建筑陶瓷廠某配方土的解膠實(shí)驗(yàn)研究

趙翀+胡飛+蔣榮峰

摘 要：針對某建筑陶瓷廠的配方土進(jìn)行解膠實(shí)驗(yàn)，加入市售減水劑九水偏硅酸鈉，三聚磷酸鈉，水玻璃，腐植酸鈉以及自制聚丙烯酸鈉，并對所述減水劑進(jìn)行復(fù)配。通過對泥漿的含水率，流速，觸變性以及ζ電位的測定，評價(jià)各減水劑及其復(fù)配對配方土的解膠作用。研究表明：只有水玻璃對此泥漿解膠效果最好，當(dāng)泥漿含水率31.03%時(shí)，加入水玻璃1 g，流速達(dá)77.27 s，觸變性1.04。

關(guān)健詞：建筑陶瓷；減水劑；配方土；泥漿性能

1 前言

近幾十年來，隨著中國建筑陶瓷產(chǎn)品需求的增加和工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)高能耗一直是一個(gè)比較嚴(yán)重的問題。建陶產(chǎn)業(yè)的高能耗主要體現(xiàn)在干燥和燒成過程[1]。因此，泥漿中的水分應(yīng)在滿足生產(chǎn)要求的前提下越少越好。泥漿中水分含量越低，干燥和燒成所需的時(shí)間越少，消耗能量越少[2] ，陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)的成本越低。

為達(dá)到這個(gè)目的，企業(yè)一般在陶瓷泥漿中加入解凝劑，亦稱減水劑、分散劑或解膠劑。解凝劑通過綜合作用，能使泥漿含水量低的同時(shí)具有良好流動(dòng)性、操作性和穩(wěn)定性[3] 。然而國內(nèi)建陶行業(yè)地區(qū)跨度較大，不同地區(qū)的坯料配方都會(huì)有差別[5]，所制備的泥漿性能也都不一樣，加入的減水劑也需要根據(jù)泥漿的性能做出相應(yīng)的變化。本文就某建筑陶瓷廠的配方土泥漿進(jìn)行解膠，確定最佳減水劑的種類及其用量。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所使用的配方土，由高安某建陶廠提供，其化學(xué)組成見表1。由圖1所示的XRD結(jié)果可知，該配方土的主要礦物成分為石英，白云母，高嶺石。

2.2實(shí)驗(yàn)試劑

本實(shí)驗(yàn)所用試劑包括如下工業(yè)級化工原料：三聚磷酸鈉，九水偏硅酸鈉，水玻璃，腐植酸鈉，聚丙烯酸鈉（本課題組自制）。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

2.3.1 泥漿的制備

實(shí)驗(yàn)前取配方土放入烘箱中于105℃烘至恒重，然后放入顎式破碎機(jī)中進(jìn)行粗碎備用。每組實(shí)驗(yàn)均用電子稱稱量200 g配方土裝入球磨罐中，加入350 g氧化鋁球磨子，并加入一定量的水和減水劑，球磨5 ～ 10分鐘。

2.3.2 流動(dòng)性和觸變性的測試

在室溫下，取100 ml配方土泥漿倒入涂式杯中，分別測量泥漿靜置30 s、5 min后從涂式杯流出所用的時(shí)間（s）。用t30s表示泥漿的流動(dòng)性，測量其流速，觸變性=t5min/t30s；其中t30s和t5min分別表示泥漿靜置30 s和5 min從涂式杯流出所用的時(shí)間。

2.3.3 泥漿ζ電位測試

取2 g球磨好的配方土泥漿，用50 ml自來水稀釋，攪拌均勻后采用宏觀電泳儀測量其ζ電位[4]。同一樣品測量5次，取平均值。

2.3.4 泥漿含水率測試

稱量部分泥漿W1，放入烘箱中烘干至恒重，并稱量烘干后重量W2，計(jì)算其含水率=（W1-W2）/W1×100%。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 不加減水劑時(shí)泥漿——水系統(tǒng)性能

表2為沒有加減水劑時(shí)，泥漿-水系統(tǒng)性能測試結(jié)果。從表2中可以看出此配方土的流動(dòng)性較差，加入160～180 g水時(shí)，泥漿沒有流動(dòng)性。只有當(dāng)含水率到48.72%時(shí)，泥漿才流動(dòng)，但此時(shí)泥漿的含水率過高，大幅提高了噴霧干燥的能耗，達(dá)不到建陶廠的生產(chǎn)要求。

3.2 九水偏硅酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中加入的九水偏硅酸鈉含量從0.5 ～ 1.5 g，水含量110 ～ 90 g，測量的流速，觸變，含水率及ζ電位的結(jié)果如表3所示。

圖2為泥漿流速與ζ電位比較圖，ζ電位與流速的變化趨勢無相關(guān)性。這表明九水偏硅酸鈉對于泥漿的解膠作用不全是因?yàn)殪o電效應(yīng)。當(dāng)往泥漿中加入0.5 g九水偏硅酸鈉，水含量為110 g時(shí)，泥漿流速為32.06 s。保持九水偏硅酸鈉的量不變，減少水含量至100 g，流速下降，為62.28 s，并且觸變值較大。繼續(xù)增加九水偏硅酸鈉的量和減少含水量，泥漿流速急劇下降到163.62 s。對比圖2可以看出，泥漿的ζ電位開始是降低的，流速是減小的。這有可能是由于泥漿中引入的Na+過多，壓縮擴(kuò)散層[6]，雙電層厚度變小導(dǎo)致膠粒之間斥力減小，流動(dòng)性降低。之后在含水率31.03%不變的情況下，繼續(xù)添加九水偏硅酸鈉，減水效果都不好。這表明對于此泥漿而言，單一的九水偏硅酸鈉有一定的解膠效果，但泥漿觸變性較大。

3.3 三聚磷酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中加入的三聚磷酸鈉從0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，測量的流速，觸變，含水率及ζ電位的結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看到，除泥漿中加入0.5 g三聚磷酸鈉，含水率33.33%時(shí)，泥漿流速為23.53 s，其他情況下泥漿均不流動(dòng)。這表明對于此泥漿而言，單一的三聚磷酸鈉的解膠范圍太窄，適用性不行。

3.4 腐植酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中無論是改變加入的腐植酸鈉的量（0.5 ～ 1 g），還是改變水含量（100 ～ 140 g），泥漿均不流動(dòng)（見表5），這表明單一的腐植酸鈉對此泥漿無明顯解膠效果。

3.5 水玻璃對泥漿性能的影響

泥漿中加入的水玻璃含量從0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，測量的流速，觸變，含水率及ζ電位的結(jié)果如表6所示。

從表6中可以看出，當(dāng)加入0.5 g的水玻璃，含水率為33.33%時(shí)，泥漿流動(dòng)性良好，流速為40.62 s。當(dāng)含水率降至32.20%，水玻璃量不變時(shí)，流速下降為67.05 s，繼續(xù)減少含水量，泥漿流速急劇下降到112.47 s，流動(dòng)性變差。

對比圖3可知，這三組實(shí)驗(yàn)中泥漿的ζ電位反而增加了。這可能是由于泥漿的含水率下降，Na+的濃度上升，導(dǎo)致ζ電位增加，但自由水含量少了，泥漿流動(dòng)性還是變差。為了使泥漿在低含水率下性能良好，繼續(xù)增加水玻璃的加入量，當(dāng)其加入量為1 g時(shí)，流速達(dá)77.27 s。水玻璃作為一種無機(jī)減水劑，其解膠機(jī)理主要在于利用膠粒間的靜電效應(yīng)。然而從圖3可以看到，所測ζ電位與泥漿流速并無相關(guān)性，這與九水偏硅酸鈉的結(jié)果一致，但水玻璃的解膠效果卻比九水偏硅酸鈉好，可能是因?yàn)樵诮饽z過程中硅酸根離子起到了重要作用。研究表明，硅酸根離子可與泥漿中的Ca2+、Mg2+形成難溶物[7]，促進(jìn)了Na+的交換作用，使泥漿的粘度減小，流動(dòng)性增加。本實(shí)驗(yàn)所用水玻璃中的Si：Na的比例比九水偏硅酸鈉中的高，當(dāng)往泥漿中引入同等量的Na+的情況下，水玻璃含硅酸根離子更多，解膠作用更強(qiáng)。endprint

3.6 聚丙烯酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中無論是改變加入的聚丙烯酸鈉的量（0.5 ～ 0.75 g），還是改變水含量（100 ～ 130 g），泥漿均不能流動(dòng)（見表7），這表明單一聚丙烯酸鈉對此泥漿無明顯解膠效果。

3.7 復(fù)配減水劑對泥漿性能的影響

由前面的結(jié)果可知，單一減水劑中水玻璃的效果最好。為了能有更好的減水效果，在保持1 g水玻璃的基礎(chǔ)上，加入其它減水劑進(jìn)行復(fù)配，并測量泥漿性能，結(jié)果如表8所示。

從表8中可以看出，在含有水玻璃的基礎(chǔ)上，加入其他減水劑，無論是三元還是四元復(fù)配，都不如單一減水劑水玻璃的解膠效果好。流速都在100秒以上，達(dá)不到建筑陶瓷廠的生產(chǎn)要求。這可能是因?yàn)閺?fù)配減水劑中的水玻璃含量為最佳值，其他減水劑的加入反而會(huì)引入過多的Na+，降低了泥漿流動(dòng)性。

4 結(jié)論

（1） 單一的九水偏硅酸鈉對此配方土泥漿有一定減水效果，但加入后泥漿觸變性較大。

（2） 單一的自制聚丙烯酸鈉、三聚磷酸鈉、腐殖酸鈉加入到該配方土中，泥漿性能有所改善，但效果不明顯。

（3）單一的水玻璃減水效果最好，加入量為1 g時(shí)，泥漿含水率為31.03%，流速為77.27 s，觸變性為1.04。

（4） 對于此配方土泥漿而言，無論是三元還是四元復(fù)配的減水劑都不如單一減水劑水玻璃的效果好。

參考文獻(xiàn)

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