甘肅某地區(qū)陶瓷原料的成分分析與評(píng)價(jià)

王傳勝 王美蘭 李建彬

摘 要 陶瓷原料質(zhì)量好壞在整個(gè)陶瓷生產(chǎn)工藝流程中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樵腺|(zhì)量的穩(wěn)定既是整個(gè)生產(chǎn)工藝參數(shù)穩(wěn)定的前提條件，也是產(chǎn)品的質(zhì)量乃至整個(gè)生產(chǎn)線平衡且穩(wěn)定的重要因素，所以陶瓷原料的化學(xué)成分、礦物組成以及工藝性能都需要進(jìn)行全方面分析，并對(duì)其綜合評(píng)價(jià)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)甘肅某地區(qū)的陶瓷原料高嶺石礦物進(jìn)行全方面的化學(xué)組成分析，并通過(guò)對(duì)其工藝性能的探究進(jìn)行綜合評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該原料品質(zhì)較好，適用于陶瓷生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 陶瓷原料高嶺石；化學(xué)成分分析；工藝性能；綜合評(píng)估

0 前 言

本實(shí)驗(yàn)是對(duì)甘肅某地區(qū)的陶瓷原料進(jìn)行成分分析和評(píng)價(jià)，化學(xué)組成分析表明該地區(qū)高嶺石陶瓷原料品質(zhì)較好，接近高嶺石的理論組成且雜質(zhì)含量少，有害物質(zhì)Fe2O3含量也較低。工藝性能實(shí)驗(yàn)表明該高嶺陶瓷原料礦物的可塑性較好，干燥收縮大，干燥強(qiáng)度一般，這是因?yàn)槠浜辛焦軤畹亩嗨邘X石，可滿足陶瓷生產(chǎn)的要求；該高嶺土礦物中Al2O3的含量較高，因此耐火度很高，另外，由于它的K2O和Na2O含量較低，是制作低膨脹耐熱陶瓷的優(yōu)質(zhì)原料；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在1 300℃的燒成溫度下，試樣的體積密度為2.52g/cm3，吸水率為7.56%，收縮率達(dá)到22.32%，氣孔率為5.02%。在1 280 ℃的溫度下，白度達(dá)到81.23 %。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，該地區(qū)的高嶺土礦物成分組成較好，含鐵、鈦等有害成分很低，工藝性能也不錯(cuò)。因此，除了能生產(chǎn)一般的建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷，可以生產(chǎn)高檔的日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、耐熱陶瓷以及蜂窩陶瓷等產(chǎn)品。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及方法

1.1 陶瓷原料

1.1.1實(shí)驗(yàn)原料

本次實(shí)驗(yàn)所用原料為甘肅某地區(qū)的高嶺石，外觀性狀見(jiàn)圖1。

1.1.2實(shí)驗(yàn)原料的處理

首先對(duì)所有礦物進(jìn)行手工粗碎處理，再進(jìn)行24h的球磨處理，并將球磨、烘干后各原料進(jìn)行制樣測(cè)試。

1.1.3實(shí)驗(yàn)試樣的制備

試樣制備方法如下：

⑴球磨后的粉料預(yù)燒800℃，去除含有的有機(jī)物；

⑵把預(yù)燒好的原料準(zhǔn)確稱料；

⑶加入適量解凝劑Na2CO3充分磨勻；

⑷然后用壓機(jī)壓制成片（壓力在10MP左右），做好標(biāo)記，放入烘干箱烘干（溫度為80～110℃）。

1.1.4試樣的燒成

將烘干的試樣放置在電爐的中央位置，分別在所需溫度點(diǎn)下燒成?？煽焖偕郎刂磷罡邷囟龋_(dá)到最高溫度時(shí)保溫60min，自然冷卻至室溫。

1.2 分析設(shè)備及儀器

本研究采用精密分析天平（準(zhǔn)確至0.000 1g）、干燥箱（101-2型）、X射線熒光光譜儀（Axios型）進(jìn)行成分分析、采用德國(guó)BRUKER/AXS公司生產(chǎn)的D8 Advance型X射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行物相分析、采用德國(guó)Netzsch公司的STA449C型綜合熱分析儀進(jìn)行分析、采用日本電子公司生產(chǎn)的JSM-2010高分辨率透射電子顯微鏡和日本電子公司生產(chǎn)的JSM-35CF型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察，采用湘潭湘儀儀器有限公司生產(chǎn)的KS-B微電腦可塑性測(cè)定儀對(duì)高嶺土礦進(jìn)行可塑性分析。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 陶瓷原料的描述

外觀呈軟質(zhì)-半硬質(zhì)致密塊狀結(jié)合體，主體呈白色、微黃色，中間夾雜有灰、黃、褐等顏色，無(wú)光澤，手感細(xì)膩，有滑膩感。

2.2 陶瓷原料的組成

經(jīng)過(guò)熒光分析測(cè)試，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1中可見(jiàn)該原料的SiO2和Al2O3含量接近高嶺石的理論組成，有害組分之一Fe2O3含量較低，可直接用于陶瓷生產(chǎn)，另一種有害組分TiO2的含量未檢測(cè)到，但是有微量的P2O5。樣品中的K2O含量很低，可作為低膨脹陶瓷原料使用。SO3的含量也較高，故原料顯微黃色。該原料的燒失量高于純高嶺石的理論含量，表明含有多水高嶺石。

2.3 陶瓷原料的物相分析

通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜（見(jiàn)圖2），發(fā)現(xiàn)在2θ為12.86°、25.08°、38.55°和56.51°處的衍射峰，對(duì)應(yīng)為多水高嶺石。在2θ分別在13.15°、22.97°、25.05°、38.83°、56.61°和63.62°處的衍射峰，對(duì)應(yīng)為高嶺石。在2θ分別在120.05°、35.98°、55.11°和62.81°處的衍射峰，對(duì)應(yīng)為珍珠高嶺石。上述分析表明，該礦物由高嶺石、多水高嶺石和珍珠陶土組成。

2.4 陶瓷原料的差熱、熱重分析

陶瓷原料的差熱和熱重圖像見(jiàn)圖3所示。

由圖3可以看出：①在98.8℃時(shí)有一明顯的吸熱峰，同時(shí)伴有0.64%左右的失重，這是由粘土礦物中的高嶺石失去吸附水和層間水所致；②在561℃有一個(gè)明顯的吸熱峰，同時(shí)伴有19.14%左右的失重，這是由于加熱過(guò)程中高嶺石和多水高嶺石快速失去結(jié)構(gòu)水，使晶格破壞，高嶺石變成偏高嶺石，600℃后，殘余結(jié)構(gòu)水繼續(xù)排除，直至800℃；③加熱到1 000℃，繼續(xù)加熱到955.6℃，偏高嶺石轉(zhuǎn)化為2Al2O3·3SiO2尖晶石而產(chǎn)生的一個(gè)放熱峰。

2.5 陶瓷原料的顯微形貌特征

由SEM照片（見(jiàn)圖4）可觀察到大量的片狀或云狀高嶺石晶體，長(zhǎng)度在二到五個(gè)微米不等。因?yàn)樵O(shè)備條件有限，不能進(jìn)行TEM的測(cè)試，故不能進(jìn)行更詳細(xì)的分析。

2.6 陶瓷原料的工藝性能

2.6.1可塑性（見(jiàn)表2）

由表2中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，該高嶺土的可塑度和可塑性指標(biāo)均良好，這是由于原料含有的主要礦物是片狀結(jié)構(gòu)的高嶺石，從礦物的外觀看，這些高嶺土致密的結(jié)合在一起，其中含有一定的膠狀物質(zhì)，因而高嶺土的可塑性較好。

2.6.2干燥性能

采用可塑成型將泥料壓制成圓餅，在120℃下恒溫干燥后測(cè)試其收縮率和干燥強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯觯涸摳邘X土干燥后的強(qiáng)度均高于3MPa，因此，完全可以滿足陶瓷實(shí)際生產(chǎn)的需求。

2.6.3燒成性能（見(jiàn)圖5、圖6、圖7）

由圖5和圖6可以看出，隨著溫度的升高，原料高嶺土試樣的尺寸緩慢收縮，逐漸致密化，吸水率明顯降低；溫度高于1 150℃后，高嶺土試樣體積開(kāi)始劇烈收縮，同時(shí)氣孔率則隨著溫度的升高明顯減少；在1 300℃的燒成溫度下，試樣的體積密度為2.52g/cm3，吸水率為7.56%，收縮率達(dá)到22.32%，氣孔率為5.02%，該高嶺土的燒結(jié)溫度高于1 300℃。

由圖7可以看出，隨著燒成溫度的升高，原料高嶺土試樣的白度基本保持穩(wěn)定；當(dāng)燒成溫度升至 800℃，試樣急劇收縮，逐漸致密化，對(duì)光的反射能力增強(qiáng)，坯體的白度顯著增加。在1 280℃的溫度下，白度達(dá)到81.23%。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)高嶺礦物的成分分析和工藝性能的檢測(cè)，得到如下結(jié)論：

（1）該陶瓷原料品質(zhì)較高，有害物質(zhì)Fe2O3和TiO2的含量均較低，雜質(zhì)含量少，接近高嶺土的理論組成；物相分析表明構(gòu)成高嶺土原料的主要礦物為高嶺石和多水高嶺石，差熱-熱重分析結(jié)果與高嶺石礦物組成分析結(jié)果非常吻合；掃描電鏡分析結(jié)果表明，該高嶺土原料含有六方管狀結(jié)構(gòu)的多水高嶺礦物，和大量的片狀或云狀高嶺石晶體，顯微結(jié)構(gòu)分析也與礦物分析結(jié)果吻合。

（2）工藝性能分析結(jié)果表明該高嶺土礦物的可塑性較好，干燥收縮大，干燥強(qiáng)度一般，這是因?yàn)槠渲芯辛焦軤畹亩嗨邘X石，但可滿足陶瓷生產(chǎn)的要求；該高嶺土礦物中Al2O3的含量較高，因此耐火度較高，另外，由于它們的K2O和Na2O含量均較低，是制作低膨脹耐熱陶瓷的優(yōu)質(zhì)原料。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在1 300℃的燒成溫度下，試樣的體積密度為2.52g/cm3，吸水率為7.56%，收縮率達(dá)到22.32%，氣孔率為5.02%。在1 280℃的溫度下，白度達(dá)到81.23%。

（4）綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：該地區(qū)的高嶺土可以生產(chǎn)日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、耐熱陶瓷等產(chǎn)品。

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