環(huán)保低鋯超白拋光磚的研究

潘炳宇 汪慶剛 趙勇

摘 要：本文主要針對在超白拋光磚的生產(chǎn)過程中，使用大量的硅酸鋯原料，使得硅酸鋯資源日益短缺。因此，本文提出了以多種生產(chǎn)工藝相結(jié)合，減少硅酸鋯在超白拋光磚中用量的方法，以期促進(jìn)超白拋光磚生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步成熟。

關(guān)鍵詞：超白拋光磚；硅酸鋯；原料預(yù)處理；二次布料工藝

1 引言

近年來，國內(nèi)的陶瓷工業(yè)發(fā)展迅猛，且規(guī)模迅速擴(kuò)大。盡管國家對樓市的調(diào)控政策對陶瓷墻地磚的生產(chǎn)銷售造成了一定的影響，但基于人們對潔白明亮的居室環(huán)境的需求，經(jīng)典高檔的超白拋光磚依然存在著巨大的市場空間。當(dāng)然，生產(chǎn)高白拋光磚，離不開硅酸鋯的使用。由于陶瓷原料一般白度不高，要生產(chǎn)出超白的拋光磚，一般都會(huì)添加一定量的硅酸鋯作為坯用增白劑。但一方面，硅酸鋯資源已日益短缺，價(jià)格昂貴；另一方面，硅酸鋯具有較高的放射性（一般內(nèi)、外照射均為10以上）。因此，如何生產(chǎn)出環(huán)保低鋯的超白拋光磚產(chǎn)品，成為了行業(yè)內(nèi)一個(gè)共同的研究課題。

2 硅酸鋯的應(yīng)用現(xiàn)狀

在陶瓷墻地磚行業(yè)中，硅酸鋯是一種重要的原材料，其主要用于陶瓷釉料、坯料，起乳濁增白的作用，且是普鋯黃、釩鋯蘭等陶瓷色料中的主晶相（穩(wěn)定相），使用量非常大。我國每年鋯英砂的開采量大約為6萬噸，其中約60%～70%用來加工成硅酸鋯。國產(chǎn)鋯英砂遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，只能從世界各地（澳大利亞、印度尼西亞、越南、南非等國）進(jìn)口，每年進(jìn)口量高達(dá)47.5萬噸。

隨著鋯英砂原料日趨緊缺，各國都在重視資源的保護(hù)利用。2010年，我國已經(jīng)把鋯列入十大稀有金屬元素之一，作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備和控制，使得鋯英砂價(jià)格上漲。以澳大利亞鋯英砂為例，1993年，澳大利亞鋯英砂為200美元/t，目前已是2600美元/t，18年間，價(jià)格提升了13倍。硅酸鋯的價(jià)格也由1997年的2000多元/t，上漲到高峰時(shí)期的21000元/t左右。

3 生產(chǎn)超白拋光磚的方法

3.1 提高陶瓷原料的白度

一般來說，生產(chǎn)超白拋光磚首選高白、高質(zhì)的陶瓷原料，但陶瓷墻地磚行業(yè)經(jīng)過了多年的發(fā)展以及開采，高白、高質(zhì)的陶瓷原料已經(jīng)日益短缺，且價(jià)格昂貴。以佛山地區(qū)為例，一般白度為70左右的中溫砂原料的價(jià)格，已經(jīng)達(dá)到了250元/t（含稅），而在當(dāng)今競爭激烈的市場環(huán)境下，一般600mm規(guī)格的超白拋光磚產(chǎn)品的價(jià)格僅為40元/m2。受限于生產(chǎn)成本的控制，大量的使用高白、高價(jià)原料生產(chǎn)超白拋光磚已經(jīng)成為不可能。如何對中低品質(zhì)的陶瓷原料進(jìn)行優(yōu)質(zhì)化的處理，則是低鋯超白拋光磚生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵。

原料預(yù)處理，目的就是除去原料中鐵、鈦等有害雜質(zhì)，提高原料的白度。受限于成本以及場地等因素的影響，高溫氯化法與有機(jī)酸處理法在工業(yè)化生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)，一般可采用人工揀選結(jié)合水洗磁選的處理方法。

陶瓷原料一般分為硬質(zhì)與軟質(zhì)原料兩種，對于硬質(zhì)原料（如：長石、石英等），需經(jīng)過水洗、錘選，除去含鐵、錳多的雜質(zhì)原料；對于軟質(zhì)原料，一般先進(jìn)行人工揀選，把含鐵質(zhì)多的塊狀和外觀特征差異較大的原料，以及樹枝、草根等雜物揀出，并進(jìn)行翻料，使原料混合均勻。再將原料粉碎后，使用磁鐵棒干法除鐵兩次。最后將粉碎后的原料置入攪拌池中淘洗。此時(shí)，粗顆粒原料和比重較大的含鐵質(zhì)礦物經(jīng)過一定時(shí)間的流動(dòng)，會(huì)沉積于攪拌池底。把懸浮液過篩，過濾掉木屑、雜草等雜質(zhì)，然后再經(jīng)磁棒除鐵槽，除鐵后晾干成為陶瓷水磨原料。經(jīng)過預(yù)處理后的原料，根據(jù)原料的雜質(zhì)含量的不同，白度可提高8～15度左右。

3.2 配方的優(yōu)化

在配方設(shè)計(jì)中，首先需要合理的選擇含氧化鐵、二氧化鈦低的陶瓷原料；長石類可選用經(jīng)過精選水洗的原料。另外，適當(dāng)?shù)囊肷倭康幕?MgO4·SiO2·H2O），可有效地提高坯體的白度。因?yàn)榛械腗g2+不但具有乳濁增白的作用，還能與Fe2+和TiO2反應(yīng)，可減弱鐵、鈦對產(chǎn)品發(fā)色的不良影響。由于坯體中粘土類原料占了20%左右，而氧化鐵在粘土類原料中一般含量為1.2%～1.8%，所以超白磚坯體中的氧化鐵一般由粘土類原料帶入的。要提高產(chǎn)品的白度，必須嚴(yán)格控制粘土中氧化鐵含量，并選用精加工的粘土。而檢驗(yàn)粘土的白度時(shí)，不能單看粘土的燒成白度，更要看模擬產(chǎn)品的燒成白度，一般在70%的坯用鈉長石中加入30%的粘土，混合球磨后打餅，并在窯爐中燒成，檢測其白度。

3.3 生產(chǎn)工序的控制處理

要生產(chǎn)好的低鋯超白磚，除了原料以及配方的優(yōu)化外，生產(chǎn)工序的控制也極為重要。首先，在配料階段，需對鏟車料斗、喂料機(jī)，以及輸送帶進(jìn)行清理，盡量把白料安排到同一套配料系統(tǒng)中。然后，在球磨階段，需要將球磨機(jī)、漿池清洗干凈。其次，在漿料處理階段，應(yīng)需要充分凈化、沉淀、過濾，有條件的可對水進(jìn)行磁選除鐵。漿料經(jīng)球磨后，先要經(jīng)過120目或180目的振動(dòng)篩，除去鐵、錳、有機(jī)物等粗顆粒，以免影響白度。漿料過篩后仍需經(jīng)過3次以上的強(qiáng)磁除鐵，此時(shí)，要求控制好漿料的比重和流速，使得在除鐵的過程中，漿料能緩慢流過除鐵設(shè)備。筆者建議使用新型的強(qiáng)磁場自動(dòng)除鐵機(jī)，以加強(qiáng)除鐵效果。

3.4 二次布料工藝的使用

通過研究發(fā)現(xiàn)，可采用工藝路線改進(jìn)的方式降低硅酸鋯在超白拋光磚中的使用量。由于陶瓷墻地磚在鋪貼后，只有面料層部分使用了硅酸鋯，所以采用二次布料工藝，可降低底料部分的白度，如此，即可大大的減少硅酸鋯的使用量。

但采用二次布料工藝需要解決以下問題：

（1） 面料層白度的問題；

（2） 面料層、底料層燒成溫度的匹配性問題；

（3） 面料層、底料層膨脹系數(shù)的匹配性問題（變形問題）；

（4） 顧客心理接受度的問題。

面料層白度的問題較易解決，由于面料層僅占整磚的三分之一左右，在超白磚配方中加入一定量的硅酸鋯，即可解決白度問題。同時(shí)，由于面料層較薄，硅酸鋯的用量以及產(chǎn)品整體的成本和放射性將能得到有效的控制。二次布料的目的就是降低硅酸鋯的使用量，所以底料層一般不建議加入硅酸鋯，但由于面料層在加入硅酸鋯后，燒結(jié)溫度有所上升，因此，在設(shè)計(jì)底料配方時(shí)，應(yīng)充分考慮到溫度以及膨脹系數(shù)的差別，適當(dāng)減少滑石的用量或提高高溫砂的配比。要解決變形的問題，一方面在配方調(diào)整時(shí)，考慮到整體的匹配性；另一方面，窯爐要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行磚型的調(diào)整，以及每一批粉料在噴粉前，漿料需要充分的均混，且粉料之間不能隨意混搭使用，以減少粉料的波動(dòng)。由于使用二次布料方式生產(chǎn)的超白拋光磚，存在上、下層白度不一致的情況，導(dǎo)致消費(fèi)者會(huì)有一些顧慮，如：瓷磚是否分層；質(zhì)量是否下降；是否用久了會(huì)變色等。所以生產(chǎn)二次布料的超白磚，技術(shù)人員需要與銷售人員進(jìn)行充分的溝通，傳達(dá)給消費(fèi)者正確、合理的信息，傳遞二次布料的環(huán)保、低碳的概念。

除了上述的二次布料工藝外，使用濕法二次布料工藝將能進(jìn)一步提升超白拋光磚的白度，可以更加充分地降低硅酸鋯的使用量。由于濕法二次布料工藝的面料層無需考慮到成形時(shí)的可塑性問題，所以含有較多鐵質(zhì)等雜質(zhì)可進(jìn)一步的降低，有效提高坯體面料層的白度。同時(shí)，由于面料層進(jìn)一步的減薄（僅為整磚的5%左右），硅酸鋯的使用量將得到極大的減少。但濕法二次布料工藝對于配方設(shè)計(jì)、工序控制、燒成制度的制定有著更為嚴(yán)格的要求，所以現(xiàn)今只有極少數(shù)廠家具備生產(chǎn)濕法二次布料超白磚的能力。但可以預(yù)見的是，未來濕法二次布料工藝將會(huì)降低硅酸鋯用量，將是提高白度的極佳的解決方案。

4 結(jié)語

本文通過一系列的原料處理、配方優(yōu)化、工序控制、二次布料等措施，以望在生產(chǎn)超白拋光磚的過程中，節(jié)省硅酸鋯使用量。實(shí)踐證明，生產(chǎn)環(huán)保低鋯超白拋光磚是一個(gè)整體系統(tǒng)的工程，需要從原料、配方、工藝等各方面互相配合，只有控制好每個(gè)環(huán)節(jié)，方能有效的提高產(chǎn)品的白度，減少生產(chǎn)過程中硅酸鋯的使用量。

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