淺談偏釩酸銨在陶瓷色料中的應用

鄧樹海

摘 要：本文簡要介紹了偏釩酸銨在陶瓷色料行業中作為礦化劑的應用。其中，主要介紹了偏釩酸銨在鐠黃、鈷黑、無鈷黑、坯用黑色及藍綠系列陶瓷色料中不同的礦化劑作用。

關鍵詞：偏釩酸銨;陶瓷色料;礦化劑

1 前 言

目前，陶瓷色料的制備技術已較豐富，消費市場品種類型也較為豐富，極大地滿足了市場需求。但在國家倡導的節能減排及企業制造成本居高不下的背景下，探究如何降低陶瓷色料生產制造成本仍是陶瓷色料研究者的重中之重的課題之一。

偏釩酸銨是白色或略帶淡黃色的結晶性粉末，微溶于冷水，溶于熱水及稀氨水，熔點210℃，在空氣中灼燒時變成五氧化二釩。主要用作化學試劑、催化劑、催干劑、媒染劑等，陶瓷工業中廣泛用作釉料，也可用作制取五氧化二釩。

偏釩酸銨在陶瓷色料中可作為發色劑，也可作為礦化劑。其中，偏釩酸銨用作發色劑最具代表性的產品是鋯系三原色之中的釩鋯藍色料，通過調節配方中偏釩酸銨的加入量，可以使釩鋯藍呈現不同層次的藍色[1]。而偏釩酸銨在陶瓷色料中作為礦化劑使用時，不僅可以調節陶瓷色料的色調，也可以降低陶瓷色料的煅燒合成溫度。

本文主要討論偏釩酸銨在陶瓷色料中作為礦化劑的應用。

2 偏釩酸銨在陶瓷色料中的應用

2.1 偏釩酸銨在鋯鐠黃陶瓷色料中的應用

鋯鐠黃，也稱檸檬黃，現在市場上多數廠家的鋯鐠黃都是以紅黃色調為主，該色調是市場的主流色調。就配方而言，是以氟化鋇、氯化銨、氯化鈉中的一種或多種組合作為配方礦化劑。其中，氟化鋇是主要礦化劑，是鋯鐠黃顯紅黃色調的主要因素，但該色相色調單一，得不到純正的檸檬黃色調，很難滿足市場需求。

如若想要得到純正的檸檬黃，則需要改變配方中礦化劑的組合。其中，重點在于在配方中引入偏釩酸銨，并用氟化鈉[2]代替氟化鋇，以偏釩酸銨、氟化鈉、氯化鈉、氯化銨中的一種或多種礦化劑組合，在900 ～ 980℃下以弱還原氣氛煅燒，可以得到帶綠調的鋯鐠黃，即純正的檸檬黃。其原理在于引入的偏釩酸銨與氧化鋯、二氧化硅在煅燒反應中生成了V-ZrSiO4固溶體[3]，其固溶體呈藍綠色，V-ZrSiO4摻雜在Pr-ZrSiO4固溶體[3]中，從而使得鋯鐠黃帶綠調。該產品與以氟化鋇作為礦化劑的鐠黃色料混合，可以得到更為豐富的鋯鐠黃色料產品。但值得注意的是，配方中的偏釩酸銨的量要嚴格控制在2.0%以下，如果量超出2.0%，則會使得鋯鐠黃綠調過重，色料黃度值降低，且色料發色發白，影響鋯鐠黃的發色質量。究其原因，可能是過多的偏釩酸銨的加入，在煅燒反應過程中形成了更多的V-ZrSiO4，使得Pr-ZrSiO4固溶體形成量減少，從而導致了色料質量問題。

2.2 偏釩酸銨在釉用鈷黑陶瓷色料中的應用

黑色陶瓷色料是裝飾材料中很重要的一種色料，一般制備黑色色料主要用到鉻、鐵、錳、鎳、鈷、銅等金屬氧化物，而要得到純正的黑色色料必須使用一定量的氧化鈷。而鈷黑色料中，以Fe-Cr-Ni-Mn-Co及Fe-Cr-Ni-Co為代表，其黑色色調純正，但是由于Co的價格昂貴，導致鈷黑色料成本高居不下，多數廠家進行了大量的研究開發無鈷黑色料，但是所得到的高溫無鈷黑色料其色調仍然比不上鈷黑色料純正，Co在黑色色料中有不可代替的地位。

在嘗試在釉用鈷黑色料引入礦化劑的研究中，發現在鈷黑色料中引入偏釩酸銨，可以使得Fe-Cr-Ni-Mn-Co及Fe-Cr-Ni-Co系的鈷黑色料燒成溫度降低，且在引入0.1 ～ 3%的偏釩酸銨時，可以取代0.1% ～ 2%的氧化鈷，就昂貴的氧化鈷而言，減少0.1% ～ 2%的氧化鈷用量使得鈷黑色料的原料成本可以大大降低，而且燒成溫度可由1270 ～ 1300℃降至1250 ～ 1270℃，使得鈷黑色料的總成本可以有效降低。

2.3 偏釩酸銨在釉用無鈷黑陶瓷色料中的應用

要得到純正的黑色色料必須使用一定量的氧化鈷，但由于氧化鈷價格昂貴，產品色料價格受到了一定影響。近年來，為了降低黑色色料的綜合成本，多數廠家競相開發無鈷黑色料或用其它廉價原料代替昂貴的化工原料[4，5]，如于長鳳、朱小平等人用釩砂尾礦制備無鈷黑色陶瓷顏料[6]，以釩砂尾礦53.33%，Cr2O3 22.67%，CuO 11.33%，NiO 12.67%為配比，合成溫度為1200℃，保溫時間為30 min，得到了可在1250℃長石釉中使用的高溫無鈷黑陶瓷顏料。

在傳統的無鈷黑色料中，以Fe-Cr-Ni-Mn系為代表，其生產的合成溫度為1270 ～ 1300℃，并保溫4 ～ 6 h，可以得到發色良好的黑色色料。而在Fe-Cr-Ni-Mn系尖晶石色料中加入0.1% ～ 6%的偏釩酸銨，可使得其合成溫度降低至1230 ～ 1270℃，且保溫時間為4 ～ 6 h，可得到同等質量的無鈷黑色料。偏釩酸銨的加入，使得Fe-Cr-Ni-Mn尖晶石色料合成溫度降低30 ～ 50℃，同時，隨著偏釩酸銨加入量的增加，Cr2O3、NiO的量需要微調，其質量配比相應地降低，一定程度上減少了Cr2O3、NiO的用量。偏釩酸銨的加入，降低了Fe-Cr-Ni-Mn系無鈷黑色料的綜合成本。但值得注意的是，偏釩酸銨的加入量不宜過多，過多會導致色料發色偏灰，且淺。

2.4 偏釩酸銨在坯用黑色陶瓷色料中的應用

坯用黑色陶瓷色料主要以氧化鉻、三氧化二鐵為主要原料合成的鉻鐵礦基色料，以質量分數氧化鉻50%、三氧化二鐵50%為基礎配方，在1150 ～ 1190℃下煅燒，可以得到發色鮮明的坯用黑色色料。但由于配方所用氧化鉻量大，使得色料成本上升，市場競爭力弱。在大多數廠家研制的坯用黑色陶瓷色料中，引入鉻鐵礦[5，7]、鉻鹽廢渣[4]、釩砂尾礦[6]等取代部分氧化鉻，降低色料配方成本，且能得到較為良好的坯用黑色色料。除了引入新的原材料取代氧化鉻外，還可通過改變原材料的細度如加細原材料細度，或改變生產工藝如配方原料混合后通過球磨增強原材料之間的結合等方法提高產品的發色。

在試驗過程中，引入鉻鐵礦，以鉻鐵礦30%、氧化鉻25%、三氧化二鐵45%的配方，在1190℃下煅燒，保溫2小時，可以得到與基礎配方發色相近的色料，但相比基礎配方（氧化鉻50%、三氧化二鐵50%），所得色料發色偏紅偏黃，色調不純。在鉻鐵礦30%、氧化鉻25%、三氧化二鐵45%為基礎的配方中外加0.5%偏釩酸銨后，在1150 ～ 1170℃下煅燒，可以得到比基礎配方（氧化鉻50%、三氧化二鐵50%）發色更深、更藍的陶瓷色料。在引入鉻鐵礦的試驗中，通過微調鉻鐵礦、氧化鉻、三氧化二鐵的比例，并在配方基礎上外加0.1% ～ 2%的偏釩酸銨，可以得到比原配方發色更深、更藍的色料。但值得注意的是，偏釩酸銨加入量過多，則會使得色料發色變淺，所以要嚴格控制偏釩酸銨的加入量。

2.5 偏釩酸銨在藍綠色系列陶瓷色料中的應用

藍綠色系列陶瓷色料主要包括孔雀藍、孔雀綠、硅鉻綠、鋁鉻綠等，其中，綠色色調主要依靠氧化鉻發色。在孔雀綠中，實驗室以氧化鈷12%、氧化鉻22%、氧化鋅22%、氧化鋁44%為配方，在氧化氣氛下1300℃燒成，保溫時間1小時，可以得到發色良好的孔雀綠，而在此配方上外加1% ～ 4%的偏釩酸銨，同樣條件下都可制備出更藍更綠的產品。而在硅鉻綠、鋁鉻綠中，同樣的引入0.1% ～ 5%偏釩酸銨，也可制備出藍綠相更好的產品。但在藍綠色系列陶瓷色料引入偏釩酸銨的研究中，發現偏釩酸銨的引入，對于色料的燒成溫度并沒有起到明顯的降低作用，只能在同等條件下獲得更好的發色。

3 結 論

在陶瓷色料引入偏釩酸銨作為礦化劑的研究中發現，在鋯鐠黃中引入偏釩酸銨作為礦化劑，可得到純正的檸檬黃色調鋯鐠黃;在釉用黑色、坯用黑色陶瓷色料中引入偏釩酸銨可以起到降低色料煅燒合成溫度及增強色料藍相色調效果;在藍綠色系列陶瓷色料中引入偏釩酸銨，可增強陶瓷色料藍綠相色調。但值得注意的是，在陶瓷色料中引入偏釩酸銨作為礦化劑，要嚴格控制加入量，過量會帶來質量問題。

參考文獻

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