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硅灰石在陶瓷釉面砖釉料中的应用试验
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摘要



用江西上高硅灰石代替釉料中部分方解石和石英,试制出中温生料釉和低温熔块釉,为建筑釉面砖低温快烧新工艺技术提供了试验依据。

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引言



近20年来,我国各地的许多家陶瓷企业采用硅灰石生产建筑釉面砖,取得许多成功的经验,改进了生产工艺,降低了生产成本,节能省时,大大提高了企业的经济效益,形成了符合当前节能减排要求的陶瓷低温快烧工艺技术。但是在中温生釉料、低温熔块釉代替价格昂贵的高温釉方面的研究却非常欠缺。我们课题组在硅灰石质建筑釉面砖坯的研制上,已取得一定的实用数据(烧成温度1170±10℃,烧成周期2h),如果采用长石、氧化锌、方解石、萤石作为主要熔剂配置生釉料,与生釉面砖坯相匹配,最低烧成温度为1180℃,但针孔较多,膨胀系数较大,难以与坯体相适应。为了解决这些问题,我们采用江西上高华杰泰硅灰石代替釉料中部分方解石和石英,试制中温生釉料和低温熔块釉,产品釉面光泽好、白度好、放射性低,耐酸耐碱性强,可较好地用于建筑釉面砖的生产,为低温快烧新工艺技术提供了试验依据。

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 硅灰石的陶瓷工艺特点





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硅灰石的陶瓷工艺特点主要有以下几个方面:

(1)硅灰石在建筑卫生陶瓷的坯釉料中,具有明显的熔剂作用,适量使用可以大大降低坯釉体的烧成温度和缩短烧成时间。

(2)由于硅灰石,受热膨胀率低、呈线形膨胀且变化均匀,因此在1200℃之前不会发生明显的吸热或放热效应,也不会发生相变,因此非常适宜于烧成工艺,并且能够明显缩短烧成周期,具有明显的节能效果。

(3)硅灰石不含结晶水和碳酸盐,烧成过程中不分解产生气体,既可降低产品的烧成收缩,避免产品的变形和开裂,又可减少釉面针孔的产生,提高釉面质量。

(4)硅灰石由于其节能、低温烧成、省时和产品理化性能的改善等优点形成的综合效应,可以促进陶瓷生产工艺、窑炉结构和操作方法的改进。实践证明采用硅灰石原料的坯体配方缩短了烧成时间,简化了生产工艺,节约了能源,降低了生产产品的成本,提高了产量与经济效益。当然,天然硅灰石必须经过科学合理的工艺配方,使其发挥最大的优越性能。否则也会出现许多麻烦。

例如由于硅灰石属于低温矿物原料,高温烧成时的相转变点在1120℃左右,硅灰石质坯体烧成温度超过1100℃时,容易发生变形,因此其烧成温度范围较窄;硅灰石的膨胀系数较低,若用量过大时,其坯体难以与釉料结合;再者,由于硅灰石呈现针形晶体状,难以粉碎磨细,因此球磨粉碎时间较长。不过这些并非是不能解决的问题。经过陶瓷工艺科技实验与改进,完全可以找到更好的科学配方。

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原料的确定





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选用上高硅灰石、龙岩高岭土、江西贵溪上祝瓷石、锆英砂、方解石、粉石英、滑石粉、氧化锌、荧石粉、硼砂等为原料。

江西上高硅灰石:上高硅灰石为高硅低铁品位稳定的硅灰石,储量达1200万吨,属大型硅灰石矿床。已建矿开采生产,经矿物鉴定,含有少量方解石和白云石。试样碎至100目后在双目镜下选出单矿物,其化学成分见表1。

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福建龙岩高岭:龙岩高岭为蚀变风化残积型高岭土,品位稳定,储量高达5294万吨,超大型矿床,已建矿生产,试验中采用精矿。其主要矿物为多水高岭,含有极少量石英和云母类矿物,其化学成分见表1。


江西贵溪县上祝瓷石:上祝瓷土矿为K石、石英斑岩型瓷石矿,品位稳位,储量在2843万吨,属超大型瓷石矿床,已建矿开采生产,主要矿物是石英、绢云母、伊利石,含有少量高岭石。

2.1  工艺过程的选定

原料→配料→球磨→过筛→施釉→釉烧→检验

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03




  中温生釉料





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3.1  中温生料釉研制

釉料配方设计:硅灰石质坯体素烧温度为1170±10℃,釉烧温度低于素烧温度。

原料选择:上高硅灰石、锆英石、龙岩高岭土、上祝瓷石、滑石、氧化锌粉、石英粉和萤石份,各种原料化学成分见表1。

硅灰石做中温助熔剂,可降低烧成温度和釉的膨胀系数,提高釉面的光泽等。

釉料配方的确定:以1#(不含硅灰石)配方为基础,用江西上高硅灰石代替方解石和部分石英得出2,再调整得出3,4,各硅灰石配方组成见表3。

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物理性能:白度为85,折射率1.56,耐酸碱为AAA,150~19±5℃热交换三次不裂。

从试验(见表4)可知,3*釉料配方使用坯体的温度和膨胀系数,色白而不艳,色泽柔和淡雅,内外墙装饰效果均好。而硅灰石含量>20%时,釉面白度下降。

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釉的组成:见表5工艺参数,以3釉为例,投料过200目筛,球磨1.5h,磨至500目筛余0.05%,烧成周期2.0h。

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3.2 中温生料釉烧成过程

用X射线衍射法,扫描电镜观察和不同温度下表观特征分析,明确得出3硅灰石质中温生料釉在烧成过程中主要发生以下几个变化:900℃,石英,长石,硅灰石等颗粒清晰可见,坯、釉之间界面清晰,气泡开始出现;1050℃,小晶粒尚可辩认,长石溶解,气体逸出,气体体积增大;1100℃,石英大部分溶入溶体,硅灰石与高岭土、滑石生成钙长石和透辉石;1125℃,小晶粒继续溶解,坯、釉中间可见侵蚀边缘,并溶有坯,气泡逐渐变小;1150℃,中间层有一定厚度,釉层成熟,其中尚有未溶解的斜锆石和锆英石。

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 低温熔块釉




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4.1  低温熔块釉研制

釉料配方设计:低温熔块釉与中温生料釉相比,增加了制熔块工序,但降低了烧成温度,且乳浊度和白度要优于中温生料釉。

原料选择:上高硅灰石,锆英砂,龙岩高岭土,上祝瓷石,石英,滑石,硼砂,氧化锌粉,萤石。化学成分见表1。

5#低温熔块釉的配方组成:见表6

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5#低温熔块釉的化学成分:见表7

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物理性能:白度89,耐酸碱AAA,折射率1.59,150~19±5℃,热交换一次不裂。


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结语




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5.1 硅灰石做中温助熔剂,可降低烧成温度和釉的膨胀系数,提高釉面的光泽,符合当前节能减排要求。

5.2在釉中采用硅灰石代替部分方解石和石英,能改善产品釉面质量,在烧成时不易吸咽,能熔融充分,釉面平滑,无针孔,无光效果好,色白而不艳,色泽柔和淡雅,内外墙釉面砖装饰效果均好。而硅灰石含量>20%时,釉面白度下降。


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