一種新型鋯鐠黃色料的研制

廖仲恩

摘 要：近年來(lái)，乘著國(guó)家持續(xù)鼓勵(lì)發(fā)展新能源的政策之風(fēng)，稀土及有色金屬如鐠、釹、鈷、鎳、鋰等原料價(jià)格也跟隨上漲，這變相給陶瓷色釉料企業(yè)帶來(lái)不小的成本壓力。做好生產(chǎn)成本控制，提高原料利用率是企業(yè)生存發(fā)展之大所需，而對(duì)于鐠黃色料尤其如此，氧化鐠作為價(jià)格昂貴的稀土，其用量直接決定色料的成本，提高鐠的利用率意義重大。

關(guān)鍵詞：色料;鐠;發(fā)色;成本

1 前 言

經(jīng)過(guò)多年反復(fù)試驗(yàn)，本廠鐠黃色料鐠含量從7.0%逐步降低至6.8%、6.5%，現(xiàn)目標(biāo)降至5.8%。本文將從礦化劑組合、用量和制備工藝等因素進(jìn)行優(yōu)化。基于本廠生產(chǎn)條件，以節(jié)降為目的對(duì)鋯鐠黃色料鐠含量進(jìn)行優(yōu)化，目標(biāo)降低鐠含量5%～10%，這對(duì)生產(chǎn)成本控制意義重大，預(yù)計(jì)色料成本可節(jié)降3%～6%。

2? 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)主體原料二氧化鋯、石英粉及氧化鐠，細(xì)度均為325目全通，無(wú)篩余。

普遍認(rèn)為，硅酸鋯晶體的理論組成為ZrO2：SiO2=67：33，實(shí)際應(yīng)用中將比例調(diào)整為62：38，原因是SiO2在反應(yīng)階段會(huì)與礦化劑反應(yīng)生成鹵化物蒸汽，SiO2稍微過(guò)量可以保證ZrO2可以與SiO2反應(yīng)完全形成ZrSiO4;氧化鐠初始用量為6.5%，礦化劑初始用量為4%，采用固相法制備，密封燒成。

2.1制備流程

樣品的檢測(cè)結(jié)果以墨水中的發(fā)色強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)用釉采用啞光釉，以下為色料及墨水的制備流程。

2.1.1? ?色料制備

干粉配料→球磨→烘干→打粉→裝缽→燒成→粉碎→水洗→烘干→打粉→精加工→成料

2.1.2? ?墨水制備

將色料與有機(jī)溶劑按固定比例混合，投入實(shí)驗(yàn)砂磨機(jī)，將粒徑研磨至D50=0.4μm，在啞光釉上絲網(wǎng)印花檢測(cè)。

2.2實(shí)驗(yàn)用礦化劑

本廠現(xiàn)用礦化劑及備用礦化劑種類如下：

氟硅酸鉀、氯化鉀、氟化鉀、氯化鋇、氟化鋇。

礦化劑以K的F、Cl化物及對(duì)應(yīng)鹵硅酸鹽為主，共三種，外加氯化鋇和氟化鋇。

2.3礦化劑用量?jī)?yōu)化

以當(dāng)前生產(chǎn)配方為基礎(chǔ)，礦化劑用量為變量制定以下幾組樣品：

2.3.1結(jié)果

表1樣品的發(fā)色強(qiáng)度結(jié)果如表2所示。

2.3.2分析

從表2結(jié)果可知：

（1）若降低0.7%鐠含量而不做礦化劑調(diào)整，b值大幅下降2.48;

（2）礦化劑用量逐步增加5%、10%、15%后，b值得到回補(bǔ)，幅度分別為0.24、0.72、0.83，說(shuō)明礦化劑的增加對(duì)降鐠后的發(fā)色強(qiáng)度有彌補(bǔ)作用，其中5%幅度較小，10%幅度較明顯，15%已經(jīng)與10%相差無(wú)幾，考慮性價(jià)比及電導(dǎo)率的因素，初步選擇礦化劑總量增加10%。

（3）由上表結(jié)果可知，單純用10%礦化劑并不能彌補(bǔ)10%鐠含量流失所帶來(lái)的發(fā)色差距。

2.4引入鋇元素鹵化物

實(shí)驗(yàn)采用鋇的氟化物和氯化物各一種，即BaF2和BaCl2。

根據(jù)2.3實(shí)驗(yàn)部分的結(jié)果，選取最優(yōu)樣品1-3作標(biāo)樣，總礦化劑量為4.4不變，記作2-0，在此基礎(chǔ)上引入兩種單一鹵化物以及兩者混合，所得配比如表3。

2.4.1? 結(jié)果

表3樣品的發(fā)色強(qiáng)度結(jié)果如表4所示。

2.4.2分析

由表4可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）引入10%、15%、20% BaCl2對(duì)b值的增益為0.52、0.55、0.34，即BaCl2引入量最適值為10～15%，不宜過(guò)高。

（2）引入10%、15%、20% BaF2對(duì)b值的增益為0.42、0.38、-0.21，即BaF2引入過(guò)多容易產(chǎn)生反效果，以8%～10%為宜;另外BaF2相較于BaCl2而言，對(duì)引入量敏感度更高，不易把控，且效果也不及后者。

（3）總引入量一樣為10%、15%、20%的情況下，采取BaCl2/BaF2復(fù)合的效果好于任意一種，但同樣存在最適總量，該數(shù)值為15%。

綜上，本組實(shí)驗(yàn)最佳配方為2-8，采用BaF2/BaCl2復(fù)配優(yōu)于單一品種，其次由于BaCl2敏感度相對(duì)較低且效果更明顯，實(shí)際配方中的BaF2/BaCl2比例可由5：5調(diào)整至4：6。

2.5F/Cl鹵化物礦化劑比例調(diào)整

根據(jù)2.4實(shí)驗(yàn)部分的結(jié)果，將2-8樣品配方定為新一組實(shí)驗(yàn)的標(biāo)樣，標(biāo)記為3-0，其F/Cl鹵化物礦化劑比例（下稱 F/Cl比例）為58：42，其中F鹵化物包含K2SiF6、KF、BaF2，Cl鹵化物包含KCl、BaCl2。

注：F/Cl比例是指所有F系礦化劑與所有Cl系礦化劑的質(zhì)量比，同系之間的礦化劑同比變化。

2.5.1結(jié)果

表5樣品的發(fā)色強(qiáng)度結(jié)果如表6所示。

2.5.2分析

表6結(jié)果顯示：

（1）F/Cl比例降低過(guò)程中，b值逐步提高，比例為50：50時(shí)b值基本見頂;繼續(xù)降低至46：54時(shí)只有略微提升，可以認(rèn)為達(dá)到峰值。

（2）F/Cl比例提高過(guò)程中，可以認(rèn)為b值降低，為反向效果。

綜上，本組實(shí)驗(yàn)中最佳樣品為3-3。

既然鐠含量降低，則意味著需要提高鐠的反應(yīng)程度，而針對(duì)將氧化鐠變成Pr蒸汽的過(guò)程，Cl系鹵化物比F系鹵化物效果更明顯，原因可能是PrCl3飽和蒸氣壓大于PrF3，因此在總礦化劑量相同的條件下，更多的Cl系礦化劑更有助于使之形成鐠蒸汽。

2.6引入超細(xì)石英

根據(jù)2.5實(shí)驗(yàn)部分的結(jié)論猜想，考慮引入部分超細(xì)石英，因其細(xì)度小，活性高，可用以彌補(bǔ)F系鹵化物減少導(dǎo)致的石英反應(yīng)程度降低的影響。將3-3樣品配方定為新一組實(shí)驗(yàn)的標(biāo)樣，標(biāo)記為4-0，采用的超細(xì)石英目數(shù)為3000目。

表7樣品的發(fā)色強(qiáng)度結(jié)果如表8所示。

2.6.2? 分析

表8結(jié)果表明：

（1）超細(xì)石英引入量在0～15%范圍內(nèi)，隨著比例提高，b值也同步提高，引入量為15%時(shí)b值最高，發(fā)色最強(qiáng)。

（2）超細(xì)石英引入量在15%～25%范圍內(nèi)，隨著比例提高，至20%時(shí)b值略有降低但亮度L值出現(xiàn)明顯提高，顏色變淺;至25%時(shí)b值急劇降低，L值也繼續(xù)提高，可以判斷為引入過(guò)量。

綜上，本組最佳樣品為4-3。

針對(duì)該組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，筆者認(rèn)為：結(jié)果基本符合前提猜想，即引入部分超細(xì)石英以彌補(bǔ)F系鹵化物減少導(dǎo)致的石英反應(yīng)程度降低的影響。然而該方案同樣存在最適量，引入量小于15%時(shí)為正向作用，大于15%時(shí)容易因?yàn)槭⒄w活性太高，提前與礦化劑反應(yīng)成Si蒸汽從而提前流失，導(dǎo)致發(fā)色不升反降。

2.7對(duì)標(biāo)現(xiàn)有產(chǎn)品

按最佳樣品編號(hào)4-3配方制備3kg色料，對(duì)標(biāo)生產(chǎn)標(biāo)樣，結(jié)果見表9。

基于本廠生產(chǎn)條件，成功制備了一款新型鐠黃色料，在降低鐠含量的條件下維持同等發(fā)色，達(dá)到了節(jié)降成本目的，實(shí)現(xiàn)鐠含量節(jié)降10%，色料成本節(jié)降6%。

3小? ?結(jié)

（1）基于本廠生產(chǎn)條件，成功制備了一款新型鐠黃色料，得到了一些有用的結(jié)論，也達(dá)成了氧化鐠及色料成本節(jié)降的目標(biāo)，氧化鐠成本節(jié)降10%，色料成本節(jié)降6%。

（2）要實(shí)現(xiàn)少量鐠含量下提高發(fā)色，增加礦化劑總量是前提條件，量少不利于礦化劑與氧化鋯和石英反應(yīng)完全;其次引入Ba2+離子對(duì)鐠黃增強(qiáng)發(fā)色有獨(dú)特作用。

（3）氟系鹵化物礦化劑主導(dǎo)石英蒸汽的形成，氯系鹵化物礦化劑主導(dǎo)鐠蒸汽的形成，鐠含量降低則更需要促進(jìn)鐠蒸汽形成，提高氯系鹵化物礦化劑的占比有利于該過(guò)程，但比例過(guò)高也會(huì)影響石英蒸汽的形成，導(dǎo)致發(fā)色變差。

（4）結(jié)合上條結(jié)論，總礦化劑量不變的情況下提高氯系鹵化物礦化劑占比即降低了氟系鹵化物礦化劑占比，這會(huì)影響石英蒸汽形成過(guò)程，調(diào)整方案為引入部分高活性的超細(xì)石英以彌補(bǔ)氟系鹵化物礦化劑的影響，但引入比例過(guò)高時(shí)，石英蒸汽過(guò)早形成也會(huì)導(dǎo)致發(fā)色變差。