陶瓷薄板優(yōu)質(zhì)粉料制備工藝

王銀川

摘 要：本文概述了陶瓷薄板用優(yōu)質(zhì)粉料的工藝性能、制備優(yōu)質(zhì)粉料的工藝條件、原料球磨、料漿處理，以及制備優(yōu)質(zhì)粉料的設(shè)備-噴霧干燥塔的控制等工藝技術(shù)，從而獲得生產(chǎn)陶瓷薄板使用的優(yōu)質(zhì)粉料。

關(guān)鍵字：陶瓷薄板；粉料；制備

1 前言

目前，陶瓷薄板生產(chǎn)線正在各陶瓷產(chǎn)區(qū)悄然興起。生產(chǎn)管理控制中，優(yōu)質(zhì)粉料的制備對陶瓷薄板的成型、燒成具有關(guān)鍵性的意義。日常管理中，生產(chǎn)管理者往往忽視了對粉料優(yōu)良性能的要求，而只著重于窯爐和壓機方面的調(diào)試。

2 陶瓷薄板優(yōu)質(zhì)粉料的工藝性能

2.1 顆粒級配

顆粒級配及顆粒的大小，通常用其線性尺寸-粒徑來描述。如果顆粒尺寸較大，雖然流動性較好，但壓制成型的坯體比較粗糙；顆粒尺寸小的粉料壓制成型的產(chǎn)品磚坯表面細(xì)膩、質(zhì)感好，但較小的細(xì)微粉料容易填塞排氣通道，造成排氣困難，極易產(chǎn)生壓制裂紋等缺陷。同時，由顆粒堆積緊密性原理可知，利用同一規(guī)格尺寸的顆粒緊密堆積時，其孔隙率高達45%；而利用50%的粗顆粒，10%的中顆粒，40%的細(xì)顆粒緊密堆積時，其孔隙率可降至22%以下，可見，利用顆粒粒度更多的顆粒級配堆積時，其孔隙率更低，磚坯的致密度更高，坯體的機械強度更好，燒制后磚坯表面光潔度更高。顯然，微粉拋光磚的生產(chǎn)面料配比一般在30～35%，良好地體現(xiàn)了粉料多級配的顆粒緊密堆積的基本原理。

2.2粉料的含水率

陶瓷粉料的含水率在很大程度上影響了顆粒的結(jié)合強度及壓機模具的粘模等。粉料含水率較低時，有利于延緩粘模時間，但水分較低時顆粒的結(jié)合強度較差，這就需要在漿料中加入適量的結(jié)合劑來提高粉料的結(jié)合能力。

2.3粉料的容重

粉料的容重是指粉料在重力作用下填滿單位體積容積時所具有的質(zhì)量，它主要取決于泥漿的含水率、黏度、配方及泥漿的霧化壓力等參數(shù)。粉料容重越大，其顆粒堆積的越緊密，坯體機械強度越高；反之，粉料容重低時，顆粒堆積不緊密，坯體機械強度低。

2.4粉料的流動性

粉料的流動性的檢測，通常是讓一定量的粉料通過標(biāo)準(zhǔn)漏斗（出料口內(nèi)徑一般為5 mm），粉料經(jīng)過漏斗出料口的時間，即可確定粉料的流動性。

2.5粉料的顆粒硬度和壓縮比

粉料具有一定的硬度有利于粉料的輸送和填料，硬度較差的粉料易碎，影響顆粒級配。粉料的壓縮比是填料模腔體積與所得坯體的體積之比，當(dāng)前粉料的壓縮比通常為2～2.5。

3 優(yōu)質(zhì)粉料的制備工藝條件

3.1穩(wěn)定的瓷質(zhì)磚坯體配方結(jié)構(gòu)

3.1.1陶瓷的主要構(gòu)成原料、作用及化學(xué)成分

陶瓷是由天然礦物，如粘土、瘠性原料（如：石英）、溶劑原料（如：長石），以及少量的化工料按適當(dāng)?shù)谋壤?，?jīng)粉碎、成型、并在高溫?zé)傻那闆r下，經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，所形成的堅硬制品。粘土作為可塑原料，起粘結(jié)成型作用；石英作為瘠性原料，起骨架的作用；長石作為熔劑原料，起助熔作用。主要化學(xué)成分：氧化鉀（K2O）、氧化鈉（Na2O）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化硅（SiO2）、氧化鋁（AL2O3）、氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈦（Ti2O）等。跟地球的表層結(jié)構(gòu)成分相似。地殼的八大主要成分：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg ，這8種元素占地殼總量的97.7%。

3.1.2石英

石英（SiO2）是陶瓷坯釉中的主要化學(xué)成分之一，石英是一中瘠性物料（類似河沙）。石英的作用有：（1）在坯體種降低干燥收縮；（2）一部分石英溶解在長石玻璃中，而未熔的殘留石英顆粒，則構(gòu)成瓷坯骨架，防止軟化變形；（3）石英在高溫下的晶型轉(zhuǎn)化產(chǎn)生膨脹可以部分的抵消坯體收縮產(chǎn)生的負(fù)面影響；（4）在釉料中為生成玻璃的主要成分。

石英的理化性質(zhì)如下：（1）成分：主要為SiO2，含極少量的雜質(zhì)如：Fe2O3、CaO、MgO、 Al2O3等；（2）外觀：呈乳白色、白色、灰色、半透明、斷面玻璃光澤或脂肪光澤，莫氏硬度7；（3）多種結(jié)晶形態(tài)和玻璃態(tài)，加熱過程中的多晶轉(zhuǎn)化特性。573℃時，在轉(zhuǎn)化過程中有0.82%的體積變形，屬高低溫型快速轉(zhuǎn)化，雖轉(zhuǎn)化體積變化小，但速度快，升溫或冷卻控制不當(dāng)將導(dǎo)致產(chǎn)品開裂，所以要引起高度重視。

配方中可單獨加石英，也可不加，因為其它原料中含大量的石英成分，此次配方中未單獨加入石英。

3.1.3 長石

長石是一種溶劑原料，主要引入堿金屬氧化物，如：K2O 、Na2O。

長石的作用有：（1）有助于降低燒成溫度和加快成瓷反應(yīng)的進行，使坯體逐漸致密。因坯體中石英、粘土都有很高的熔點，而長石在1100～1200℃熔融形成長石熔體。在高溫下能溶解部分高嶺石分解物和石英顆粒，加快成瓷；（2）有助于莫來石晶體的發(fā)育和改善瓷坯的機械性能（抗折度）；（3）高溫下長石具有一定的粘度（特別是鉀長石）能防止高溫變形；（4）熔體冷卻后形成的玻璃相能提高制品的透光性；（5）在坯料中也是一種瘠化劑，可降低坯體干燥變形和縮短干燥時間。

長石的理化性質(zhì)如下：（1）成分：長石的主要化學(xué)成分是：SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO，雜質(zhì)含量少，其中以Fe2O3最為有害；（2）熔融性：作為溶劑，熔融特性最為重要。理論上：鉀長石的熔融溫度為1190℃、鈉長石為1100℃，因含有CaO、MgO、Fe2O3和少量石英、云母等雜質(zhì)，所以長石能在一定溫度下軟化，變成長石玻璃。鉀長石在1150℃左右開始熔融，生產(chǎn)白榴子石（K2O·Al2O3·4SiO2）和硅酸玻璃，1530℃全部變成液相。可見熔融范圍寬；鈣長石在1550℃熔融范圍窄，一般由于釉、玻璃；鋇長石在1715℃熔融建陶不采用，鋇長石一般用于玻璃、特種陶瓷。（3）長石熔體的粘度隨溫度的變化性：高溫下鉀長石融化慢，粘度較大。隨著溫度提高，粘度變化緩慢； 鈉長石熔融物融化快，粘度小，隨著溫度提高粘度降低很快，同時鈉長石熔體對粘土和石英顆粒的溶解作用比鉀長石要大。

3.1.4粘土

粘土是一種含水鋁硅酸鹽礦物，是地殼中最廣的成分之一，粘土已在陶瓷、造紙、橡膠工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

粘土的作用有：（1）有利于坯體成形。陶瓷坯料一般采用粘土、石英和長石等基本原料配制而成。其中石英、長石均是瘠性原料，本身缺乏可塑性，更無結(jié)合能力，因此必須依靠粘土原料特有的可塑性能、結(jié)合性能以及泥漿的懸浮穩(wěn)定性能獲取所需的成形性能，以便使陶瓷坯體得以成形；（2）使半成品具有一定干燥強度。成型后的半成品經(jīng)干燥后，由于粘土原料的結(jié)合，使半成品具有一定的干燥強度，從而保證坯體在修粘、施釉、搬運及裝缽各道工序中不致引起破損。（3）構(gòu)成瓷坯骨架。在燒成過程中，粘土經(jīng)過一系列物理化學(xué)反應(yīng)將轉(zhuǎn)化為莫來石晶相而成為瓷坯的主要骨架，莫來石晶體的骨架作用，不僅有效地增加了制品抵抗燒成變形能力，拓寬燒成范圍，而且使燒成后的制品具有較高的機械強度與良好的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。

粘土的性質(zhì)及工藝性能：（1）粘土具有3種性質(zhì)、即可塑性、灼燒后的固結(jié)性及微細(xì)的顆粒。粘土是各種顆粒微細(xì)的礦物組成的混合體，它在與水調(diào)和后，可塑成各種形狀，干燥后保持塑成的形狀，經(jīng)煅燒至適當(dāng)?shù)臏囟热圆皇Ш駹睿易兊脦r石般堅硬；（2）粘土的工藝性能：可塑性、結(jié)合性、收縮性、燒結(jié)性、耐火度、燒后色澤。

可塑性：是粘土原料的重要工藝性能，含適量水份的粘土團，在一定外力作用下產(chǎn)生形變而不開裂，除去外力仍保持其形變的性能稱為可塑性。可塑性與粘土的類型、顆粒大小和形狀，粘土膠粒吸附粒子、分散介子相關(guān)。

結(jié)合性：粘土的結(jié)合性是粘土粘結(jié)一定細(xì)度的瘠性物料形成可塑泥團，并有一定干燥強度的性能。通常粘土的可塑性愈強，結(jié)合性也愈好，在粘土能夠形成可塑泥團的前提下，摻入標(biāo)準(zhǔn)的最高量來表示結(jié)合性的大小。

收縮性：粘土原料的收縮包括干燥收縮、燒成收縮和總收縮。干燥收縮是粘土干燥至恒重，由于氣孔中和水化膜中的水分排除，空隙減小，顆粒間距離縮短而產(chǎn)生的長度或體積的縮小。燒成收縮是在高溫下經(jīng)燒成，由于結(jié)晶水排除，粘土中產(chǎn)生的液相填充空隙，顆粒由于表面張力的作用而靠攏，或形成新的結(jié)晶相所引起的長度或體積的縮小。總收縮則是試樣干燥前至燒成后總的尺寸變化。

收縮率計算公式： S=（L1-L2）∕L1×100﹪

S—收縮率

L1—干燥前或燒前的尺寸

L2—干燥后或燒后的尺寸

燒結(jié)性：粘土是由多種礦物組成，它沒有固定的熔點。而是在相當(dāng)大的范圍內(nèi)逐漸軟化。

粘土被加熱到一定穩(wěn)定（800℃）階段，便開始劇烈收縮，隨著溫度升高，氣孔率不斷下降，密度不斷提高，收縮逐步加劇，當(dāng)溫度升高到一定溫度時，氣孔率下降至最低值，密度和收縮率達到最大值，呈現(xiàn)燒結(jié)狀態(tài)，該狀態(tài)稱為燒結(jié)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高至一定值時，由于液相增加，氣孔率又增加，密度下降。燒結(jié)性包括燒結(jié)溫度和燒結(jié)范圍，這兩項參數(shù)取決于原料的化學(xué)組成和礦物組成。

燒后色澤：作為建陶產(chǎn)品對粘土的燒后顏色要求是要白度高，白度與礦物成分、鐵質(zhì)等因素有很大關(guān)系。

3.1.5 其它原料

滑石：是一種層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，與蒙脫石、葉臘石結(jié)構(gòu)類似?；且环N含水硅酸鎂，化學(xué)式為3MgO·4SiO2·2H2O，理論上含MgO：31.7%，通常為29%左右。

滑石沒有粘土的特性，比較柔軟，具有細(xì)膩感。我們常用的滑石為黑滑石和燒滑石?；瘜υ黾优饔园锥?、增寬燒成范圍、降低坯體溫度起到很好的作用。

3.1.6陶瓷添加劑

減水劑：也叫稀釋劑或解膠劑，實際上是一種電解質(zhì)。電解質(zhì)之所以能產(chǎn)生稀釋作用，在于它能該邊泥漿中粘土粒子膠團的雙電層厚度和∈電位。

（1）稀釋劑中的電解質(zhì)

a具有水化能力大的一價陽離子，如Na+。

b能直接離解或水解而提供足夠的OH-，使分散系統(tǒng)呈堿性。

c它的陰離子能與粘土中有害離子形成難溶的鹽類或穩(wěn)定的絡(luò)合物。

（2）常用稀釋劑分為無機電解質(zhì)類和有機鹽類

a無極電解質(zhì)類主要有：水玻璃、碳酸鈉（Na2CO3）、磷酸鈉（NaPO3）、氫氧化鈉（NaOH）等。

b有機鹽類如：腐植酸鈉（RCOO-Na）

（3）檢測減水劑主要檢測它的解膠性能，通過對比試驗檢測

增強劑：增加坯體的干燥強度，是一種臨時粘合劑。增強劑實質(zhì)也是一種聚合電解質(zhì)。

4 穩(wěn)定的漿料性能要求

4.1配料的準(zhǔn)確性

上料地磅（10～30 T）應(yīng)精確到±20 ㎏，皮帶稱精確到 ±0.1 ㎏，加水用表精確到0.1 m3，添加劑精確到±0.25 ㎏；

上料程序：看似小事，實際上關(guān)系到配方的準(zhǔn)確性和工藝操作的可行性?；卷樞颍合壬喜糠萆百|(zhì)料，有利于皮帶運輸，量少的料或易揚塵的料夾在中間。

4.2球磨

坯體的細(xì)度對產(chǎn)品的燒成有很大影響，如果細(xì)度波動大，就會導(dǎo)致產(chǎn)品燒成時收縮不等，同一批產(chǎn)品有不同的尺寸及平整度，為穩(wěn)定坯料細(xì)度，必須嚴(yán)格控制球磨機中未充填空間高度、球磨機轉(zhuǎn)速、球磨時間，及時補充球磨介質(zhì)。

領(lǐng)取球磨入料單后球磨工應(yīng)掌握各種原料及化工料的用途對生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)要求有很大幫助；入料前，首先要檢查各種機器設(shè)備是否是正常運轉(zhuǎn)，如有異常，應(yīng)及時修理；在入料過程中，大塊的泥團必須切細(xì)，發(fā)現(xiàn)有雜物，及時清除。加球石時，一定要把球石清洗干凈，球磨機的球石級配和添加，對配方的影響很大。因此，每入完一球料后，必須把散落在地的泥沙及時清回該球，避免影響漿料質(zhì)量；原料全部入球后，要停止送料，進行擺球使料落入球內(nèi)，擺球時，要注意安全；坯料的細(xì)度對產(chǎn)品的燒成有很大的影響，如果細(xì)度波動大，就會導(dǎo)致產(chǎn)品燒成收縮不等，同一批產(chǎn)品有不同的尺寸，為穩(wěn)定坯料細(xì)度，必須控制球磨機的未填空間高度，球磨機的轉(zhuǎn)速，球磨時間，及時補充球磨介質(zhì)，所以，當(dāng)所用原料硬度變化時，必須調(diào)整球磨時間；要按照配方單的要求準(zhǔn)確放入輔料，放化工料時，一定要準(zhǔn)確過磅，必須嚴(yán)格要求，加水時，要按照水池規(guī)定的刻度衡量加水重量，要按工藝參數(shù)控制好漿料的比重及流速；加球石時，60 T球磨機空球的高度不能超2.2～2.3 m以防造成加磨球磨效率低，球磨時間長。一般情況下，陶瓷薄板漿料球磨時間為11～15 h，不能少于11 h，有的企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，將球磨時間降到10 h以內(nèi)的做法是錯誤的，該漿料對后期燒成波動影響很大。

4.3 漿料的處理

球磨的出漿到漿池陳腐，必須進行過篩，除鐵，濾去粗料和雜質(zhì)，使?jié){料含鐵量低于0.3%。原則上必須先過篩，除去漿料中的粗大顆粒，樹根、腐植物及其它雜質(zhì)等，再進行漿料除鐵，增強度良好的效果。漿料過篩除鐵必須經(jīng)過三級以上控制工藝，即球磨機至放漿池為第一級，放漿至儲漿池為二級，儲漿池至噴霧塔中轉(zhuǎn)缸為三級過篩除鐵。

過篩工藝控制：放漿12～20目篩網(wǎng)；過篩除鐵：80～100目篩網(wǎng)；中轉(zhuǎn)缸，面料100目。

漿池的體積應(yīng)可存放一天以上的產(chǎn)量，漿池體積越大，越能達到均化的目的，但要保證攪拌均勻，泥漿除了在攪拌葉的作用下旋轉(zhuǎn)外，還必須上下回流交換，撞擊，以避免泥漿分層開成攪拌不到的死角而總成沉淀，引起不均勻分布。一般泥漿儲存時間不宜太久，以不超過3日為宜，時間過久造成色差。

陶瓷薄板優(yōu)質(zhì)漿料工藝性能：漿料細(xì)度（250目篩余）0.8～1.2 g；漿料流速：28～45 s；漿料水分：32.5～35.5%；漿料比重：1.690～1.730；漿料濃度：58～63波美度；懸浮性：存漿3日無沉淀、無分層、無觸變。

5 優(yōu)質(zhì)粉料制備的主要設(shè)備-噴霧干燥塔

5.1噴霧干燥塔工作原理

采用中壓泵將泥漿壓送至供漿管路，供漿管路的過濾裝置過濾掉泥漿里的雜質(zhì)，然后經(jīng)過過濾的泥漿通過供漿管到達塔內(nèi)噴槍裝置，通過安裝在塔內(nèi)噴槍裝置里的噴嘴將泥漿霧化，經(jīng)霧化的泥漿變?yōu)榫哂休^大表面積霧滴；同時排風(fēng)機吸入的空氣經(jīng)熱風(fēng)爐加溫成熱空氣，產(chǎn)生的熱空氣經(jīng)塔頂?shù)臒峥諝夥峙淦骶鶆蚺湃胨?nèi)，泥漿霧滴在很短的時間內(nèi)，經(jīng)塔內(nèi)熱風(fēng)干燥成近似球形的顆粒，顆粒落在干燥塔底部，經(jīng)粉料放料閥放出。帶有微粉的廢氣通過布袋除塵器分離出來，廢氣除塵的廢氣凈化后，通過煙囪排入大氣。本系統(tǒng)利用熱空氣對泥漿噴干造粒，由于是連續(xù)工作過程，生產(chǎn)的粉料含水率穩(wěn)定，流動性好，特別適宜以陶瓷薄板的粉料制備，工作原理見圖1。

5.2 噴霧干燥控制參數(shù)

已制備好的漿料需經(jīng)噴霧干燥塔燒制成含一定水份的顆粒狀粉料，以供壓磚機壓制成坯。噴霧干燥主要控制以下幾個參數(shù)，泥漿濃度，進熱風(fēng)溫度，排風(fēng)溫度，塔內(nèi)負(fù)壓，坯粉含水量。

（1）泥漿濃度，對坯粉的容重量和顆粒度有很大影響。泥漿濃度提高，坯粉的容重也更大，同時泥漿粘度增大，霧化效果下降，霧滴變粗，顆粒增大，在其它條件不變的情況下，泥漿濃度提高單位重量的坯粉能耗下降。

（2）排風(fēng)溫度是一個主要參數(shù)，在其它條件不變時，排風(fēng)溫度能反映粉料的干濕度，熱風(fēng)溫度的下降與上升影響粉料水份的增加與減少，熱風(fēng)爐溫度過高或過低，其坯粉就過干或過濕。一般通過調(diào)節(jié)混漿流量或燃油供給量來保持熱風(fēng)溫度不變，使坯粉含水率恒定。

（3）塔內(nèi)負(fù)壓在操作中應(yīng)控制得當(dāng)，開大排風(fēng)閘板及關(guān)小配風(fēng)閘板可升高塔內(nèi)負(fù)壓，塔內(nèi)負(fù)壓小時出現(xiàn)出現(xiàn)供熱風(fēng)不足，干燥塔水蒸氣排不走，粉料較濕，易出現(xiàn)粘壁，并造成過篩困難，產(chǎn)量也低；塔內(nèi)負(fù)壓過高，熱風(fēng)爐火焰斷火，爐溫不易保持穩(wěn)定。

（4）噴霧干燥塔的噴槍數(shù)量根據(jù)所要求的產(chǎn)量、坯粉含率、顆粒級配來定，在噴槍的噴嘴中，泥漿高速旋形成霧滴，均勻地以錐體狀散開，決定噴嘴霧化的主要因素是旋片結(jié)構(gòu)，噴嘴孔的磨損程度，泥漿的濃度和粘度，增加泥漿粘度或濃度，噴霧錐角變小，粒度變粗，噴嘴孔徑變大也會使粒度變粗；增加泥漿粘度或濃度，噴霧錐角變小，粒度變粗，噴嘴孔徑變大也會使粒度變粗；增加泥漿壓力，噴霧錐角變大，粒度變細(xì)。

6 結(jié)論

（1）在漿料中加入適量的結(jié)合劑可提高粉料的結(jié)合能力。

（2）當(dāng)所用原料硬度變化時，必須調(diào)整球磨時間，一般情況下，陶瓷薄板漿料球磨時間為11～15 h，不能少于11 h。

（3）陶瓷薄板優(yōu)質(zhì)漿料的要求為：漿料細(xì)度（250目篩余）0.8～1.2 g；漿料流速：28～45 s；漿料水分：32.5～35.5%；漿料比重：1.690～1.730；漿料濃度：58～63波美度；懸浮性：存漿3日無沉淀、無分層、無觸變。

（4）噴霧干燥主要控制以下幾個參數(shù)：泥漿濃度，進熱風(fēng)溫度，排風(fēng)溫度，塔內(nèi)負(fù)壓，坯粉含水量。