尿素對陶瓷磚釉面光澤度的影響試驗

陳海林

摘 要：陶瓷磚在快速燒成時，亮光釉面容易出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，造成釉面光澤度下降。試驗發(fā)現(xiàn)，在亮光熔塊釉漿添加適量的尿素，能改善釉漿使用性能，有效提高釉面光澤度，使釉面達到平滑、透亮的效果。實踐表明，尿素作為釉漿添加劑，具有效果顯著、使用方便、不良作用少、成本低的優(yōu)點，可廣泛應用于釉面磚的快燒生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：尿素;釉漿;陶瓷磚;釉面光澤度

1 前言

近年來，隨著生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，陶瓷磚的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，產(chǎn)品的燒成周期大大縮短。在快速燒成的過程中，時常會出現(xiàn)一些工藝難題。例如，亮光釉面的光澤度下降問題。對于陶瓷磚來說，亮光釉面的光澤度是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標之一。尤其是釉面內(nèi)墻磚，如果沒有采用拋光加工工藝，則釉面的光澤度主要依賴于面釉的燒成效果。當燒成工藝或釉漿工藝參數(shù)不合理時，釉面光澤度將會受到較大的影響，甚至出現(xiàn)釉面霧狀、發(fā)蒙、毛孔等明顯缺陷，導致產(chǎn)品品質(zhì)下降。為了提高亮光釉面的光澤度，一般從面釉原材料及研磨、施釉、燒成工藝等方面予以調(diào)整改善。

尿素作為農(nóng)業(yè)廣泛使用的化肥之一，很少與陶瓷行業(yè)的原料加工工藝聯(lián)系在一起。本文采用尿素作為釉漿添加劑，設(shè)計了一系列平行對比試驗，并進行生產(chǎn)實踐應用，探討其對陶瓷磚的釉面光澤度的影響作用。

2 試驗

2.1 試驗用設(shè)備

TN-Ⅱ化學成分快速分析儀，精度為0.01g的電子秤，臺式涂四杯粘度計，秒表，刮釉器（刮口間隙0.5㎜），WGG60-ES4型光澤度計。

2.2試驗用基礎(chǔ)釉漿

試驗用的基礎(chǔ)釉漿采用陶瓷釉面磚大生產(chǎn)研磨好的熔塊釉漿（亮光面釉）。分別使用三組釉面磚生產(chǎn)線的亮光面釉漿作為基礎(chǔ)釉漿進行對比試驗。基礎(chǔ)釉漿有：108#水晶釉、109#水晶釉、196#半白釉、9808#半白釉，均為目前市場上常規(guī)的陶瓷熔塊釉漿。投磨比例如表1所示。

采用TN-Ⅱ化學成分快速分析儀對各種基礎(chǔ)釉漿的主要化學組成進行分析，結(jié)果如表2所示。

2.3試驗用添加劑

試驗采用的添加劑為市場上常見的農(nóng)業(yè)肥料用尿素，優(yōu)等品，總氮（N）≥46.0%，粒度范圍：d? 0.85㎜-2.80㎜，產(chǎn)品執(zhí)行標準為國標GB/T2440-2017。尿素又稱脲、碳酰胺，化學式是CH4N2O，是由碳、氮、氧、氫組成的有機化合物，外觀為白色晶體。

2.4試驗方法

以生產(chǎn)線的熔塊面釉漿作為對比試驗的基礎(chǔ)釉漿，分別加入不同比例的尿素，攪拌3min至尿素晶體完全溶化，將試驗釉漿過100目篩，靜置1min后，用涂四杯粘度計和秒表測定釉漿流速，觀察釉漿的懸浮性和流動性。再用刮釉器（刮口間隙0.5㎜）把各組釉漿均勻布在同一片上好底釉的磚面上，把試驗磚放在釉燒窯爐的相同進磚位置燒成，對燒后的試驗磚釉面測定光澤度，并距離0.5m目測釉面外觀質(zhì)量。最后，從釉漿使用性能、燒成后光澤度、釉面外觀質(zhì)量等方面進行對比分析。

2.5試驗條件

為了使試驗結(jié)果具有廣泛的適用性，以相同的試驗方法，分別在三組不同產(chǎn)品生產(chǎn)線上進行面釉漿添加尿素試驗。

第一組試驗條件為：A廠釉面內(nèi)墻磚生產(chǎn)線，二次燒成，釉燒窯爐長度270m，產(chǎn)品燒成溫度1090～1100℃，燒成周期30min，所用109#水晶釉漿的性能參數(shù)為：比重1.75，細度3.9g/100ml（325目標準篩），流速47-49秒。

第二組試驗條件為：B廠釉面內(nèi)墻磚生產(chǎn)線，二次燒成，釉燒窯爐長度130m，產(chǎn)品燒成溫度1110℃～1120℃，燒成周期26min，所用108#水晶釉漿的性能參數(shù)為：比重1.74，細度4.5g/100ml（325目標準篩），流速37-38s。196#半白釉漿的性能參數(shù)為：比重1.75，細度4.7g/100ml（325目標準篩），流速41-43s。

第三組試驗條件為：C廠水晶地磚生產(chǎn)線，一次半燒成，釉燒窯爐長度230m，產(chǎn)品燒成溫度1140～1160℃，燒成周期28min，所用9808#半白釉漿的性能參數(shù)為：比重1.73，細度5.1g/100ml（325目標準篩），流速33-36s。

3 結(jié)果與分析

3.1尿素對釉漿的使用性能影響試驗

在各種基礎(chǔ)釉漿添加不同比例的尿素，攪拌3min至尿素晶體完全溶化，靜置1min后用臺式涂四杯粘度計和秒表測試釉漿的涂-4粘度（流速），并觀察釉漿的懸浮性（沉淀程度）、流動性（觸變程度）等使用性能的變化，試驗結(jié)果如表3所示。

從表3中可知，尿素添加后，4種基礎(chǔ)釉漿的流速均出現(xiàn)輕微降低，大約降低2-6s，仍符合大生產(chǎn)的施釉工藝要求。經(jīng)靜置1h比對，添加尿素的釉漿沉淀現(xiàn)象有所減輕，懸浮性比原基礎(chǔ)釉漿略好，也無發(fā)現(xiàn)觸變情況，流動性好，無發(fā)現(xiàn)不良作用，對生產(chǎn)更為有利。

3.2尿素對燒成后的釉面光澤度影響試驗

將添加不同比例尿素的熔塊面釉漿，用刮釉器（刮口間隙0.5㎜）均勻布在上底釉磚坯面，放入釉燒窯爐燒成，用WGG60-ES4型光澤度計測定各試驗磚的燒后釉面光澤度，并距離0.5m目測釉面的表面質(zhì)量，包括亮度、平整度及是否出現(xiàn)雜質(zhì)、氣泡、針孔等不良現(xiàn)象。試驗結(jié)果如表4所示。

從表4中可知，無論是水晶或半白熔塊釉，尿素的添加都能有效提高燒成后釉面的光澤度，添加0.1%尿素即能開始產(chǎn)生作用，添加0.2%-0.3%尿素就能使釉面達到較為理想的效果，當添加比例達到0.4%以上，則釉面的光澤度繼續(xù)提高不明顯，作為破壞性試驗，在基礎(chǔ)釉漿添加1.0%尿素，未發(fā)現(xiàn)對釉面的不良作用?？紤]到使用效果和成本的因素，尿素在面釉熔塊釉漿的最佳添加比例為0.2%-0.3%即可。

3.3尿素不同添加方式的對比試驗

為確定尿素的最佳使用方案，筆者以A工廠大生產(chǎn)的109#水晶釉漿為例，設(shè)計兩種試驗方案。方案一是：在投料入1#高鋁球磨時，將尿素10.5kg（即干重百分比0.3%）和熔塊釉料3.5噸、水1.3噸同時加入研磨，出磨的釉漿過篩除鐵后，放入貯釉桶備用。方案二是：在投料入2#高鋁球磨時，只投入3.5噸熔塊釉料和1.3噸水，待出磨的釉漿過篩除鐵放入貯釉桶后，外加尿素10.5kg（即干重百分比0.3%）。分別將兩種方案得到的釉漿與未添加尿素的基礎(chǔ)釉漿平行對比試驗，用刮釉器（刮口間隙0.5㎜）將試驗釉漿均勻布在上底釉磚坯面，放入釉燒窯爐燒成，用WGG60-ES4型光澤度計測定釉面的光澤度，并用肉眼觀察釉面的表面質(zhì)量。另外，對方案二添加尿素后的釉漿做進一步跟蹤試驗，根據(jù)貯存時間的變化，每隔三天將釉漿刮片試驗，測定釉面光澤度，以分析貯存時間對添加效果的影響。試驗結(jié)果如表5所示。

從表5試驗結(jié)果可知，方案一將尿素和熔塊釉料同時投料研磨，方案二將研磨好的釉漿外加尿素，方案二的效果優(yōu)于方案一，因此不建議將尿素投磨使用，直接外加入釉漿即可。另外，從方案三到方案八的試驗結(jié)果分析，隨著釉漿貯存時間的延長，尿素提高釉面光澤度的作用略有減弱，基本能達到生產(chǎn)要求。為達到最佳效果，添加尿素的釉漿建議在半個月內(nèi)使用，并按照先配制先使用的原則安排上線。

4 大生產(chǎn)應用

根據(jù)試驗結(jié)論，筆者將尿素作為釉漿添加劑應用于亮光釉面磚的大生產(chǎn)，以提高釉面光澤度。經(jīng)長時間、多條生產(chǎn)線的實踐應用，以及同行在日常生產(chǎn)中的不斷摸索總結(jié)，得出以下幾點經(jīng)驗：

4.1適合使用情況

近年來，釉面磚生產(chǎn)線的產(chǎn)能不斷加大，燒成周期大大縮短，亮光釉面“不亮”的情況經(jīng)常會發(fā)生。這主要是因為亮光釉面磚在快速燒成時，窯爐燒成曲線或釉漿工藝不能滿足快燒的要求，導致釉坯在釉燒窯爐內(nèi)的排水效果不良，燒后的釉面不夠透亮，光澤度較低，經(jīng)常出現(xiàn)霧面析晶，有些人也稱之為“釉面發(fā)蒙”，施釉量越多時，釉面越不亮，嚴重時，甚至出現(xiàn)密集的毛細孔，類似釉面過燒的現(xiàn)象。此時，使用尿素作為釉漿添加劑來提高釉面的光澤度，能取得十分顯著的效果。另外，當產(chǎn)品釉面光澤度基本正常時，在面釉熔塊釉漿中添加0.2%～0.3%的尿素，仍能夠在一定程度上提高釉面的光澤度，大約增加1～3 GU。

4.2合理添加方法

因尿素晶體易溶于釉漿，生產(chǎn)現(xiàn)場添加使用十分便捷，只需將尿素晶體按比例直接外加至貯釉桶或施釉工作桶的面釉漿里，經(jīng)貯釉桶攪拌30min或施釉工作桶攪拌循環(huán)10min左右即可正常使用，而不需要把尿素制成水溶液再添加。有時候為了減少工序，方便管理，會考慮直接將尿素按比例投磨使用。但實踐表明，把尿素和熔塊釉料一起投入球磨加工后，對釉面光澤度的提高作用有所減弱。另外，釉漿添加尿素后如果長時間沒有上線使用，尿素的作用也會略有減弱。這是因為，尿素是一種簡單的有機化合物，熱穩(wěn)定性差，在一定條件下會產(chǎn)生分解，導致在釉漿中的作用減弱。隨著溫度的升高，尿素的分解反應會加快。當尿素加熱至160℃時分解，產(chǎn)生氨氣同時變?yōu)楫惽杷?，反應式為CO（NH2）2→加熱160℃→NH3↑+HCNO。初步認為，尿素受熱時的分解反應，有助于釉面的排水和熔平，從而提高釉面光澤度。因條件所限，具體反應機理有待進一步探討。綜上所述，在釉漿出磨后，經(jīng)過篩、除鐵輸送至貯釉桶的過程，即上線使用前的短時間內(nèi)添加尿素，效果最好。添加尿素的釉漿一般控制在半個月以內(nèi)使用，這與正常生產(chǎn)的時間安排基本一致。如果釉漿長時間沒有上線使用，導致尿素的作用減弱，燒后釉面光澤度偏低，仍可以重新添加適當比例的尿素予以改善。

4.3最佳使用比例

從試驗來看，尿素的最佳使用比例為0.2%～0.3%。當添加比例低于0.2%時，釉面光澤沒有達到最佳效果;添加比例超過0.3%時，釉面光澤度繼續(xù)增加的效果不明顯。添加比例1.0%的破壞試驗對釉面外觀質(zhì)量沒有明顯的負作用，這是由于尿素中碳素含量不高，不易引起釉泡、針孔等缺陷，但尿素畢竟是有機化合物，作為一種添加劑，在達到使用效果的前提下，使用比例也不宜過多。

4.4尿素作為釉漿添加劑的優(yōu)點

從大生產(chǎn)的實際應用效果來看，把尿素作為陶瓷磚的亮光熔塊釉漿（面釉）添加劑，具有以下優(yōu)點：

（1）對亮光釉面光澤度改善效果顯著，對釉漿懸浮性和粘結(jié)性有一定幫助。

（2）無明顯的不良反應。不影響釉漿使用性能，對釉面外觀質(zhì)量無明顯負作用，不易產(chǎn)生針孔、釉泡等缺陷。

（3）使用方便。易溶于水，直接添加到釉漿，經(jīng)貯釉桶攪拌半小時以上即可使用，正常貯存半個月以內(nèi)不影響使用效果。

（4）來源廣泛，使用成本低廉。對尿素的純度等要求不高，市面上符合國標GB/T2440-2017的產(chǎn)品，一般都可使用。目前，尿素的市場價格大約為2.0～2.3元/公斤，每噸釉漿添加0.3%（干重百分比）尿素的成本為6.0～6.9元，十分低廉。

5 結(jié)論

經(jīng)平行對比試驗和生產(chǎn)實踐的驗證，釉面磚快速燒成時，在亮光熔塊面釉漿添加適量（0.2%～0.3%干重百分比）的尿素能有效地解決釉坯排水不良引起的釉面霧狀析晶、發(fā)蒙、密集毛細孔等表面質(zhì)量問題，提高釉面光澤度約3～8GU，使釉面達到平滑、透亮、潔凈的效果，釉面質(zhì)感得以明顯改善。此外，采用尿素作為熔塊釉漿的添加劑具有便捷靈活、不良作用少、成本低等優(yōu)點，可廣泛應用于陶瓷磚亮光釉面產(chǎn)品的生產(chǎn)。

參考文獻

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