西豐土性能實驗研究

俞莉紅

摘 要：通過對產(chǎn)于遼寧省西豐縣的西豐土進(jìn)行X-射線衍射分析、差熱熱重分析和粒度分布、化學(xué)成分、物相組成、可塑指數(shù)、結(jié)合性、比表面積、燒結(jié)性能、氣孔率、密度和收縮率等性能的檢測，為擴(kuò)大該礦石在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：西豐土;性能分析;陶瓷

1 前 言

西豐土產(chǎn)于地處遼寧省西豐縣西豐鎮(zhèn)六安村的西豐陶土礦。該礦距西豐縣城0.5km左右，上世紀(jì)70年代普查陶瓷原料時發(fā)現(xiàn)，該礦主要由石英及伊利石組成，屬原生粘土礦，其儲量豐富，覆蓋層薄，地表剝離層最大為3m，最小為0.5m，便于機(jī)械化露天開采。該粘土曾是某耐酸磚生產(chǎn)的主要原料，并一直供應(yīng)某電瓷廠。隨著遼寧建筑陶瓷業(yè)的重新振興，開展遼寧地產(chǎn)原料的調(diào)查及開發(fā)利用工作，對于遼寧建筑陶瓷的長遠(yuǎn)發(fā)展及振興當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)具有重要意義，當(dāng)?shù)卣畬ξ髫S土的調(diào)查及開發(fā)利用極為重視，特委托我們對西豐土性能進(jìn)行全面檢測，以此為西豐土開發(fā)利用提供依據(jù)。

2 試驗檢測樣品

（1）樣品來源：西豐鎮(zhèn)政府送樣.。

（2）樣品數(shù)量：各25kg。

3 樣品檢測項目及結(jié)果

3.1使用檢測儀器型號

白度儀：WSD-Ш型全自動白度儀;

差熱熱重分析儀：HCT-2微機(jī)差熱天平;

X-衍射分析：RAD-10 X-射線衍射分析儀;

塑性分析：KS-B微電腦可塑性測定儀;

粒度分析：LS-POP（Ш）激光粒度分析儀 。

3.2 外觀

樣品外觀呈灰白色，其中塊狀所占比例在90%wt以上， 料塊尺寸大小不等，直徑在0.15～500mm之間（實際礦區(qū)最大料塊還要大），生坯白度75°左右，料塊堅硬，用錘子能砸碎，斷面顏色基本一致，可以判斷料塊組成、成分比較均勻 。在余下粉狀料中夾雜棕色、黃色不易破碎的硬質(zhì)顆粒，硬度高于料塊硬度，判斷為外來雜質(zhì)，且雜質(zhì)中鐵含量高于料塊中鐵含量。礦區(qū)不同部位的礦樣風(fēng)化程度有所不同，屬一次殘留粘土。礦區(qū)東南方位1#礦樣較易破碎、東北方位2#礦樣比1# 難于破碎、西北方位3 #礦樣風(fēng)化程度很低，不易破碎，較為堅硬。

該土顆粒較粗，經(jīng)100目篩淘洗后，篩上部分占80%左右，篩下物料中1um以上的顆粒占60%以上。顆粒組成如圖1。

3.3 化學(xué)分析

3.3.1 取樣方法

將塊狀料粉碎至1cm以下，混合后4分法取樣，再縮分至滿足檢測要求重量。

3.3.2 檢測樣品制備

（1）整體檢測樣品。

按3.2.1方法取樣后，隔紙用錘子砸碎，然后用瑪瑙乳缽研磨至合格粒度進(jìn)行檢測。

（2）篩上檢測樣品。

按3.2.1方法取樣后，水化24小時后，用100目篩過篩，對篩上樣品進(jìn)行檢測。

（3）篩下檢測樣品。

按3.2.1方法取樣后，水化24小時后，用100目篩過篩，對篩下樣品進(jìn)行檢測。

（4）檢測結(jié)果見表1。

3.4 礦物組成分析

經(jīng)X-射線衍射分析、差熱熱重分析，礦物主晶相為伊利石、石英、白云母，夾雜少量的方解石。

3.4.1 X-射線衍射分析

其較強(qiáng)的特征峰d值為3.35、4.26、1.82的為α-石英（SiO2）;其次的三個特征峰d值為10.1、4.47、3.33的為伊利石（K（Al，Mg）3Si3AlO10（OH）2），較強(qiáng)的特征峰d值為3.32、9.95、2.57的為白云母，少量的方解石（CaCO3）。其中α-石英約占45%以上。

3.4.2 差熱熱重分析

在差熱曲線上，100℃左右出現(xiàn)一小而寬的吸熱谷，失去吸附水;700℃左右有一吸熱谷，失去OH-;1060℃出現(xiàn)一放熱峰。

在失重曲線上，892℃開始失重，到902℃失重停止，失重為6.38%，如圖2差熱熱重曲線。

根據(jù)以上衍射和差熱熱重分析可以判定該粘土為含大量α-石英（SiO2）的伊利石類粘土，同時含少量白云母和方解石。

3.5 泥料可塑性

粉碎過程：用鄂式破碎機(jī)粉碎至粒度小于1cm，然后用錘子將料砸碎至40目以下，砸料時為避免鐵的引入，將料用紙隔開。

球磨過程：用3kg球磨罐，按料：球：水=1： 2：1的比例將料球磨20h，球磨時間確定過程為，對多個球磨時間后的料漿粒度采用250目篩，篩余量剛好小于0.5%wt時的研磨時間，確定為規(guī)定研磨時間，并采用激光粒度分析儀對其進(jìn)行粒度檢測。

脫水過程：將球磨后的漿料用石膏進(jìn)行吸水，對吸水后的料充分捏練使其達(dá)到具有正常工作稠度的致密泥團(tuán)，泥團(tuán)及易塑造成型而又不沾手，將泥團(tuán)鋪于玻璃板上制成厚30㎜的泥餅。

水分檢測：采用泥坯水分儀（FD—100）對泥料進(jìn)行水分檢測。

陳腐過程：將泥坯裝入密封塑料袋中，放置24h以上。檢測結(jié)果見表2。

3.5.1 成型性能

控制要求：將泥漿料在100℃以下進(jìn)行烘干，烘干過程定時進(jìn)行水分檢測，要求烘干后料的水分為7.5%±0.5%wt，然后用20目篩網(wǎng)進(jìn)行手工造粒，造粒后的粉料放入密封塑料袋中陳腐24h后，用專用模具進(jìn)行壓制成型，壓制坯體經(jīng)100℃干燥20h然后進(jìn)行強(qiáng)度檢測。檢測結(jié)果見表3。

3.6燒成性能

按要求，采用專用磨具壓制成型，成型后樣品尺寸滿足白度測試要求，燒成試驗溫度為1050～1200℃，檢測溫度間隔為50℃，升溫制度為：90min均勻升溫至設(shè)定溫度，保溫10min，然后自然冷卻，燒成后性能檢測見表4。

4 結(jié)果分析

（1）從整體成分結(jié)果看出，該礦物二氧化硅含量高，氧化鋁低，屬典型瓷石類型粘土礦，該礦物中由于含有大量的游離二氧化硅、云母和方解石這類含堿礦物，因此原料塑性偏低，且熔劑作用強(qiáng)烈，燒結(jié)溫度較低。其中影響成色的兩種有害物質(zhì)氧化鐵、氧化鈦含量總和小于1%，對建筑、衛(wèi)生陶瓷成品色澤影響不大，該原料尚可應(yīng)用，但由于含有一定量的氧化鈣成分，對?；u燒成來講，配方中不可采用過多，否則容易造成坯體變形，起泡等缺陷，在確定配方時應(yīng)注意調(diào)整及控制。

從篩上及篩下樣品成分比較看出，經(jīng)篩分后，篩下樣品中氧化鋁含量提高近10%，但同時氧化鐵含量也明顯增加，達(dá)到1.58%，如果想通過二次加工或合適的選礦方法，提高粘土礦的品位，首要問題應(yīng)當(dāng)想辦法降低氧化鐵含量，否則實際意義并不大。

為確保對西豐土化學(xué)成分的準(zhǔn)確測定，使檢測數(shù)據(jù)具有實際參考價值，到礦點(diǎn)現(xiàn)場進(jìn)行取樣，對三個不同方位取樣檢測結(jié)果見表5。

通過比較看出，西豐土化學(xué)成分波動并不大，在開采原料時若能按不同品位進(jìn)行一次均化，保證原料成分的相對穩(wěn)定，完全可以確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（2）從成型性能來看，西豐土由于其中游離石英比例在45%以上，使塑性大大降低，通過KS-B微電腦可塑性測定儀檢測，可塑度只有0.4左右，而塑性好的粘土可塑度可以達(dá)到0.8以上，因此在實際生產(chǎn)中，為保證成型性能，必須引入一定量可塑度好的粘土配合使用。

（3）從燒成性能來看，西豐土由于氧化鋁含量較低，屬瓷石類粘土礦物，因此燒成溫度較低，通過快速燒成試驗，該礦在1150～1200℃ 即已經(jīng)瓷化，同時其主要礦物組成為石英和伊利石，氧化鐵含量并不高，成瓷后的光澤性和透明度較好，白度可以達(dá)到55度以上，沒有黑心現(xiàn)象，是較為優(yōu)良的瓷石類粘土礦物。如將該土淘洗或旋流分離，可除去部分游離石英，從而相應(yīng)增加伊利石礦物組成和提高細(xì)分散部分的Al2O3含量。由于其本身含有成瓷的各種礦物成分，燒結(jié)溫度較低并具有一定的可塑性，類似于我國江西景德鎮(zhèn)及南方一些瓷區(qū)常用的瓷石。

5 應(yīng)用前景

通過以上檢測與實驗我們認(rèn)為西豐土是生產(chǎn)陶瓷墻地磚、陶瓷衛(wèi)生潔具的很好原料，F(xiàn)e2O3 、Ti O2含量較低，燒后白度好，燒成溫度低，燒成范圍50～80℃，適于低溫快速燒成的溫差小的大截面輥道窯。若經(jīng)淘洗或旋流分離，除去部分游離石英從而提高細(xì)分散部分的Al2O3含量，經(jīng)深加工改善可塑性，也可用于高檔瓷質(zhì)拋光磚，在開采原料時若能按不同品位進(jìn)行預(yù)均化和二次均化，實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，保證原料質(zhì)量的相對穩(wěn)定，西豐土將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 現(xiàn)已完成的遼寧省粘土資源普查表明，遼寧省境內(nèi)發(fā)現(xiàn)瓷石類粘土礦近10處之多，目前得到大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用的只有法庫土，其用量在幾十萬噸/年，目前按遼寧省在當(dāng)?shù)厍l線的生產(chǎn)規(guī)劃，法庫地產(chǎn)粘土資源供應(yīng)壓力就會逐漸凸顯，這同時對遼寧其它粘土礦產(chǎn)地，提供難得的發(fā)展契機(jī)，通過對法庫土化學(xué)成分比較[1]，西豐土與法庫土化學(xué)成分基本類同，見表6，應(yīng)用前景廣泛。

參考文獻(xiàn)

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