淺談偏釩酸銨在陶瓷色料中的應(yīng)用

鄧樹海

摘 要：本文簡要介紹了偏釩酸銨在陶瓷色料行業(yè)中作為礦化劑的應(yīng)用。其中，主要介紹了偏釩酸銨在鐠黃、鈷黑、無鈷黑、坯用黑色及藍(lán)綠系列陶瓷色料中不同的礦化劑作用。

關(guān)鍵詞：偏釩酸銨;陶瓷色料;礦化劑

1 前 言

目前，陶瓷色料的制備技術(shù)已較豐富，消費(fèi)市場品種類型也較為豐富，極大地滿足了市場需求。但在國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排及企業(yè)制造成本居高不下的背景下，探究如何降低陶瓷色料生產(chǎn)制造成本仍是陶瓷色料研究者的重中之重的課題之一。

偏釩酸銨是白色或略帶淡黃色的結(jié)晶性粉末，微溶于冷水，溶于熱水及稀氨水，熔點(diǎn)210℃，在空氣中灼燒時變成五氧化二釩。主要用作化學(xué)試劑、催化劑、催干劑、媒染劑等，陶瓷工業(yè)中廣泛用作釉料，也可用作制取五氧化二釩。

偏釩酸銨在陶瓷色料中可作為發(fā)色劑，也可作為礦化劑。其中，偏釩酸銨用作發(fā)色劑最具代表性的產(chǎn)品是鋯系三原色之中的釩鋯藍(lán)色料，通過調(diào)節(jié)配方中偏釩酸銨的加入量，可以使釩鋯藍(lán)呈現(xiàn)不同層次的藍(lán)色[1]。而偏釩酸銨在陶瓷色料中作為礦化劑使用時，不僅可以調(diào)節(jié)陶瓷色料的色調(diào)，也可以降低陶瓷色料的煅燒合成溫度。

本文主要討論偏釩酸銨在陶瓷色料中作為礦化劑的應(yīng)用。

2 偏釩酸銨在陶瓷色料中的應(yīng)用

2.1 偏釩酸銨在鋯鐠黃陶瓷色料中的應(yīng)用

鋯鐠黃，也稱檸檬黃，現(xiàn)在市場上多數(shù)廠家的鋯鐠黃都是以紅黃色調(diào)為主，該色調(diào)是市場的主流色調(diào)。就配方而言，是以氟化鋇、氯化銨、氯化鈉中的一種或多種組合作為配方礦化劑。其中，氟化鋇是主要礦化劑，是鋯鐠黃顯紅黃色調(diào)的主要因素，但該色相色調(diào)單一，得不到純正的檸檬黃色調(diào)，很難滿足市場需求。

如若想要得到純正的檸檬黃，則需要改變配方中礦化劑的組合。其中，重點(diǎn)在于在配方中引入偏釩酸銨，并用氟化鈉[2]代替氟化鋇，以偏釩酸銨、氟化鈉、氯化鈉、氯化銨中的一種或多種礦化劑組合，在900 ～ 980℃下以弱還原氣氛煅燒，可以得到帶綠調(diào)的鋯鐠黃，即純正的檸檬黃。其原理在于引入的偏釩酸銨與氧化鋯、二氧化硅在煅燒反應(yīng)中生成了V-ZrSiO4固溶體[3]，其固溶體呈藍(lán)綠色，V-ZrSiO4摻雜在Pr-ZrSiO4固溶體[3]中，從而使得鋯鐠黃帶綠調(diào)。該產(chǎn)品與以氟化鋇作為礦化劑的鐠黃色料混合，可以得到更為豐富的鋯鐠黃色料產(chǎn)品。但值得注意的是，配方中的偏釩酸銨的量要嚴(yán)格控制在2.0%以下，如果量超出2.0%，則會使得鋯鐠黃綠調(diào)過重，色料黃度值降低，且色料發(fā)色發(fā)白，影響鋯鐠黃的發(fā)色質(zhì)量。究其原因，可能是過多的偏釩酸銨的加入，在煅燒反應(yīng)過程中形成了更多的V-ZrSiO4，使得Pr-ZrSiO4固溶體形成量減少，從而導(dǎo)致了色料質(zhì)量問題。

2.2 偏釩酸銨在釉用鈷黑陶瓷色料中的應(yīng)用

黑色陶瓷色料是裝飾材料中很重要的一種色料，一般制備黑色色料主要用到鉻、鐵、錳、鎳、鈷、銅等金屬氧化物，而要得到純正的黑色色料必須使用一定量的氧化鈷。而鈷黑色料中，以Fe-Cr-Ni-Mn-Co及Fe-Cr-Ni-Co為代表，其黑色色調(diào)純正，但是由于Co的價格昂貴，導(dǎo)致鈷黑色料成本高居不下，多數(shù)廠家進(jìn)行了大量的研究開發(fā)無鈷黑色料，但是所得到的高溫?zé)o鈷黑色料其色調(diào)仍然比不上鈷黑色料純正，Co在黑色色料中有不可代替的地位。

在嘗試在釉用鈷黑色料引入礦化劑的研究中，發(fā)現(xiàn)在鈷黑色料中引入偏釩酸銨，可以使得Fe-Cr-Ni-Mn-Co及Fe-Cr-Ni-Co系的鈷黑色料燒成溫度降低，且在引入0.1 ～ 3%的偏釩酸銨時，可以取代0.1% ～ 2%的氧化鈷，就昂貴的氧化鈷而言，減少0.1% ～ 2%的氧化鈷用量使得鈷黑色料的原料成本可以大大降低，而且燒成溫度可由1270 ～ 1300℃降至1250 ～ 1270℃，使得鈷黑色料的總成本可以有效降低。

2.3 偏釩酸銨在釉用無鈷黑陶瓷色料中的應(yīng)用

要得到純正的黑色色料必須使用一定量的氧化鈷，但由于氧化鈷價格昂貴，產(chǎn)品色料價格受到了一定影響。近年來，為了降低黑色色料的綜合成本，多數(shù)廠家競相開發(fā)無鈷黑色料或用其它廉價原料代替昂貴的化工原料[4，5]，如于長鳳、朱小平等人用釩砂尾礦制備無鈷黑色陶瓷顏料[6]，以釩砂尾礦53.33%，Cr2O3 22.67%，CuO 11.33%，NiO 12.67%為配比，合成溫度為1200℃，保溫時間為30 min，得到了可在1250℃長石釉中使用的高溫?zé)o鈷黑陶瓷顏料。

在傳統(tǒng)的無鈷黑色料中，以Fe-Cr-Ni-Mn系為代表，其生產(chǎn)的合成溫度為1270 ～ 1300℃，并保溫4 ～ 6 h，可以得到發(fā)色良好的黑色色料。而在Fe-Cr-Ni-Mn系尖晶石色料中加入0.1% ～ 6%的偏釩酸銨，可使得其合成溫度降低至1230 ～ 1270℃，且保溫時間為4 ～ 6 h，可得到同等質(zhì)量的無鈷黑色料。偏釩酸銨的加入，使得Fe-Cr-Ni-Mn尖晶石色料合成溫度降低30 ～ 50℃，同時，隨著偏釩酸銨加入量的增加，Cr2O3、NiO的量需要微調(diào)，其質(zhì)量配比相應(yīng)地降低，一定程度上減少了Cr2O3、NiO的用量。偏釩酸銨的加入，降低了Fe-Cr-Ni-Mn系無鈷黑色料的綜合成本。但值得注意的是，偏釩酸銨的加入量不宜過多，過多會導(dǎo)致色料發(fā)色偏灰，且淺。

2.4 偏釩酸銨在坯用黑色陶瓷色料中的應(yīng)用

坯用黑色陶瓷色料主要以氧化鉻、三氧化二鐵為主要原料合成的鉻鐵礦基色料，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧化鉻50%、三氧化二鐵50%為基礎(chǔ)配方，在1150 ～ 1190℃下煅燒，可以得到發(fā)色鮮明的坯用黑色色料。但由于配方所用氧化鉻量大，使得色料成本上升，市場競爭力弱。在大多數(shù)廠家研制的坯用黑色陶瓷色料中，引入鉻鐵礦[5，7]、鉻鹽廢渣[4]、釩砂尾礦[6]等取代部分氧化鉻，降低色料配方成本，且能得到較為良好的坯用黑色色料。除了引入新的原材料取代氧化鉻外，還可通過改變原材料的細(xì)度如加細(xì)原材料細(xì)度，或改變生產(chǎn)工藝如配方原料混合后通過球磨增強(qiáng)原材料之間的結(jié)合等方法提高產(chǎn)品的發(fā)色。

在試驗過程中，引入鉻鐵礦，以鉻鐵礦30%、氧化鉻25%、三氧化二鐵45%的配方，在1190℃下煅燒，保溫2小時，可以得到與基礎(chǔ)配方發(fā)色相近的色料，但相比基礎(chǔ)配方（氧化鉻50%、三氧化二鐵50%），所得色料發(fā)色偏紅偏黃，色調(diào)不純。在鉻鐵礦30%、氧化鉻25%、三氧化二鐵45%為基礎(chǔ)的配方中外加0.5%偏釩酸銨后，在1150 ～ 1170℃下煅燒，可以得到比基礎(chǔ)配方（氧化鉻50%、三氧化二鐵50%）發(fā)色更深、更藍(lán)的陶瓷色料。在引入鉻鐵礦的試驗中，通過微調(diào)鉻鐵礦、氧化鉻、三氧化二鐵的比例，并在配方基礎(chǔ)上外加0.1% ～ 2%的偏釩酸銨，可以得到比原配方發(fā)色更深、更藍(lán)的色料。但值得注意的是，偏釩酸銨加入量過多，則會使得色料發(fā)色變淺，所以要嚴(yán)格控制偏釩酸銨的加入量。

2.5 偏釩酸銨在藍(lán)綠色系列陶瓷色料中的應(yīng)用

藍(lán)綠色系列陶瓷色料主要包括孔雀藍(lán)、孔雀綠、硅鉻綠、鋁鉻綠等，其中，綠色色調(diào)主要依靠氧化鉻發(fā)色。在孔雀綠中，實驗室以氧化鈷12%、氧化鉻22%、氧化鋅22%、氧化鋁44%為配方，在氧化氣氛下1300℃燒成，保溫時間1小時，可以得到發(fā)色良好的孔雀綠，而在此配方上外加1% ～ 4%的偏釩酸銨，同樣條件下都可制備出更藍(lán)更綠的產(chǎn)品。而在硅鉻綠、鋁鉻綠中，同樣的引入0.1% ～ 5%偏釩酸銨，也可制備出藍(lán)綠相更好的產(chǎn)品。但在藍(lán)綠色系列陶瓷色料引入偏釩酸銨的研究中，發(fā)現(xiàn)偏釩酸銨的引入，對于色料的燒成溫度并沒有起到明顯的降低作用，只能在同等條件下獲得更好的發(fā)色。

3 結(jié) 論

在陶瓷色料引入偏釩酸銨作為礦化劑的研究中發(fā)現(xiàn)，在鋯鐠黃中引入偏釩酸銨作為礦化劑，可得到純正的檸檬黃色調(diào)鋯鐠黃;在釉用黑色、坯用黑色陶瓷色料中引入偏釩酸銨可以起到降低色料煅燒合成溫度及增強(qiáng)色料藍(lán)相色調(diào)效果;在藍(lán)綠色系列陶瓷色料中引入偏釩酸銨，可增強(qiáng)陶瓷色料藍(lán)綠相色調(diào)。但值得注意的是，在陶瓷色料中引入偏釩酸銨作為礦化劑，要嚴(yán)格控制加入量，過量會帶來質(zhì)量問題。

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