西豐土性能實驗研究

俞莉紅

摘 要：通過對產于遼寧省西豐縣的西豐土進行X-射線衍射分析、差熱熱重分析和粒度分布、化學成分、物相組成、可塑指數、結合性、比表面積、燒結性能、氣孔率、密度和收縮率等性能的檢測，為擴大該礦石在陶瓷生產中的應用提供技術依據。

關鍵詞：西豐土;性能分析;陶瓷

1 前 言

西豐土產于地處遼寧省西豐縣西豐鎮六安村的西豐陶土礦。該礦距西豐縣城0.5km左右，上世紀70年代普查陶瓷原料時發現，該礦主要由石英及伊利石組成，屬原生粘土礦，其儲量豐富，覆蓋層薄，地表剝離層最大為3m，最小為0.5m，便于機械化露天開采。該粘土曾是某耐酸磚生產的主要原料，并一直供應某電瓷廠。隨著遼寧建筑陶瓷業的重新振興，開展遼寧地產原料的調查及開發利用工作，對于遼寧建筑陶瓷的長遠發展及振興當地經濟具有重要意義，當地政府對西豐土的調查及開發利用極為重視，特委托我們對西豐土性能進行全面檢測，以此為西豐土開發利用提供依據。

2 試驗檢測樣品

（1）樣品來源：西豐鎮政府送樣.。

（2）樣品數量：各25kg。

3 樣品檢測項目及結果

3.1使用檢測儀器型號

白度儀：WSD-Ш型全自動白度儀;

差熱熱重分析儀：HCT-2微機差熱天平;

X-衍射分析：RAD-10 X-射線衍射分析儀;

塑性分析：KS-B微電腦可塑性測定儀;

粒度分析：LS-POP（Ш）激光粒度分析儀 。

3.2 外觀

樣品外觀呈灰白色，其中塊狀所占比例在90%wt以上， 料塊尺寸大小不等，直徑在0.15～500mm之間（實際礦區最大料塊還要大），生坯白度75°左右，料塊堅硬，用錘子能砸碎，斷面顏色基本一致，可以判斷料塊組成、成分比較均勻 。在余下粉狀料中夾雜棕色、黃色不易破碎的硬質顆粒，硬度高于料塊硬度，判斷為外來雜質，且雜質中鐵含量高于料塊中鐵含量。礦區不同部位的礦樣風化程度有所不同，屬一次殘留粘土。礦區東南方位1#礦樣較易破碎、東北方位2#礦樣比1# 難于破碎、西北方位3 #礦樣風化程度很低，不易破碎，較為堅硬。

該土顆粒較粗，經100目篩淘洗后，篩上部分占80%左右，篩下物料中1um以上的顆粒占60%以上。顆粒組成如圖1。

3.3 化學分析

3.3.1 取樣方法

將塊狀料粉碎至1cm以下，混合后4分法取樣，再縮分至滿足檢測要求重量。

3.3.2 檢測樣品制備

（1）整體檢測樣品。

按3.2.1方法取樣后，隔紙用錘子砸碎，然后用瑪瑙乳缽研磨至合格粒度進行檢測。

（2）篩上檢測樣品。

按3.2.1方法取樣后，水化24小時后，用100目篩過篩，對篩上樣品進行檢測。

（3）篩下檢測樣品。

按3.2.1方法取樣后，水化24小時后，用100目篩過篩，對篩下樣品進行檢測。

（4）檢測結果見表1。

3.4 礦物組成分析

經X-射線衍射分析、差熱熱重分析，礦物主晶相為伊利石、石英、白云母，夾雜少量的方解石。

3.4.1 X-射線衍射分析

其較強的特征峰d值為3.35、4.26、1.82的為α-石英（SiO2）;其次的三個特征峰d值為10.1、4.47、3.33的為伊利石（K（Al，Mg）3Si3AlO10（OH）2），較強的特征峰d值為3.32、9.95、2.57的為白云母，少量的方解石（CaCO3）。其中α-石英約占45%以上。

3.4.2 差熱熱重分析

在差熱曲線上，100℃左右出現一小而寬的吸熱谷，失去吸附水;700℃左右有一吸熱谷，失去OH-;1060℃出現一放熱峰。

在失重曲線上，892℃開始失重，到902℃失重停止，失重為6.38%，如圖2差熱熱重曲線。

根據以上衍射和差熱熱重分析可以判定該粘土為含大量α-石英（SiO2）的伊利石類粘土，同時含少量白云母和方解石。

3.5 泥料可塑性

粉碎過程：用鄂式破碎機粉碎至粒度小于1cm，然后用錘子將料砸碎至40目以下，砸料時為避免鐵的引入，將料用紙隔開。

球磨過程：用3kg球磨罐，按料：球：水=1： 2：1的比例將料球磨20h，球磨時間確定過程為，對多個球磨時間后的料漿粒度采用250目篩，篩余量剛好小于0.5%wt時的研磨時間，確定為規定研磨時間，并采用激光粒度分析儀對其進行粒度檢測。

脫水過程：將球磨后的漿料用石膏進行吸水，對吸水后的料充分捏練使其達到具有正常工作稠度的致密泥團，泥團及易塑造成型而又不沾手，將泥團鋪于玻璃板上制成厚30㎜的泥餅。

水分檢測：采用泥坯水分儀（FD—100）對泥料進行水分檢測。

陳腐過程：將泥坯裝入密封塑料袋中，放置24h以上。檢測結果見表2。

3.5.1 成型性能

控制要求：將泥漿料在100℃以下進行烘干，烘干過程定時進行水分檢測，要求烘干后料的水分為7.5%±0.5%wt，然后用20目篩網進行手工造粒，造粒后的粉料放入密封塑料袋中陳腐24h后，用專用模具進行壓制成型，壓制坯體經100℃干燥20h然后進行強度檢測。檢測結果見表3。

3.6燒成性能

按要求，采用專用磨具壓制成型，成型后樣品尺寸滿足白度測試要求，燒成試驗溫度為1050～1200℃，檢測溫度間隔為50℃，升溫制度為：90min均勻升溫至設定溫度，保溫10min，然后自然冷卻，燒成后性能檢測見表4。

4 結果分析

（1）從整體成分結果看出，該礦物二氧化硅含量高，氧化鋁低，屬典型瓷石類型粘土礦，該礦物中由于含有大量的游離二氧化硅、云母和方解石這類含堿礦物，因此原料塑性偏低，且熔劑作用強烈，燒結溫度較低。其中影響成色的兩種有害物質氧化鐵、氧化鈦含量總和小于1%，對建筑、衛生陶瓷成品色澤影響不大，該原料尚可應用，但由于含有一定量的氧化鈣成分，對玻化磚燒成來講，配方中不可采用過多，否則容易造成坯體變形，起泡等缺陷，在確定配方時應注意調整及控制。

從篩上及篩下樣品成分比較看出，經篩分后，篩下樣品中氧化鋁含量提高近10%，但同時氧化鐵含量也明顯增加，達到1.58%，如果想通過二次加工或合適的選礦方法，提高粘土礦的品位，首要問題應當想辦法降低氧化鐵含量，否則實際意義并不大。

為確保對西豐土化學成分的準確測定，使檢測數據具有實際參考價值，到礦點現場進行取樣，對三個不同方位取樣檢測結果見表5。

通過比較看出，西豐土化學成分波動并不大，在開采原料時若能按不同品位進行一次均化，保證原料成分的相對穩定，完全可以確保生產的穩定性。

（2）從成型性能來看，西豐土由于其中游離石英比例在45%以上，使塑性大大降低，通過KS-B微電腦可塑性測定儀檢測，可塑度只有0.4左右，而塑性好的粘土可塑度可以達到0.8以上，因此在實際生產中，為保證成型性能，必須引入一定量可塑度好的粘土配合使用。

（3）從燒成性能來看，西豐土由于氧化鋁含量較低，屬瓷石類粘土礦物，因此燒成溫度較低，通過快速燒成試驗，該礦在1150～1200℃ 即已經瓷化，同時其主要礦物組成為石英和伊利石，氧化鐵含量并不高，成瓷后的光澤性和透明度較好，白度可以達到55度以上，沒有黑心現象，是較為優良的瓷石類粘土礦物。如將該土淘洗或旋流分離，可除去部分游離石英，從而相應增加伊利石礦物組成和提高細分散部分的Al2O3含量。由于其本身含有成瓷的各種礦物成分，燒結溫度較低并具有一定的可塑性，類似于我國江西景德鎮及南方一些瓷區常用的瓷石。

5 應用前景

通過以上檢測與實驗我們認為西豐土是生產陶瓷墻地磚、陶瓷衛生潔具的很好原料，Fe2O3 、Ti O2含量較低，燒后白度好，燒成溫度低，燒成范圍50～80℃，適于低溫快速燒成的溫差小的大截面輥道窯。若經淘洗或旋流分離，除去部分游離石英從而提高細分散部分的Al2O3含量，經深加工改善可塑性，也可用于高檔瓷質拋光磚，在開采原料時若能按不同品位進行預均化和二次均化，實現產品的標準化和系列化，保證原料質量的相對穩定，西豐土將具有非常廣闊的應用前景。 現已完成的遼寧省粘土資源普查表明，遼寧省境內發現瓷石類粘土礦近10處之多，目前得到大規模開發應用的只有法庫土，其用量在幾十萬噸/年，目前按遼寧省在當地千條線的生產規劃，法庫地產粘土資源供應壓力就會逐漸凸顯，這同時對遼寧其它粘土礦產地，提供難得的發展契機，通過對法庫土化學成分比較[1]，西豐土與法庫土化學成分基本類同，見表6，應用前景廣泛。

參考文獻

[1] 遼寧省陶瓷原料概況 . 遼寧省硅酸鹽研究所.

[2] 張銳， 王海龍， 許紅亮. 陶瓷工藝學[M]. 化學工業出版社， 2013.

[3] 熱分析. 南京工業大學.

[4] 楊于興， 漆=. X射線衍射分析[M]. 上海交通大學出版社， 1994.