淺談坯用無鈷黑色料的研制

崔微微

摘要：本文主要以Fe2O3與Cr2O3為原料，或者利用鉻鐵礦的引入，合成低成本的無鈷黑色料。研究了不同原料、不同配比、不同球磨和保溫時間等工藝條件對該色料呈色的影響。結(jié)果表明：二價鐵與三價鐵的動平衡是影響該色料在坯體中呈色的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：無鈷黑；鉻鐵礦；工藝條件

1 前言

目前，劈開磚作為一種墻地磚裝飾材料，已成為國內(nèi)建筑裝飾的流行飾品。因其具有很好的抗壓、抗凍、防酸、耐磨、防潮性能，具有廣闊的市場前景。因此，對于劈開磚用色料的需求量也越來越大，黑色色料尤甚。在傳統(tǒng)的黑色色料中，為了得到較為純正的黑色調(diào)，通常引入氧化鈷，而氧化鈷的價格十分昂貴，導(dǎo)致黑色色料成本一直居高不下，從而限制了黑色色料的大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。因此開發(fā)低成本的無鈷黑色色料成為黑色色料的發(fā)展趨勢。本文主要用Fe2O3與Cr2O3合成Cr-Fe尖晶石色料，從中優(yōu)化出黑色性能良好且生產(chǎn)成本較低的配方。

2 實驗過程

2.1實驗原料

Fe2O3、Cr2O3為工業(yè)純化工原料，實驗用鉻鐵礦外觀呈黑色且具有金屬光澤，鉻鐵礦的組成如表1所示。

2.2色料配方

在鉻鐵礦組成的基礎(chǔ)上，按一定配比引入純化工原料Fe2O3、Cr2O3；或者直接用Fe2O3、Cr2O3為原料制備合成坯體黑，并引入MnO2、SiC、C黑，得到呈色較好的配方如表2所示。

2.3工藝流程

本實驗的工藝流程如圖1所示。

3 結(jié)果分析與討論

3.1色料組成對呈色的影響

1#~6#色料在1280℃條件下煅燒，并保溫30min。結(jié)果表明：4#呈色較好，1#雖然鉻、鐵含量與4#一樣，但由于其中鉻鐵礦中含有的氧化鎂會與 Fe2O3、Cr2O3形成尖晶石，影響了黑色的呈色質(zhì)量，使得黑色入坯后顏色發(fā)灰黑。5#、6#中C、SiC等原料對發(fā)色影響不大。

3.2球磨時間對呈色的影響

將4#配方配制100g，分別球磨30min、45min、60min、90min。結(jié)果表明，球磨時間越長坯體顏色越深。表明粒度越小，發(fā)色越純正。但當(dāng)球磨到90min時，坯體著色變化不明顯。

經(jīng)分析，配料前原料的細(xì)度會影響固相反應(yīng)的程度，物料顆粒尺寸愈小，反應(yīng)體系比表面積越大，反應(yīng)顆粒之間接觸面積增大，反應(yīng)產(chǎn)物層厚度減小，色料在坯體中的分散性越好，所以表現(xiàn)出的呈色越好。因此，原料細(xì)度的處理能促進(jìn)合成色料的固相反應(yīng)完全。

3.3燒成氣氛對呈色的影響

將4#配方制備的熟料分為兩份，一份在電爐內(nèi)1280℃燒成；另一份在大生產(chǎn)窯爐內(nèi)1280℃燒成。結(jié)果表明，電爐內(nèi)燒成色料入坯后黑色度雖高，但具有較明顯的紅色調(diào)。而窯爐內(nèi)燒成色料在坯中呈色雖黑色度不如前者，但呈綠色調(diào)，而紅色調(diào)較淺。通過分析，電爐中的燒成氣氛為氧化氣氛，氧化氣氛下有助于三價鐵的形成，導(dǎo)致呈色偏紅。窯爐中的燒成氣氛為微還原氣氛，有助于二價鐵的形成，所以綠色調(diào)明顯。而經(jīng)調(diào)查，劈開磚客戶需求是希望色料在坯體中呈色泛綠，但要保證一定的黑色度，所以在合成坯體黑時，如何維持二價鐵與三價鐵的平衡是成功與否的關(guān)鍵所在。

根據(jù)上述實驗現(xiàn)象，可以得出還原氣氛有助于反應(yīng)的進(jìn)行的，所以5#、6#是在4#基礎(chǔ)上添加還原劑C、SiC，發(fā)現(xiàn)加3%~5%C時可以適當(dāng)降低紅色調(diào)，但是超過5%，雖然紅色調(diào)沒有了，但黑色度也大大降低，而SiC的加入顏色無明顯改善。

3.4合成色料的晶相組成

為了進(jìn)一步說明效果，本實驗分別從現(xiàn)有市場上購買了普遍使用的坯體黑色料，筆者公司原先生產(chǎn)的黑色料以及試驗中所得呈色效果較好的4#樣品進(jìn)行對比，分別用B、T、C表示，并進(jìn)行XRD測試，其測試結(jié)果如2所示。

從XRD圖中可發(fā)現(xiàn)，三個樣品都較好地合成了Cr1.3Fe0.7O3尖晶石，其中B、T中除了對應(yīng)的尖晶石衍射峰外，還含有許多其他小的衍射峰，說明還有反應(yīng)中間體或者未反應(yīng)的原始反應(yīng)物Fe2O3，而樣品C雖也含有少量的未反應(yīng)完全的Fe2O3，但較前兩個樣有所改善。

4 結(jié)論

（1） 影響黑色料呈色的主要因素為Fe2O3與Cr2O3的配比，加入MnO2后鉻鐵礦對于黑色料在坯體中的黑色度有所下降，而加入適當(dāng)C可以降低紅色度。

（2） 原料的組成、球磨時間、燒成氣氛對呈色都有著至關(guān)重要的影響。其中，實驗過程中如何找到二價鐵與三價鐵含量比例的平衡是合成該色料的關(guān)鍵。

（3） 色料細(xì)度對色料在坯體中呈色也有影響。細(xì)度越小，色料在坯體中的分散性越好，反應(yīng)的比表面積越大，呈色越好。

（4） 合成色料主晶相為Cr1.3Fe0.7O3尖晶石，其中還含有少量游離氧化鐵，使得色料呈紅色調(diào)。