華寧縣陶瓷原料的成分分析

李琛，楊猛，伍賢學，李銳揚，張全，張濟祥，胡棟寶，曾艷萍

摘 要：本文對華寧縣陶瓷生產(chǎn)使用的部分陶土、陶坯和釉料的化學成分進行分析，并與省內(nèi)外的同類原料進行對比，通過紅外光譜譜圖對比初步實現(xiàn)對原料的區(qū)分，同時采用超景深顯微鏡對陶土和陶坯原料進行形貌表征和分析，期望為其他陶瓷材料的分析提供一定的理論依據(jù)。

關鍵詞：陶土；陶坯；釉料；紅外光譜；形貌表征

1引言

云南玉溪市華寧縣地處滇中，有“陶鄉(xiāng)”的盛名美譽，華寧陶又稱“寧州陶”，享有華夏古陶“活化石”的美稱。傳統(tǒng)云南華寧陶造型粗獷、紋飾簡樸生動，開片精美，器質(zhì)細膩，釉色斑斕、質(zhì)地飽滿。因其悠久的歷史起源、獨特的藝術魅力，越來越受到人們的關注和喜愛[1]。

陶瓷產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎是陶土原料，其性質(zhì)主要取決于地質(zhì)分布，巖石類型一般為粉砂質(zhì)-砂質(zhì)泥巖，成礦類型是沉積型。陶土原料中，原礦料外觀主要由Fe2O3、TiO2等著色成分及有機質(zhì)的含量高低決定，一般呈灰白、土灰、淺黃、土黃、紅色等色調(diào)[2]，如圖1所示。值得注意的是，陶土原料具有非均質(zhì)特性，即使在同一陶土礦體中，往往儲藏著多種具有不同外觀特征和組成的陶土原料。

2 華寧陶土化學成分分析

華寧縣有豐富的陶土資源，目前探明儲量7000萬噸，分布于碗窯村之南，縣城之北的山腰上。華寧陶土主要有白漿土和泥漿土兩種，陶土剛挖出來時為深灰色泥塊，頗富膠性，干透后成青白色（圖2）。

由表1可以看出，華寧陶土的主要成分為SiO2和Al2O3，與其他陶土原料相同。但是，華寧陶土的Fe2O3、MgO和K2O的含量要明顯高于其他陶土。TiO2是陶土中較為珍貴的成分，該成分越多，則陶土的性能越好[3]。三種華寧陶土的TiO2含量高于江西陶土和建水泥，表明華寧縣擁有優(yōu)質(zhì)的陶土資源。華寧陶土具備生坯強度高、干燥收縮小、可塑性能強、透氣性能好等工藝優(yōu)點。在燒成過程中，不論是正常燒成溫度的上限或下限，陶器表皮層都能燒結，且制品內(nèi)壁能形成氣孔但不滲漏。

3 華寧陶土的紅外光譜

目前華寧縣在冊制陶企業(yè)共74戶，實現(xiàn)年產(chǎn)值200萬以上的僅有30戶，無規(guī)上企業(yè)，多以家庭小作坊和家族產(chǎn)業(yè)形式存在，由于受生產(chǎn)規(guī)模和成本的限制，配料過程主要是憑借經(jīng)驗，導致不確定性，甚至同款產(chǎn)品都存在較大差異，品質(zhì)無法保證，因此發(fā)展一種經(jīng)濟、高效的陶土原料品質(zhì)鑒別方法對推動華寧縣陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

相較于其他大型檢測儀器，紅外光譜具有直接、快速、無損、操作簡單等優(yōu)點，性價比高。因此，如果能利用紅外光譜實現(xiàn)陶土原料的定性、定量分析，將極大降低陶土化學成分的檢測成本。為了驗證方法的可行性，本文對華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜進行了初步探討。

3.1 華寧陶土、陶坯及釉料的外觀

2022年11月初，從華寧沁心陶藝和古月陶藝共采集陶土原料2份（古月2）、陶坯原料3份（沁心2古月1）及釉料2份（沁心2），外觀如圖3所示，晾干、粉碎后取原樣測試ATR-FTIR譜，對譜圖進行標準化處理并分析。

3.2 華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜分析

3.2.1 華寧陶土的紅外光譜分析

兩份華寧陶土樣品的紅外光譜如圖4所示。可以看出，二者光譜整體相似度較高，在3698、3622、1164、1025、999、911、796、778、693、527cm-1等處具有共同的特征峰。主要差異為：2號粗陶土在3698、3622、911、527cm-1等處特征峰相對較強，其余峰相對較弱。由此推測出兩種陶土原料的化學組成相似，但是各組成成分的比例稍有不同。若能進一步研究揭示各特征峰的組分歸屬，則有望通過紅外光譜快速評估陶土原料的化學組成特點，為泥坯的調(diào)配提供指導。

3.2.2 華寧陶坯的紅外光譜分析

如圖5所示，三種華寧陶坯樣品的紅外光譜圖也具有相似的光譜特征，在3697、3622、1164、995、910、796、778、692、524 cm-1等處具有共同的特征峰，與陶土相似，推測出陶坯和陶土的化學成分無明顯差別。仔細對比可見，3號陶坯樣品在3697、3622、910、524 cm-1等處的特征峰相對較強，其余峰相對較弱，而4號和7號的譜圖特征非常接近。由此推測出，4號和7號樣品可能源于同一陶土泥料采集點，而3號和4號樣品存在一定的組分比例差異。綜上所述，紅外光譜技術可以用于陶坯原料的特征識別與配方調(diào)控。

3.2.3 華寧釉料的紅外光譜分析

圖6為華寧縣兩種釉料和一種陶土的紅外光譜圖。據(jù)圖8可見，5號樣品具有1443、648、583 cm-1等獨有特征峰，同時3969、3619cm-1較弱，表明其具有不同于2號和6號樣品的化學成分。數(shù)據(jù)庫檢索結果顯示，5號樣品與伊利石（一種硅酸鹽礦物）的相似度超過80%，而6號樣品則與蒙脫石（一種鋁硅酸鹽）匹配度更高。此外，6號釉料光譜特征與2號陶土相似度較高，推測6號釉料可能是在華寧陶土中加入適量著色成分簡單調(diào)制。

3.2.4 華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜相似度評價

混合物紅外光譜是其全部組成成分紅外光譜的非線性組合，可以完整反映整個樣品的化學組成信息。以3號陶坯樣品為參照光譜，對其他陶土、陶坯及釉料進行了1800～600 cm-1范圍的光譜相似度評價，可以評估陶土、陶坯及釉料之間的關聯(lián)性，也可比較不同來源樣品之間的異同，為快速評估不同樣品之間的異同提供參考。相似度評價結果見表2。

4 華寧陶土的形貌表征和分析

通過超景深顯微鏡對華寧陶土和陶坯原料的形貌進行表征，結果如圖7所示?？梢钥闯觯胀梁吞张髟现写嬖诖罅康慕Y晶態(tài)物質(zhì)，其中摻雜著一些雜質(zhì)。結晶態(tài)物質(zhì)主要為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類三種，晶體以兩種基本構造單元為主，一種是硅氧四面體與硅氧四面體晶片，另一種是鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片。還可以看出，不論是陶土還是陶坯原料，粗料相較于細料都含有更多的雜質(zhì)；陶坯原料從粗料（4號）到細料（3號），其粘合致密程度也明顯增加。

5 結論

由于成礦環(huán)境與條件的復雜性，不同礦源的陶土原料差異較大，在應用于陶瓷產(chǎn)品前，需要進行化學成分、礦物相組成、可塑性、結合性等檢測，往往涉及一些高端、大型的儀器設備，檢測成本較高，對于華寧縣陶瓷產(chǎn)業(yè)中占絕大多數(shù)的無規(guī)上企業(yè)是難以承受的，因此結合一些常規(guī)儀器，尋找一種有效判別方法是解決這一難題的有效途徑。

通過對源自兩家企業(yè)的7個樣品進行簡單預處理后，進行紅外光譜分析和超景深顯微鏡表征，結果表明這兩種方法可能在華寧陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量控制、評價等方面中具有重要應用前景。將這些成果應用于生產(chǎn)實踐中，對于充分利用本土資源，推動華寧陶瓷文化產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化、品牌化等協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1]單平.華寧陶文化產(chǎn)業(yè)研究[J]. 美與時代，城市版，2016，（01）：98-99.

[2]張留生，許小靜，馮亞騰.陶土原料的特性分析與應用研究[J].江蘇陶瓷，2022，32（07）：19-23.

[3]鄧紹云.國內(nèi)陶土物理化學基本性質(zhì)的研究現(xiàn)狀與展望[J].鹽科學與化工，2019，48（02）：5-11.