江西南城瓷石礦理化性能分析及工藝性能研究

余 婷，劉敏芳，任立琴，高群力，查 越

（中國輕工業陶瓷研究所，景德鎮，333000）

0 引言

瓷石是生產陶瓷的主要原料之一，主要礦物成分是石英、絹云母、高嶺石和極少量長石及碳酸鹽等巖石礦物。瓷石即可單獨成瓷，也可替代或部分替代長石、石英，與高嶺土按一定比例混合配制成陶瓷坯料[1-2]。位于江西省南城縣潯溪鄉大竺村的瓷石礦藏豐富，且雜質含量較少，品味較高，但未見關于其物理化學性能及工藝性能等方面的報道。因此，本文通過多種測試分析方法對南城瓷石礦物理化學性能及工藝性能進行分析，為其在陶瓷生產中的應用提供依據。

1 南城瓷石的化學與礦物組成分析

1.1 化學成分分析

將南城瓷石礦原料搗碎，檢驗依據國家標準GB/T 14506.28-2010 《硅酸鹽巖石化學分析方法第28部分：16個主次成分量測定》，使用AXIOS X熒光光譜儀對南城瓷石礦進行化學成分分析，檢測結果列于下表1。

從表1化學成分數據可知，南城瓷石的化學成分中SiO2含量偏高，Al2O3含量相較低，熔劑性Na2O+K2O含量較高達3.54%，因此該瓷石的燒成溫度會較低。同時原礦中著色氧化物Fe2O3、TiO2和MnO含量較低。南城瓷土礦中Al2O3含量、堿金屬和著色氧化物含量均達到國家輕工行業標準《QB/T 2264-2016陶瓷用瓷石》中對一等品化學成分（Al2O3≥14；K2O+Na2O≥3；TiO2+Fe2O3≤0.5）的指標要求。

表1 南城瓷石主要化學成分

1.2 礦物組成分析

檢驗依據國家標準JY/T 009-1996 《轉靶多晶體X射線衍射方法通則》， 使用D8 Advance X衍射儀（XRD）分別對南城瓷石礦進行礦物組成分析，XRD圖譜見圖1所示。

由圖1南城瓷石礦X射線衍射圖譜和衍射數據分析得知，南城瓷石礦的主要礦物組成為石英SiO2（含量為56%）、白云母KAl2Si3AlO10(OH)4（含量為25%）、高嶺石Al2SiO5(OH)4（含量為12%）和微斜長石KAlSi3O8（含量為7%）。

圖1 南城瓷石礦X射線衍射（XRD）圖譜

2 南城瓷石的形貌表征

利用SU-8010場發射掃描電鏡對南城瓷石礦進行形貌分析，SEM圖片見圖2所示。

圖2 南城瓷石礦SEM圖片

由SEM圖片可以看出，南城瓷石礦樣品形貌由大小不等顆粒組成，說明該瓷土礦樣品成分比較復雜，有較多板狀或塊狀、少量疊片狀和六方管狀結構混合結構，其中疊片狀為高嶺石，六方管狀結構晶體無規律堆積為典型的管狀高嶺石族礦物結構[3]。片狀的厚度相差不大，邊緣形狀不規則，說明該高嶺土礦物結晶度較差。管狀多水高嶺石塑性比片狀高嶺石好，因此在泥料中呈現較好的塑性。瓷土礦物結構較緊密，邊緣清晰，風化裂隙不明顯，說明南城瓷土礦樣品的風化程度較弱。

3 南城瓷石的差分解過程研究

檢驗依據國家標準GB/T 6297-2008 《轉靶多晶體X射線衍射方法通則》，利用綜合差熱分析儀（DTA/TG，德國耐弛有限公司，型號STA449C）對南城瓷石礦進行差熱及失重分析，結果見圖3。

圖3 南城瓷石差熱/失重曲線圖

由圖3可知，試樣在107.2℃左右產生一個明顯的吸熱峰，這是由于層間水脫失引起的，這也是多水高嶺石的特征，說明南城瓷土礦樣品中含有一定量的多水高嶺石；在400～550℃溫度范圍內產生一個明顯的吸熱峰，峰值溫度為499.7℃，同時伴隨有明顯的失重現象產生，這是由于南城瓷土礦樣品中高嶺石脫結構水引起的熱效應，這種較低的排出結構水的溫度也說明了南城瓷土的結晶度較差；繼續加熱，隨后再產生了一個較小的吸熱峰，峰值溫度為573.7℃；在800～950℃溫度范圍內分別產生了兩個微弱的放熱峰，峰值溫度為846.5℃、868.5℃，這是由于石英的晶型轉變引起的，說明南城瓷土礦樣品中含有一定量的石英，這也與XRD測試結果一致；在950～1020℃溫度范圍內產生一個尖銳的放熱峰，此時峰值溫度為999.8℃，這是由于新晶相形成產生的熱效應引起的；在1140～1300℃溫度范圍內產生一個尖銳的吸熱峰，此時峰值溫度為1210.1℃，這是由于迅速形成了液相。

試樣的重量變化主要是在800℃之前完成，主要是有礦物的吸附水和層間水脫失的結果，失重曲線顯示總的失重量為-2.39%，與高嶺石礦物理論失重量相差較大，說明南城瓷土中高嶺石礦物較少，這與礦物組成分析結果一致[4]。

4 南城瓷石的工藝性能分析

將南城瓷石粉粹，造粒后壓制成圓形試片（Φ50mm），測試其自然白度和燒成白度（1310℃弱還原氣氛下燒制）。同時對南城瓷石泥料進行了可塑水、可塑指數等物理性能進行了檢測，檢測數據見表2。

表2 南城瓷石礦物理性能數據

從表2中數據可知，南城瓷石泥料的可塑水達22.3%，可塑指數為0.34，可推斷南城瓷石為可塑性一般的瓷石原料。南城瓷石泥料的抗彎強度和干燥線收縮分別為0.99MPa和2.6%，可見，其干燥線收縮較小但干燥強度較低，說明其含水率低不易變形，但干燥后的強度較低，難以滿足修坯、施釉及粘接等工藝要求。其燒成線收縮較大，用量較大時將產生有害應力，導致陶瓷坯體開裂。

南城瓷石自然白度較高，燒成白度平均值為75，白度的高低取決于原料中著色氧化物含量；由于鉀、鈉含量較高，因此南城瓷石耐火度較低，這與化學成份分析結果一致。

5 結論

通過測試分析可知，南城瓷石原礦主要礦物組成為石英、白云母、高嶺石和微斜長石，呈較多疊片狀和少量塊狀混合結構，其中片狀高嶺石的厚度相差不大，邊緣形狀不規則，結晶度較差。就化學成分而言，南城瓷石礦原料達到國家輕工行業標準《陶瓷用瓷石》中對一等品的指標要求。該瓷石原礦可塑性一般，粘性一般，干燥強度較低，干燥線收縮較小，燒成線收縮較大。由于該瓷石中著色氧化物含量低，從而具有較高的燒成白度，可廣泛應用于日用陶瓷及建筑陶瓷生產中。