淺談綠色環保高白玻化磚的制備范文

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摘要：本文闡述了一種通過研究坯體基礎配方研制、增強劑、稀釋劑和燒成制度制備得到不含硅酸鋯生產綠色環保高白玻化磚的制備方法。通過白度儀、流速儀、抗折強度測定儀表征了產品的色度值、流速以及強度。最終制備得到原料組成及含量為：東興砂20%、超白砂21%、福明砂5%、冰雪1#砂18%、水磨粉7%、超白球土12%、惠東原坭8%、石英粉5%、燒滑石1.5%、脫硅鋁粉3%，同時加高效增強劑A；稀釋劑為減水劑：水玻璃=1:1復合解膠劑。

關鍵詞：高白玻化磚；復合解膠劑；增強劑

1前言

超白磚的問世，為當今陶瓷市場注入一股新的活力，許多消費者十分鐘情于超白類的產品，掀起使用“超白磚”的風潮，因為潔白似雪的產品代表一種純凈、一種純潔無暇、一種心境。“買超白磚”成為當今瓷磚消費的一種潮流，并且受到許多追求時尚高品位人士的青睞。在現有技術中，超白磚一般都是以SiO2-Al2O3-R2O為基礎體系，外加一定量的硅酸鋯作為增白原料制備所得。然而由于硅酸鋯價格高漲、缺貨且屢屢導致產品放射性指數超標，尤其是內放射性指數，并且隨著中國經濟的持續快速發展，城市和工業化進程的不斷增加，環境污染日益嚴重，國家對環保的重視程度也越來越高，使硅酸鋯應用受限。本文創新性地通過研究坯體基礎配方來生產高白玻化磚，試圖通過一些無鋯增白的原料生產高白玻化磚，最終可以獲得理想效果的產品。

2主要研究內容

本研究涉及到一種綠色環保高白玻化磚的生產工藝，包括坯體基礎配方、增強劑、稀釋劑、燒成制度以及一系列的工藝參數等多項內容。

2.1坯體基礎配方研制對超白磚制備的影響

經過研究，優選出瘠性原料、可塑性原料、熔劑性原料，進一步研究四種坯體基礎配方對超白磚制備的影響。表1是4種坯體基礎配方表。分析得到配方4#是最佳的配方，但是配方4#相對于其它3個配方，成本相對較高，并且由于脫硅鋁粉的量相對較高，導致鋁的含量過高，在生產中難以控制。配方3#得到的各項指標達標，并且性價比最高，配方2#的雖然各項性能指標達標，但是經過拋光后會出現很多毛孔，降低了產品的防污性能。因此最終選擇配方3#為最優配方。

2.2增強劑對超白磚坯體強度的影響

近年來優質塑性粘土（如廣東黑泥和白泥）的產量越來越少，在此情況下，高性能坯體增強劑應運而生，現今絕大多數陶瓷生產企業都將坯體增強劑作為添加劑引入坯體中，以此提升生坯、干坯強度，提高產品質量。本項目研究高效增強劑A、液體增強劑B、甲基3種增強劑和不同添加量對超白磚坯體強度的影響。圖1是不同增強劑的種類和添加量制備超白磚坯體強度圖，從圖中可以看出隨著增強劑的添加量不斷遞增，超白磚坯體強度呈現穩步遞增的趨勢，并且甲基和高效增強劑A作用于超白磚的磚坯的增強效果相差不大，但二者均比液體增強劑B的增強磚坯的作用更好。圖2是不同增強劑的種類和添加量制備超白磚坯體漿料流速圖，從圖中觀察可知，超白磚坯體漿料的流速隨著增強劑的添加量不斷地增大而增大，并且液體增強劑B和高效增強劑A二者對超白磚坯體漿料的流速產生的作用不相上下，均比甲基的強。從性價比綜合考慮，選擇高效增強劑A，添加量為0.10～0.15wt.%。這是因為高效增強劑A作為坯體增強劑，其是一種纖維素醚，是天然纖維經過化學改性后獲得的一種水溶性好的聚陰離子纖維素化合物，易溶于冷熱水中，具有分散性、不易腐蝕、無毒無害等性能，是一種用途廣泛的天然高分子衍生物，并且高效增強劑A在高溫作用下，高分子長鏈之間相互纏繞，產生交聯作用，一方面使陶瓷顆粒彼此之間更加緊密的粘合，同時阻止顆粒在受力條件下產生位移，從而起到增強作用。

2.3稀釋劑對超白磚泥漿流速的影響

稀釋劑又稱為解凝劑、解膠劑，在陶瓷生產中是一種相當重要的添加劑。正確選擇和使用稀釋劑，能有效降低泥漿的黏度，提高泥漿的流動性，減少泥漿的含水率，從而提高經濟效益。本項目研究減水劑A、水玻璃、三聚磷酸鈉作為稀釋劑對制備超白磚漿料流速的影響。圖3是不同稀釋劑的種類和用量制備超白磚漿料流速V/s圖。從圖中分析可知，雖然三聚磷酸鈉對泥漿稀釋作用相比于減水劑A和水玻璃的稀釋效果明顯更優（三聚磷酸鈉的解膠機理主要為離子置換和螯合效應，解膠效果明顯），但是其成本很高，對于批量化生產不適合。當減水劑A和水玻璃的添加量分別為0.6～0.7wt.%時，漿料的流動性達到最佳。因此，從性價比考慮，當以減水劑A：水玻璃=1：1作為復合解膠劑時，漿料的流動性最好，并且產生利益最大化。這是因為水玻璃是一種水溶性硅酸鹽，解膠機理主要為離子置換（如水玻璃公式1）。其化學式為R2O•mSiO2•xH2O，陶瓷行業中模數m通常在2.0～3.5，當m≥2，水玻璃為液態，粘度大，對倉儲和運輸多為不便，如果在陶瓷生產中添加量大時，解膠后由于-Si-O-網絡體的富聚，導致坯體在燒成前和燒成后的脆性增大，影響抗折強度，尤其在瓷質磚中的影響更明顯，但水玻璃成本很低，減水劑A的解膠機理主要為離子置換，調整減水劑A模數，使其由液態轉變為固態，或者采用高溫熔融反應法直接生產為化合水較少的減水劑A固體，改善水玻璃倉儲和運輸的缺點，與此同時，Na+離子含量的提高，使離子置換幾率增大，效果更加明顯，SiO32-離子含量相對降低，解膠后Si-O-網絡體的富聚現象降低，減小對坯體強度的不良影響，水玻璃和減水劑A彼此之間相輔相成，以減水劑A：水玻璃=1：1作為復合解膠劑，使漿料的流動性達到最佳，使批量化生產成本降低。2.4燒成制度對超白磚制備的影響燒成是陶瓷工藝的第三個重要工序，是通過高溫處理，使坯體發生一系列物理化學變化，形成預期的礦物組成和顯微結構，從而達到固定外形并獲得所要求效果的工序。坯體的煅燒過程主要分為四個階段：低溫階段（室溫～300℃）、氧化分解與晶型轉變階段（300～950℃）、高溫階段（950~1210℃）、冷卻階段（1210℃～室溫）。各階段的物理化學反應如表3超白磚坯體在燒成過程中的物理化學反應所示。本項目研究了1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃煅燒溫度對超白磚制備的影響。圖4是不同煅燒溫度制備超白磚的吸水率-收縮率，從圖中可以看出，當煅燒溫度大于1210℃，超白磚的吸水率和收縮率呈現遞增的趨勢，當煅燒溫度低于1210℃，超白磚的吸水率和收縮率呈現遞減的趨勢，當煅燒溫度為1210℃，超白磚的吸水率和收縮率達到最佳值，吸水率低于國家標準為0.03%，收縮率為8.39%。這是因為，在K2O-Al2O3-SiO2系統中，當溫度在300～950℃期間，石英在573℃發生β-石英→α-石英的晶型轉變，伴有0.82%的體積膨脹，并且，在920℃時形成少量液相，其可起到粘結顆粒的作用，使顆粒之間的距離變小，從而使坯體的機械強度增加。粘土在925℃左右經過放熱反應，生成鋁硅尖晶石開始轉化為莫來石，長石約在1170℃開始分解，析出白榴石并生成液相，在1210℃左右，隨著溫度的升高，石英的溶解度迅速增大，石英含量降低，從而熔體的成分不斷變化，大量液相的產生，一方面促使晶體發生重結晶，由于細晶溶解度大于粗晶，所以小晶體溶解后就向大晶粒上沉積，導致大晶粒尺寸進一步長大，另一方面液相起著致密化的作用，由于表面張力的拉緊作用，使它能填充顆粒間隙，促使固體顆粒相互靠攏，從而使莫來石、殘余石英與瓷坯中的其它組分彼此合成整體，組成致密的具有較高機械強度的瓷坯。因此，當煅燒溫度為1210℃，超白磚的吸水率和收縮率達到最佳值。

3結論

本項目創新性地以脫硅鋁粉、惠東原坭、石英粉等原料構成以SiO2-Al2O3-R2O為基礎體系的配方，在1210℃左右的溫度范圍內制備得到放射性達標、防污能力強、白度達到60度以上的高白玻化磚。經過對一系列因素的研究，最終獲得以下幾點項目總結：（1）最終確定項目的試驗配方如表4。（2）從性價比綜合考慮，選擇高效增強劑A，添加量為0.10～0.15wt.%。（3）水玻璃和減水劑A彼此之間相輔相成，以減水劑A：水玻璃=1：1作為復合解膠劑，使漿料的流動性達到最佳，使批量化生產的利潤達到最大值；當煅燒溫度為1210℃，超白磚的吸水率和收縮率達到最佳值。

作者：潘婷 歐陽文 單位：佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司