利用江西當(dāng)?shù)卦现苽浞鹿糯u

江期鳴

（廣東金意陶陶瓷集團(tuán)有限公司，佛山528000）

關(guān)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(chǎn)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(tài)，因此，人們稱它為“仿古磚”。除此稱呼外，還有復(fù)古磚、古典磚、瓷質(zhì)釉面磚等。仿古磚通常是指有釉裝飾磚，其坯體以瓷質(zhì)為主，也有炻瓷、細(xì)炻和炻質(zhì)的，釉是以亞光釉為主，色調(diào)則以黑色、白色、灰色、棕色、咖啡色、暗紅色等為主。仿古磚蘊(yùn)藏的文化、歷史內(nèi)涵與豐富的裝飾手法，使其成為歐美市場(chǎng)的瓷磚主流產(chǎn)品，其在國(guó)內(nèi)也得到了快速的發(fā)展。仿古磚的應(yīng)用范圍較廣且有墻地一體化的發(fā)展趨勢(shì)，其創(chuàng)新設(shè)計(jì)與創(chuàng)新技術(shù)賦予仿古磚更高的市場(chǎng)價(jià)值與生命力[1]。

但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及陶瓷行業(yè)的快速發(fā)展，陶瓷的生產(chǎn)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(duì)于建筑衛(wèi)生陶瓷，陶瓷礦產(chǎn)資源需求巨大且浪費(fèi)嚴(yán)重，造成許多優(yōu)質(zhì)陶瓷原料資源瀕臨枯竭，原料價(jià)格快速上漲[2]。這些因素限制了瓷磚的產(chǎn)品質(zhì)量得不到提升。

本研究旨在選擇江西原料為坯用原料，同時(shí)利用陶瓷廢料，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝過程，提高瓷磚質(zhì)量，對(duì)某廠仿古磚的坯體配方進(jìn)行改進(jìn)。

2 原料性能與配方設(shè)計(jì)

2.1 原料選擇與配方設(shè)計(jì)原則

根據(jù)仿古磚的性能與工藝要求，并結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，在原料選擇與配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)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(dāng)?shù)目伤苄栽蠒r(shí)，干燥強(qiáng)度要高，但不能有干燥裂與黑心現(xiàn)象；（4）配方應(yīng)調(diào)整適當(dāng)?shù)哪嗌笆壤员ＷC合理的配方結(jié)構(gòu)。

2.2 原料性能分析

2.2.1 原坯用原料化學(xué)分析

某廠原坯料配方所使用的原料及其化學(xué)分析見表1。

2.2.2 現(xiàn)坯用原料化學(xué)分析

為改善仿古磚的坯體配方對(duì)生產(chǎn)的影響，尋找了一些江西本地原料對(duì)原配方中的部分原料進(jìn)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(xué)分析見表2。

2.3 配方設(shè)計(jì)

表3列出了某廠原坯料配方的組成，為調(diào)整合理的配方結(jié)構(gòu)，優(yōu)化配方工藝，使用了新江西原料進(jìn)行替代，并重新調(diào)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(xué)組成（wt%）

表2 新坯料配方替換原料及其化學(xué)組成（wt%）

表3 原坯料配方組成（%）

表4 新坯料配方組成（%）

3 生產(chǎn)工藝流程與主要工藝參數(shù)

3.1 生產(chǎn)工藝流程

仿古磚生產(chǎn)工藝流程如圖1。

圖1 仿古磚生產(chǎn)工藝流程

3.2 主要工藝參數(shù)

仿古磚生產(chǎn)工藝參數(shù)見表5。

表5 仿古磚生產(chǎn)工藝參數(shù)

4 結(jié)果與討論

4.1 產(chǎn)品主要理化性能

新坯料配方經(jīng)過小試、中試、大試等環(huán)節(jié)多次驗(yàn)證，已正式進(jìn)入大生產(chǎn)，根據(jù)國(guó)標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，生產(chǎn)的仿古磚產(chǎn)品物化性能數(shù)據(jù)見表6。

表6 仿古磚的主要性能指標(biāo)

4.2 原料對(duì)仿古磚化學(xué)組成的影響

如表7所示，因所選原料和配方結(jié)構(gòu)不同，新舊坯料配方化學(xué)組成也有一定差異。從新舊坯料配方化學(xué)組成對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)一些變化趨勢(shì)：（1）Al2O3含量有所增加，有利于增加仿古磚抗折強(qiáng)度；（2）Fe2O3等雜質(zhì)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(huì)相應(yīng)提高，為不調(diào)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(dá)到降低仿古磚燒成溫度的目的。

4.3 原料對(duì)仿古磚解膠性能的影響

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，表8列出了原坯料配方中所有原料測(cè)試得到的流速結(jié)果，表9則列出了新坯料配方中原料流速結(jié)果。

從表8與表9的數(shù)據(jù)對(duì)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(xiàn)配方的50 s左右。

根據(jù)膠體理論可知，在粘土固/液分散系統(tǒng)中，若粘土粒子的表面電荷密度增大，膠團(tuán)的雙電層厚度加厚，膠粒和膠粒間的距離增加，分散系統(tǒng)的粘度降低，系統(tǒng)的ζ電位增加，粒子間的排斥力增大，穩(wěn)定性提高，有效防止了膠粒間的團(tuán)聚和沉淀，從而泥漿的流動(dòng)性增加。如果在分散系統(tǒng)中雙電層中主要是高價(jià)陽(yáng)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(jià)陽(yáng)離子（如 Ca2+、Mg2+）的吸引使整個(gè)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(dòng)性能降低[4]。

另外，通過對(duì)坯漿篩余檢測(cè)，結(jié)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(chǎn)過程當(dāng)中，取篩內(nèi)余物，也有大量云母，并會(huì)經(jīng)常堵塞篩孔。對(duì)原料進(jìn)行觀察檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，云母主要來源于宜春砂原料，礦料中有閃閃發(fā)光的鱗片狀粉末，對(duì)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(jié)構(gòu)，層狀機(jī)理非常完全。在球磨的過程中，由于層狀結(jié)構(gòu)，很難將其磨細(xì)。

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

4.4 原料對(duì)仿古磚白度的影響

陶瓷一般需要經(jīng)歷高溫?zé)Y(jié)過程，因此，陶瓷原料白度一般定義為燒白度檢測(cè)。即將陶瓷原料先壓成小餅或小條樣，再放置窯爐或電爐內(nèi)燒制，然后檢測(cè)其表面白度。白度主要受原料的化學(xué)組成、燒結(jié)氣氛和燒成溫度等因素影響。在檢測(cè)原料時(shí)，原料中的鐵鈦含量是影響坯體白度最主要的因素。在燒結(jié)過程中燒成氣氛的不同會(huì)影響到鐵、鈦存在的價(jià)數(shù)，不同價(jià)數(shù)的鐵、鈦會(huì)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(shí)驗(yàn)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(jié)果表明，原配方中吉安白泥、鵝湖砂、九江長(zhǎng)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(zhǎng)石尾礦、上饒瓷石燒后呈紅褐色，使得坯底色偏紅色調(diào)。因此，在選擇坯體原料時(shí)，應(yīng)選用鐵鈦含量較低，燒后色調(diào)成色好的原料。

4.5 原料對(duì)仿古磚黑心程度的影響

表7 新舊坯料配方化學(xué)組成對(duì)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(jīng)原料單燒發(fā)現(xiàn)，原配方中吉安白泥、撫州黑泥、重慶鋁礬土都存在黑心現(xiàn)象,致使仿古磚成品也有黑心缺陷存在的可能，黑心缺陷會(huì)影響陶瓷產(chǎn)品的強(qiáng)度、吸水率、色澤等性能指標(biāo)。主要原因是：在燒成過程中，低溫階段發(fā)生有機(jī)物的分解和如下的氧化反應(yīng)：

在此階段如果有機(jī)物、碳化物、硫化物氧化不足，有機(jī)物的分解和上述的氧化反應(yīng)就無法完全地進(jìn)行，從而生成碳粒和鐵質(zhì)的還原物，C、FeS2和FeO等過多地殘留積聚在樣品內(nèi)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(jī)物、鐵化合物和碳充分氧化，另一方面，應(yīng)從原料著手，存在黑心的原料應(yīng)少用或不用[6]。

另外，一般黑心現(xiàn)象在粘土原料中存在比較普遍，對(duì)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(duì)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(gè)現(xiàn)象。在配方設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)該粘土量的控制，盡量避免或少用這類粘土[7]。

4.6 原料對(duì)仿古磚抗折強(qiáng)度的影響

通過原配方與新配方對(duì)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(qiáng)度。抗折強(qiáng)度數(shù)值增加了約7.5%。這是因?yàn)樵跓Y(jié)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(jìn)高嶺土殘余物的顆粒相互擴(kuò)散和滲透，因而加速莫來石晶體的形成和發(fā)育，獲得更高的晶相比例，從而提高成品抗折強(qiáng)度[8]。

4.7 原料對(duì)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(zhǎng)石尾礦這兩種原料容易造成仿古磚產(chǎn)生針孔與氣泡的缺陷。

對(duì)于九江長(zhǎng)石尾礦，其化學(xué)組成中Ca含量高達(dá)2.9%左右，在燒成的過程當(dāng)中，會(huì)發(fā)生碳酸鈣分解，產(chǎn)生大量氣體，反應(yīng)式如下：

而對(duì)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(jīng)測(cè)試得到，其Li含量約0.2%，它可能是一種鉀鈉長(zhǎng)石與含少量鋰云母的混合礦物原料。此原料會(huì)使坯體的始熔溫度偏低，造成表面過早封閉，使內(nèi)部的氣體不能完全排出。且在燒成的過程當(dāng)中，會(huì)發(fā)生如下的分解反應(yīng)[9]：

仿古磚在燒成過程的低溫階段，會(huì)發(fā)生有機(jī)物、碳化物、硫化物等的分解或氧化反應(yīng)，當(dāng)進(jìn)入高溫階段后，坯體就出現(xiàn)液相，反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體無法自由排出坯體外，這樣就造成仿古磚出現(xiàn)針孔、氣泡等缺陷，特別是快速燒成時(shí)，有機(jī)質(zhì)可能得不到充分氧化，會(huì)使仿古磚甚至發(fā)生發(fā)泡、變形等后果[10]。

4 結(jié)論

（1）按新配方生產(chǎn)的仿古磚經(jīng)抽樣檢測(cè)，吸水率、抗折強(qiáng)度、抗熱震性、抗凍性、防污性等理化性能均達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）選擇解膠性好的原料，會(huì)使?jié){料整體流動(dòng)性好，提高球磨和噴霧造粒的效率與產(chǎn)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(yīng)選擇可塑性強(qiáng)的，但同時(shí)要考慮到是否會(huì)產(chǎn)生黑心和干燥開裂現(xiàn)象；

（5）燒失量較少、收縮穩(wěn)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(huì)促進(jìn)莫來石晶體的形成和發(fā)育，獲得更高的晶相比例，從而提高仿古磚成品抗折強(qiáng)度；

（7）易造成仿古磚產(chǎn)生針孔、氣泡等缺陷的原料在配方中應(yīng)盡量避免使用；

（8）優(yōu)化泥砂石比例，以保證合理的配方結(jié)構(gòu)，利于配方后期能快速方便進(jìn)行調(diào)整；

（9）選用本地及附近原料，能方便運(yùn)輸，降低仿古磚成本；

（10）合理利用陶瓷廢料，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且能保護(hù)環(huán)境。