一種無鋯超白瓷質磚的研制

劉建新 鐘健光 余東海 佘昌熾 葉祥

摘 要：無鋯超白磚的研制在滿足A類裝飾材料放射性要求的前提下，可提高瓷磚的裝飾層次，具有廣闊的技術前景和巨大的經濟效益。本文在提出影響瓷磚坯體白度因素的基礎上，通過大量數(shù)據(jù)分析討論砂、石粉、坭等坯體原料的選擇及處理對坯體白度的影響。為無鋯超白瓷質磚的開發(fā)提供了技術思路和研制方向。

關健詞：無鋯；超白；瓷質磚

1 前言

隨著人們物質生活水平的提高，消費要求也逐漸高端化，而陶瓷產品作為人們家居裝修的重要組成部分，也向著高端方向發(fā)展，“白如玉”的陶瓷歷來是社會高端精致生活的追求。但隨著近年來環(huán)保健康的生活理念成為人們消費的重要因素，環(huán)保健康的陶瓷產品更加受到社會的推崇。

在過去三十年，瓷質磚的發(fā)展一直引領著建陶發(fā)展的前衛(wèi)方向。無論是滲花磚、微粉磚、拋釉磚，坯體的白度不僅是產品工藝發(fā)色的基礎載體，也在產品的后期裝飾效果中起了重要作用。過去部分廠家大量使用硅酸鋯作為增白劑，但隨著國家“3C”認證將放射性作為強制標準檢測后，硅酸鋯的引入量受到了放射性的限制。而且目前市場上硅酸鋯的價格較高，加工過程中也有著粉塵污染等環(huán)境問題。因此，如何避開硅酸鋯增白的工藝方法就顯得尤為重要。

2 影響坯體白度的主要因素

設定某一主體成份接近的坯體配方，重點考察Fe2O3和TiO2對白度的影響。

根據(jù)表1中硅酸鹽礦物中氧化物成分常規(guī)分析表明，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O中對白度影響因素最大的是TiO2和Fe2O3。并且在大量工業(yè)生產實踐中，這兩種成分對坯體色調的影響大致可以總結如下：

（1）在拋光磚坯體配方體系下，引入TiO2會使坯體燒成后顯黃色調，降低白度；

（2）單獨引入Fe2O3，坯體顯紅色調，降低白度；

（3）當TiO2和Fe2O3都同時引入時，坯體白度下降最為明顯，而且色調呈黃褐色；

（4）同等白度的坯體，黃色調坯體比紅色調坯體在視覺上更容易被人們接受。

從表1可看出，F(xiàn)e2O3的引入量對降低坯體白度非常明顯，控制坯體中Fe2O3的含量是完成超白磚研制的關鍵一步。

3 拋光磚坯體用料的選擇

拋光磚坯體的選料主要分三大類，即：砂、石粉、坭。各代表性的化學組成分析如表2所示。

從表2可以看出，常規(guī)拋光磚原料中，坭的Fe2O3，TiO2含量較高，如能有效降低坭的Fe2O3，TiO2含量，對于提高坯體白度是非常有利的。

3.1 坭的選擇

混合坭：該類坭雜質較多，Al2O3偏低，不適合用于超白磚用料。

普通水洗坭：該類坭經過一定的精加工，淘洗去掉部分石英砂，提高了Al2O3的量，其增白效果比普通混合坭要好。

精選水洗坭：該類坭在普通水洗坭的基礎上，進一步采用了高強除鐵，真空練坭等工藝，有效地降低了坭的鐵含量，減少了Fe2O3對坯白度的影響。精練水洗坭更進一步改善了坯體的物理性能，提高了強度，減少了片狀高嶺土對成型分層的影響。

從表3可知，普通混合坭與普通水洗坭在Fe2O3相當?shù)那闆r下，Al2O3的量增加可相應的提高原料白度；普通水洗坭和精煉水洗坭在Al2O3相當?shù)那闆r下，F(xiàn)e2O3的減少可相應的提高原料白度。

3.2 砂的選擇

砂為天然礦物，其鐵含量不太穩(wěn)定，一般Fe2O3的含量為0.4 ～ 2.0%，原料白度也難穩(wěn)定，建議少用原礦砂，而改用一些精加工的鉀鈉石粉，該類石粉鐵含量一般能控制到0.1%以下，而且引入的鉀鈉等熔劑成份也比較穩(wěn)定。

3.3 石粉的選擇

常規(guī)的破碎石粒，因破碎過程中引入的鐵以及原料中亦含有伴生鐵等雜質，易影響白度。所以對石粉進行精細化加工也很重要，通過精細化加工，可以將普通石粉中的Fe2O3從0.3 ～ 0.8%下降到0.1%以內，有效地提高原料白度。

從表4可以看出，當石粉其它成份相當時，F(xiàn)e2O3對石粉白度的影響比較明顯。

3.4 無鋯增白劑的使用

無鋯增白劑作為一種新型材料，在超白磚的研制中對提高白度起到了有益的補充。經過反復試驗，選擇了一種無鋯增白劑來引入配方使用。

為了考察新型無鋯增白劑對坯體配方白度的影響，我們選取傳統(tǒng)拋光磚K（Na）O-Al2O3- SiO2體系的成份結構進行實驗，通過在基礎配方中外加增白劑的方式，直觀的考察白度的變化。

由此可以看出，該增白劑和硅酸鋯在等量引入的情況下，增白劑的增白效果雖然沒有硅酸鋯明顯，但從性價比和綜合性能看，其效果和效益是非常明顯的。

4 液相結構對坯體白度的影響

傳統(tǒng)的拋光磚配方，為了快速燒成和原料來源的方便性，多采用K（Na）O-Al2O3-SiO2的配方結構，這種結構更趨近于玻璃的化學成分結構，光折高，易產生鏡面反射。Na2O越高，光折越強，白度呈下降趨勢。因此，要對坯體液相結構進行調整，改變光的折射，提高白度。早期提高白度的主要辦法，主要采用超細鋯英石提高坯體白度，但“3C”強制認證標準執(zhí)行后，其在陶瓷中的使用量也受到了大量限制。

在減少或取消硅酸鋯的使用后，曾有學者對滑石增白做了大量研究?；鳛橐环N天然礦物原料，在陶瓷中可以起到降溫和增白的作用。在日用瓷中，也有以滑石為主要原料的“鎂質瓷”。但作為建筑瓷中的拋光磚配方體系，如果大量引入滑石作為主體原料，有一定的局限?；钠瑺罱Y構不利于壓機快速成型，易產生分層等缺陷；MgO的始融溫度較高，不利于拋光磚的快速燒成；且偏硅酸鎂成分晶相種類較多，晶相轉變時易產生較大的體積變化，對燒成曲線要求非常嚴格，易產生一次變形和二次變形，不利于產品的后期質量控制。

因此，我們選擇CaO-Al2O3-SiO2的晶相來調整坯體結構，結合拋光磚的生產工藝特點，選用硅灰石作為原料引入坯體配方。試驗所用某硅灰石的化學組成如表7所示。

硅灰石不含有機物和結構水，其體積變化與溫度變化呈相對線性關系，干燥收縮和燒成收縮都比較小，適合于快速燒成，而且針狀的晶相結構也使得產品的機械強度有所提高。但CaO作為一種堿土金屬氧化物，其始熔溫度較高，為適應拋光磚的快速燒成工藝，配方中引入了適量Na2O，K2O，MgO作為混合熔劑，對于擴大燒成范圍，提高產品的綜合性能，都是非常有利的。

5 超白配方實際對比試驗

配方組成與坯體燒成后白度對比如表8所示。

生產過程的主要工藝參數(shù)如表9所示。

如圖，通過掃描電鏡分析，表8中4#配方未檢出硅酸鋯成份。相應的粉體電鏡照片如圖1所示。

對該粉體做EDS能譜分析，結果如圖2所示。

根據(jù)國家權威檢測部門檢測，表8中4#配方放射性指數(shù)：內照：（0.5）外照（0.8），滿足國家標準對于A類裝飾材料的放射性要求。

4#配方的坯式如下：

通過對表8中1#，4#，5#配方白度對比，4#無鋯配方其增白效果明顯，相當于常規(guī)配方外加11%的硅酸鋯。通過對比，4#配方成本也有明顯優(yōu)勢，經濟效益也十分明顯。

6 結論

（1）坯體增白是一項細致的工作，可以從多方面著手，首先控制原料中的鐵鈦含量是要完成的第一步。原料的精細化也提高原料檔次的一項重要工作，可使原料使用更加規(guī)范和標準化，也是環(huán)保節(jié)能的必然之路。

（2）液相結構的形成，既要考慮到產品的最終檔次，也要考慮到生產工藝的可操作性：CaO-Na2O-K2O-MgO等熔劑原料的合理搭配使用，對于白度的提高和擴大燒成范圍，實現(xiàn)快速燒成等，都是一種有益的探索。

（3）當傳統(tǒng)增白劑因環(huán)保因素或價格因素受限時，新材料的開發(fā)和使用，將有著廣泛的市場，其社會效益和經濟效益都是值得試驗和探索的。

參考文獻

[1] 李家駒. 日用陶瓷工藝學[M]. 武漢： 武漢工業(yè)大學出版社， 1995.

[2] 素木洋一（著）， 劉可棟， 劉光躍（譯）. 釉及色料[M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 1986.

[3] 馬光華. 建筑陶瓷工藝[景德鎮(zhèn)陶瓷學院講義].

Abstract： Preparation of a zirconium-free ceramic tile with ultra-high whiteness can improve the decoration level without consideration on radioactivity limit， possessing increasingly prospect on technology and huge economic performance. In this paper， we investigated the influence of selection and treatment of the raw materials on the final whiteness of the ceramic body， supplying a technical clue for preparation of a zirconium-free ceramic tile with ultra-high whiteness.

Keywords： Zirconium-free； Ultra-High Whiteness； Ceramic Tile