發生碳酸鈣分解，產生大量氣體，反應式如下：

而對于宜春低溫砂，從單料燒樣可以看出，原料在1170℃左右的窯爐燒后邊棱全部圓化，且過燒膨脹。經測試得到，其Li含量約0.2%，它可能是一種鉀鈉長石與含少量鋰云母的混合礦物原料。此原料會使坯體的始熔溫度偏低，造成表面過早封閉，使內部的氣體不能完全排出。且在燒成的過程當中，會發生如下的分解反應[9]：

仿古磚在燒成過程的低溫階段，會發生有機物、碳化物、硫化物等的分解或氧化反應，當進入高溫階段后，坯體就出現液相，反應所產生的氣體無法自由排出坯體外，這樣就造成仿古磚出現針孔、氣泡等缺陷，特別是快速燒成時，有機質可能得不到充分氧化，會使仿古磚甚至發生發泡、變形等后果[10]。

4 結論

（1）按新配方生產的仿古磚經抽樣檢測，吸水率、抗折強度、抗熱震性、抗凍性、防污性等理化性能均達到國家有關標準；

（2）選擇解膠性好的原料，會使漿料整體流動性好，提高球磨和噴霧造粒的效率與產能，減少能耗；

（3）原料中的鐵鈦含量是影響坯體白度最主要的因素；

（4）粘土原料應選擇可塑性強的，但同時要考慮到是否會產生黑心和干燥開裂現象；

（5）燒失量較少、收縮穩定的坯料配方，能減少仿古磚制品變形、開裂、黑心等缺陷；

（6）增加配方中Al2O3含量，會促進莫來石晶體的形成和發育，獲得更高的晶相比例，從而提高仿古磚成品抗折強度；

（7）易造成仿古磚產生針孔、氣泡等缺陷的原料在配方中應盡量避免使用；

（8）優化泥砂石比例，以保證合理的配方結構，利于配方后期能快速方便進行調整；

（9）選用本地及附近原料，能方便運輸，降低仿古磚成本；

（10）合理利用陶瓷廢料，不僅能降低生產成本，而且能保護環境。