解膠劑在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉暢 張德佑

摘 要：本文介紹了陶瓷解膠劑在實(shí)際生產(chǎn)中的選用及使用原則。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，獲得了解膠劑在陶瓷生產(chǎn)中應(yīng)用的基本規(guī)律。正確應(yīng)用解膠劑，對(duì)提高陶瓷泥漿或釉漿的性能、減少漿料水份、降低干燥能耗，以及保證陶瓷產(chǎn)品品質(zhì)具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：陶瓷；解膠劑；應(yīng)用；節(jié)能降耗

1 前言

隨著中國(guó)陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，陶瓷原料進(jìn)一步消耗，尤其是優(yōu)質(zhì)陶瓷原料逐漸消耗殆盡，傳統(tǒng)上不能應(yīng)用的陶瓷原料也逐漸被陶瓷廠家認(rèn)可并重新應(yīng)用，其原因在于陶瓷化工原料的發(fā)展。隨著陶瓷生產(chǎn)工藝的發(fā)展，陶瓷機(jī)械、原料、化工及相關(guān)陶瓷技術(shù)，也遇到了空前的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

就陶瓷化工部分的解膠劑（也稱陶瓷解凝劑、減水劑、電解質(zhì)）來(lái)說(shuō)，由上世紀(jì)90年代的三聚磷酸鈉（STPP）、水玻璃Na2O·mSiO2·xH2O（液體）、純堿（Na2CO3）、腐植酸鈉等單一化工原料作解膠劑，發(fā)展到目前的復(fù)合解膠劑（無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)，無(wú)機(jī)-有機(jī)），且形態(tài)由單一的固態(tài)到液態(tài)（如：有機(jī)高分子材料），陽(yáng)離子型到陰離子型。對(duì)于不易解膠的陶瓷原料，如：超白低溫砂、膨潤(rùn)土、鎂質(zhì)土、礦渣、陶瓷污泥、拋光泥等，只要應(yīng)用得當(dāng)，均具有解膠的效果，以確保漿料工藝參數(shù)、減少水份、降低干燥能耗，實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。

2 解膠機(jī)理

關(guān)于解膠機(jī)理，已有眾多的專家對(duì)其進(jìn)行闡述，其中的觀點(diǎn)仍存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步深入研究。但業(yè)界比較認(rèn)可的解膠機(jī)理主要有三種。

（1） 陽(yáng)離子置換

通過陽(yáng)離子置換的方式，可以改變膠粒的雙電層厚度，使雙電層厚度增加，ξ電位上升。如：粘土的陽(yáng)離子交換過程如下：

Ca-粘土+2Na+—2Na-粘土+Ca2+↓（沉淀鈣鹽） （1）

Mg-粘土+2Na+—2Na-粘土+Mg2+↓（沉淀鎂鹽） （2）

粘土的陽(yáng)離子交換容量大小的情況如下：

H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

即左邊的離子能置換右邊的離子，自右至左交換容量逐漸增大。

粘土吸附陰離子的能力較小，其順序如下：

OH->CO32->P2O74->PO43->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

（2） 空間位阻效應(yīng)

通過空間位阻效應(yīng)，在離子間起阻尼和間隔作用。

（3） 螯合效應(yīng)

螯合效應(yīng)即通過復(fù)合物的引入，使陽(yáng)離子產(chǎn)生鍵合，形成絡(luò)合物，降低離子間的引力，補(bǔ)充空間位阻效應(yīng)。螯合物是配合物的一種，在螯合物的結(jié)構(gòu)中，一定有一個(gè)或多個(gè)多齒配體提供多對(duì)電子與中心體形成配位鍵。螯合物通常比一般配合物要穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)中經(jīng)常具有的五或六元環(huán)結(jié)構(gòu)更增強(qiáng)了穩(wěn)定性。所以螯合物的穩(wěn)定常數(shù)都非常高，在陶瓷泥漿或者釉漿的解膠中，同陶瓷漿料中的陽(yáng)離子，尤其是多價(jià)離子形成更為穩(wěn)定的螯合物，降低了離子間的引力，從而降低了漿料的粘度，起到解膠的作用。另外，螯合物還可以掩蔽金屬離子，提高了漿料的穩(wěn)定性。

3 陶瓷坯料解膠試驗(yàn)的內(nèi)容

3.1 試驗(yàn)原料

3.1.1坯料

本試驗(yàn)所采用的坯料為佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司的超白面料SHW、普白底料HY，G陶瓷廠拋光料、LM廠瓷質(zhì)仿古磚坯料等。另外，2#與3#試驗(yàn)為佛山鷹牌陶瓷有限公司的HY底料，其坯料的化學(xué)組成相同，但3#引入膨潤(rùn)土10%，替代2#中的部分粘土（水洗泥及黑泥），將配方中的化學(xué)成分調(diào)整至合適的比例，要求其主要成分偏差小于0.5%。試驗(yàn)用坯料（曬干或者自然晾干）預(yù)先粉碎，全部通過8目篩（粒徑<2.5mm），混合均勻。其化學(xué)組成如表1所示。

3.1.2解膠劑

本文中的解膠劑采用的是佛山市富威順化工有限公司生產(chǎn)的解膠劑，L01和L02為液體解膠劑；德國(guó)司馬化工的DOLAPIX-PC67為有機(jī)液體解膠劑；其余的為固體解膠劑。固體解膠劑全部研磨成細(xì)粉并混合均勻備用。解膠劑的化學(xué)組成如表2所示。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

本試驗(yàn)所采用的設(shè)備及儀器為電子天平、NDJ-5型涂-4粘度計(jì)、比重杯、秒表。

3.3 試驗(yàn)步驟

（1） 同一組實(shí)驗(yàn)，固定用相同的快速球磨機(jī)、球磨罐和球石，將球磨罐及球石（料：球≈1：3，球石級(jí)配為大：中：小≈2：5：3）預(yù)先用干毛巾把水擦干，減少因水份、料球比、球石級(jí)配以及球磨轉(zhuǎn)速等因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（漿料水份和細(xì)度）造成的誤差；

（2） 在0.01g精度的電子天平上分別準(zhǔn)確稱取坯料和水（依據(jù)試驗(yàn)條件表3）；

（3） 在0.0001g精度的電子天平上精確稱取相應(yīng)質(zhì)量的解膠劑；

（4） 將坯料、水、解膠劑加入球磨罐中，再進(jìn)行快速球磨，球磨時(shí)間依據(jù)所生產(chǎn)陶瓷磚的細(xì)度工藝參數(shù)而定。

（5） 采用NDJ-5型涂-4粘度計(jì)檢測(cè)漿料的流動(dòng)性（即采用100g的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試杯，杯口直徑為4mm，測(cè)試其流動(dòng)性），連續(xù)測(cè)試三次，并記錄每次測(cè)試所用的時(shí)間（記為：流速1、流速2、流速3）。

（6） 漿料密封靜置24h后，用攪拌機(jī)以相同轉(zhuǎn)速攪拌2min，用NDJ-5型涂-4粘度計(jì)連續(xù)檢測(cè)3次（記為：24h流速11、24h流速12、24h流速13），衡量觸變性，通過流動(dòng)性的差異大小來(lái)反映觸變性大小。差異越大，觸變性越大，反之越小。

4 陶瓷坯料解膠試驗(yàn)及結(jié)果分析

本試驗(yàn)條件依據(jù)車間生產(chǎn)工藝參數(shù)（水份、細(xì)度、流速、比重等）來(lái)確定試驗(yàn)的料水比、球磨時(shí)間等方面的性能指標(biāo)，詳情如表3所示。

4.1 超白SHW面料解膠試驗(yàn)及結(jié)果分析

超白SHW面料中所采用的解膠劑為B-20#，添加量為0.30%～0.85%。不同含量的解膠劑對(duì)SHW面料解膠效果見表4及圖1、圖2。

由圖1和圖2可知，采用B-20#解膠劑對(duì)SHW坯料解膠時(shí)，隨著解膠劑含量的增加，其流動(dòng)性先增加后降低，當(dāng)解膠劑的含量為0.55%時(shí)，流動(dòng)性最好，所以此時(shí)解膠效果最佳。但沉淀24h后，其流速時(shí)間由31s增加到35s，但最佳添加量增加基本同球磨后吻合。所以當(dāng)解膠劑含量在0.55%時(shí)，說(shuō)明該坯料采用B-20#解膠劑比較合適。當(dāng)解膠劑的含量低于0.45%，解膠劑用量不足，漿料解膠不好，粘度增大，流動(dòng)性差；尤其當(dāng)其含量低于0.4%時(shí)，在生產(chǎn)上表現(xiàn)為漿料出球慢，容易產(chǎn)生漿料放不盡，過多的漿料停留在球磨機(jī)內(nèi)。導(dǎo)致這部分漿料在第二次球磨時(shí)增加球磨時(shí)間，造成部分過度球磨，細(xì)度偏細(xì)，漿料粘度適當(dāng)增加。

4.2 HY底料和HY-1底料的解膠試驗(yàn)及結(jié)果分析

采用不同的解膠劑對(duì)HY底料和HY-1底料進(jìn)行解膠，兩個(gè)坯料的化學(xué)成分相同，但HY-1底料中引入膨潤(rùn)土10%代替HY-1底料中的部分粘土，即坯料中的礦物組成有差異。由于坯料礦物組成的差異，以及各種解膠劑的解膠規(guī)律不同，所以即使在同一水份下，流動(dòng)性差異也較大，甚至沒有完全解膠、無(wú)流動(dòng)性，不易進(jìn)行試驗(yàn)比較。因此，將水份調(diào)整到33.33%、35.48%、37.5%進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。水份高，說(shuō)明難解膠。不同類型的解膠劑與漿料的粘度關(guān)系如表5所示。不同解膠劑對(duì)HY和HY-1坯料的解膠效果如圖3所示。C-30與不同液體解膠劑對(duì)HY和HY-1坯料的解膠效果如圖4所示。

由圖3、圖4可知，引入膨潤(rùn)土后，坯料難解膠，而且最佳添加量有所增加，用C-30作解膠劑，水份為35.48%時(shí)，HY坯料的最佳添加量在0.5%～0.7%，流速為40s～45s；但引入膨潤(rùn)土10%后，解膠劑添加量增加到0.6%～0.9%，流速為45s～50s。另外，在采用C-30解膠劑的基礎(chǔ)上引入液體解膠劑PC-67、L01、L02后，解膠效果均有改善，并且解膠范圍拓寬，這在實(shí)際生產(chǎn)中容易控制，不會(huì)因泥砂料的波動(dòng)，導(dǎo)致漿料粘度大幅波動(dòng)，噴霧干燥后粉料顆粒變化大，易造成后期缺陷較多。尤其在水份過高（38%以上）的情況下，粉料多假性顆粒，微粉多，壓制后磚坯容易出現(xiàn)分層、裂磚等缺陷。

4.3 G廠拋光磚坯料解膠試驗(yàn)及結(jié)果分析

解膠劑C-30對(duì)G廠拋光磚坯料解膠過程中，水份分別以32.2%（即坯料土樣：200g，水95g）、33.3%（即坯料土樣：200g，水100g）進(jìn)行試驗(yàn)。

（1） 水份為33.3%的解膠

本文中解膠劑C-30對(duì)G廠拋光磚坯料解膠試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。解膠劑C-30對(duì)G廠拋光磚坯料的解膠效果如圖5所示。靜置24h后，解膠劑C-30對(duì)G廠拋光磚坯料的解膠的觸變性如圖6所示。

（2） 水份為32.2%的解膠

C-30解膠劑在G廠坯料配方中解膠規(guī)律如表7所示。靜置24h后，C-30解膠劑在G廠坯料配方中解膠規(guī)律如表8所示。其解膠效果如圖7、圖8所示。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖7、8可知，G廠坯料的解膠，采用C-30解膠劑最佳點(diǎn)在1.2%～1.4%之間，觸變性有所右移，即解膠劑的加入量適當(dāng)增加，觸變性會(huì)變好，漿料粘度降低。

4.4 LM仿古磚坯料的解膠試驗(yàn)及結(jié)果分析

LM瓷質(zhì)仿古磚坯料的解膠，主要是解膠劑的添加量較大，采用C-30解膠劑比較合適，最佳加入量在0.9%～1.0%時(shí)，水份可降低至32.25%，LM廠仿古磚的解膠規(guī)律如表9所示。其解膠劑的解膠效果如圖9所示。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖9可知，LM廠仿古磚坯料的解膠主要是添加量較大，當(dāng)解膠劑C-30的添加量在0.8%～0.9%時(shí)，其觸變性也較大。靜置24h后，流速由25s增加到40s以上。因此，結(jié)合觸變性，其最佳的加入量為1.3%。

5 結(jié)論

通過上述大量的實(shí)驗(yàn)證明，在陶瓷生產(chǎn)工藝過程中，解膠劑對(duì)漿料的解膠好，即粘度低、流動(dòng)性好。漿料流動(dòng)性好，噴霧干燥造粒的粉料顆粒形狀及顆粒級(jí)配也就較好，從而后期壓制時(shí)粉料布料性能（顆粒形狀、級(jí)配、密度等）更好，降低了后期工序缺陷的產(chǎn)生機(jī)率。另外，解膠劑的選擇以及添加量的合適與否，對(duì)漿料的性能均有很大的影響，如：水份、細(xì)度。如果選擇了合適的解膠劑，并調(diào)整至最佳添加量，在漿料粘度滿足工藝要求的前提下，可將水份降到最低，從而提高球磨效率及產(chǎn)量，降低能耗。同時(shí)，也降低了噴霧干燥能耗，為實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、降低成本、節(jié)能降耗做出貢獻(xiàn)。

影響坯釉料解膠劑的因素及注意事項(xiàng)有如下幾個(gè)方面：

（1） 配料配方的變化對(duì)解膠效果的影響

因坯料配方組成的變化，尤其是礦物組成的差異，對(duì)解膠劑的類型、添加量均有不同要求，既使是同一陶瓷企業(yè)，由于泥砂料批次間的波動(dòng)（尤其是均化不足），對(duì)解膠劑的添加量都有不同。原料堆場(chǎng)大，原料均化越充分，漿料的解膠越穩(wěn)定；而堆場(chǎng)小，頻繁進(jìn)料的解膠多數(shù)不穩(wěn)定，通常這些就是漿料流動(dòng)性波動(dòng)較大的原因。一般在選解膠劑時(shí)，在泥砂料使用前，需做小試和中試試驗(yàn)，取配方所用的泥砂，曬干或者自然晾干，粉碎（過8～10目篩），經(jīng)過小試確定解膠劑的類型及最佳添加范圍，然后再進(jìn)行中試，再進(jìn)行大生產(chǎn)。一般華南區(qū)域，添加量在0.4%～0.8%，少數(shù)在0.3%～0.4%或0.8%以上；華北區(qū)域在0.6%～1.0%范圍；另外，不同產(chǎn)區(qū)對(duì)解膠劑類型要求也不同。實(shí)際應(yīng)用時(shí)均需試驗(yàn)確定，以達(dá)到最好的解膠效果，從而達(dá)到降低成本，增加效益的目的。

（2） 陶瓷原料的風(fēng)化程度對(duì)解膠效果的影響

一般風(fēng)化時(shí)間長(zhǎng)，越容易解膠，即原礦解膠一般比次生礦難解膠。好的解膠劑在配方中的添加量也相對(duì)較少，其成本相對(duì)降低。反之，添加量變大，解膠劑成本高。

（3） 水質(zhì)對(duì)解膠效果的影響

一般生產(chǎn)用水或者漿料中含有Ca2+、Al2+、Mg2+、Cl-、SO42-等離子較多的，解膠劑相對(duì)較難，且觸變性較大，如：在沿海地區(qū)、華北地區(qū)，采用拋光線污水（因?yàn)槲鬯蠧a2+、Mg2+、Cl-、SO42-等離子濃度相對(duì)較高）較高的企業(yè)，解膠成本一般較高，添加量較大，漿料水份高。另外，污水處理的凈水劑對(duì)解膠也有影響，而且影響較大，如：聚丙稀銑胺、聚合氯化鋁、明礬等，對(duì)這類影響解膠的物質(zhì)，更應(yīng)慎重使用并選擇合適的解膠劑，才能降低解膠成本。

（4） 漿料溫度對(duì)解膠效果的影響

通常情況下，溫度高，漿料粘度低，流動(dòng)性好；溫度低，漿料粘度高，流動(dòng)性差。所以在冬季漿料一般流動(dòng)性會(huì)比夏季差5～15s，甚至更多。如果已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)選擇了合適的解膠劑，且添加量也選擇較佳時(shí)，流動(dòng)性還不能滿足生產(chǎn)需要時(shí)，可適當(dāng)提高漿料水份，以適應(yīng)生產(chǎn)工藝參數(shù)。