鎂質(zhì)粘土解膠實(shí)驗(yàn)研究＊

胡 飛 熊 偉

（1 國(guó)家日用及建筑陶瓷工程技術(shù)研究中心 江西 景德鎮(zhèn) 333403）

（2 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 江西 景德鎮(zhèn) 333403）

（3 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院工商管理學(xué)院 江西 景德鎮(zhèn) 333403）

前言

含鎂粘土是一種天然礦物原料，因其MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)20%左右，又具有良好的粘結(jié)性、可塑性、吸附性等粘土特性［1～2］，又稱之為鎂質(zhì)粘土、白土［3］?；且环N含水層狀硅酸鎂礦物，屬單斜晶系，呈片狀或粒狀?；瘜W(xué)式為3MgO·4SiO2·H2O。理論化學(xué)組成（質(zhì)量%）為 MgO 31.9、SiO263.4、H2O 4.7。常與透閃石（2CaO·8SiO2·5MgO·H2O）、綠泥石（9MgO·3Al2O3·5SiO2·8H2O）、蛇紋石（3MgO·2SiO2·2H2O）、白云石等礦物共生。江西境內(nèi)含鎂粘土資源豐富，由滑石粘土燒制的釉面磚技術(shù)成熟，用滑石粘土和一定量的高嶺土及其他原料制作釉面磚，能較好地和一般乳濁釉相匹配，坯體具有較寬的燒成范圍，制品白度高、強(qiáng)度好、耐急冷急熱性能優(yōu)良，具有較好的外觀和質(zhì)量。

滑石原料具有以下優(yōu)點(diǎn)：①硬度低，極易粉碎，加工效率高，坯體干燥及燒成后的收縮率接近于零；②成形性能好，厚度可以減薄，質(zhì)量較輕，有利于高層建筑使用；③燒成溫度低，燒成周期短，節(jié)能效果明顯［4］。但是鎂質(zhì)泥在球磨過(guò)程中難以解膠，從而增加了泥漿含水率，建筑陶瓷行業(yè)中80%以上的能耗來(lái)自于干燥和燒成［5］。因此，泥漿中的水分含量在滿足工藝要求的前提下越少越好。陶瓷工業(yè)中通常使用陶瓷減水劑，能在泥漿釉料含水率低的同時(shí)具有良好流動(dòng)性和穩(wěn)定性［6］。筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)加入無(wú)機(jī)減水劑、有機(jī)減水劑、聚合減水劑以及復(fù)合減水劑對(duì)鎂質(zhì)粘土進(jìn)行解膠，并討論減水劑的作用機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)

稱量200g物料，加入一定量的水和減水劑，球磨5～10min。選用無(wú)機(jī)減水劑（如偏硅酸鈉、三聚磷酸鈉）、有機(jī)減水劑（如腐植酸鈉）、聚合減水劑（如pc－67、TH908、TH904、GYNL、PAAS）等。減水效果的表示方法為：

1）泥漿的流速（相對(duì)粘度）B的計(jì)算公式為：

式中：C——100ml的漿液完全從涂－4杯中流出來(lái)所用的時(shí)間；

W——100ml的水完全從涂－4杯中流出來(lái)所用的時(shí)間。

2）泥漿的觸變性是以稠化度與厚化度表示，它等于泥漿在涂－4杯中靜置30min后完全流出的時(shí)間與靜置30s后流出的時(shí)間的比值。

3）含水率的測(cè)定。稱取一定量泥漿 W1，放入烘箱中干燥，烘箱溫度為105℃左右，烘干至恒重，將干燥后的泥料稱重W2，其含水量的計(jì)算公式為：

4）篩余量的測(cè)定。稱取一定量泥漿 W4，放入250目篩中，加水使細(xì)顆粒過(guò)篩，留在篩中的顆粒干燥后稱重W5，篩余量S的計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與討論

2.1 黑滑石的解膠

表1為無(wú)機(jī)減水劑對(duì)黑滑石的解膠作用。從表1可以看出，沒(méi)有加入減水劑的黑滑石，其流動(dòng)性非常差，含水率為60%。加入三聚磷酸鈉和腐植酸鈉對(duì)黑滑石的解膠作用很小，偏硅酸鈉可以增加黑滑石的流動(dòng)性。當(dāng)加入0.75g九水偏硅酸鈉時(shí)，含水率達(dá)42.8%，流速為27s；當(dāng)加入0.75g七水偏硅酸鈉時(shí)，含水率不變，流速降至21s；當(dāng)加入0.75g五水偏硅酸鈉時(shí)，含水率降為33.3%，，流速為15.27s，說(shuō)明五水偏硅酸鈉對(duì)黑滑石有較好的解膠作用。

表1 無(wú)機(jī)減水劑對(duì)黑滑石的解膠作用

2.2 鎂質(zhì)泥的解膠

實(shí)驗(yàn)中采用建山鎂質(zhì)泥進(jìn)行研究，建山鎂質(zhì)泥的成分如表2所示。其中MgO含量為22.25%，Al2O3含量較少。

針對(duì)此種泥料解膠，考察無(wú)機(jī)減水劑的解膠效果，無(wú)機(jī)減水劑的添加量是建筑陶瓷行業(yè)常規(guī)加入量，解膠結(jié)果如表3所示。

研究結(jié)果表明，加入三聚磷酸鈉得到的泥漿有1／2滯留，泥漿篩余量為7.9%。偏硅酸鈉對(duì)鎂質(zhì)泥的解膠作用較好，其解膠效果為：五水偏硅酸鈉＞七水偏硅酸鈉＞九水偏硅酸鈉。五水偏硅酸鈉的添加可以使泥漿開(kāi)始流動(dòng)；隨著五水偏硅酸鈉的加入量的逐漸增加，泥漿的流動(dòng)性越好；球磨時(shí)間越長(zhǎng)，其流動(dòng)性越差。這說(shuō)明鎂質(zhì)泥具有粘土的特性，而鎂質(zhì)泥的粉碎性較好，因此可以根據(jù)廠家篩余量的要求適當(dāng)減少球磨時(shí)間。無(wú)機(jī)減水劑對(duì)于建山鎂質(zhì)泥的最佳選擇是使用0.5g五水偏硅酸鈉，球磨7min。

表2 建山鎂質(zhì)泥的成分（質(zhì)量%）

表3 無(wú)機(jī)減水劑對(duì)于建山鎂質(zhì)泥的解膠結(jié)果

無(wú)機(jī)減水劑的解膠作用機(jī)理主要是通過(guò)鈉離子對(duì)高價(jià)鎂離子的置換，使離子的水化膜減少，釋放多余的水分子，并且通過(guò)靜電斥力效應(yīng)達(dá)到減水效果。無(wú)機(jī)減水劑的離子絡(luò)合作用不如有機(jī)減水劑的效果明顯。因此，無(wú)機(jī)減水劑對(duì)于層間片狀結(jié)構(gòu)且含大量高價(jià)陽(yáng)離子的鎂質(zhì)泥的解膠效果并不突出，實(shí)驗(yàn)中采用有機(jī)減水劑、聚合減水劑以及表面活性劑進(jìn)行解膠實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，腐植酸鈉對(duì)于鎂質(zhì)泥幾乎沒(méi)有解膠作用；表面活性劑十二烷基磺酸鈉對(duì)鎂質(zhì)泥沒(méi)有解膠效果，反而產(chǎn)生大量泡沫，不利于解膠。水處理用表面活性劑TH－908對(duì)泥漿的解膠有效果，但是解膠效果差于TH－904的，當(dāng)表面活性劑TH－904添加量為0.75%時(shí)，其解膠效果接近pc－67的結(jié)果。PAAS和GYLA對(duì)鎂質(zhì)泥的解膠效果都不佳。pc－67對(duì)鎂質(zhì)泥解膠效果比無(wú)機(jī)減水劑好，能夠使泥漿流速達(dá)到90s，泥漿篩余量為1.8%，泥漿的含水率達(dá)39.25%。

相比較，有機(jī)減水劑的解膠效果比無(wú)機(jī)減水劑的效果要好，這是由于鎂質(zhì)泥中含有較多的 Mg2＋。但是電解質(zhì)對(duì)Mg2＋對(duì)鎂質(zhì)泥的交換量還不夠，而聚合有機(jī)物可以通過(guò)空間位阻效應(yīng)隔離泥土膠粒，其表面活性作用還有助于泥土膠粒表面降低能量，并與Mg2＋離子絡(luò)合，可增加膠粒之間流動(dòng)性。因此，對(duì)于鎂質(zhì)粘土的解膠，需要無(wú)機(jī)減水劑和有機(jī)減水劑配合使用。

表4 有機(jī)及聚合減水劑對(duì)鎂質(zhì)泥的解膠作用

續(xù)表4

復(fù)合減水劑對(duì)于鎂質(zhì)泥的解膠作用如表5所示。從表5可以看出，五水偏硅酸鈉與腐植酸鈉的復(fù)配效果較差；五水偏硅酸鈉與三聚磷酸鈉的復(fù)配效果較好，流速可以降至36.72s；五水偏硅酸鈉與pc－67的復(fù)配效果較好，流速可以降低至26.85s；五水偏硅酸鈉與TH904的復(fù)配也可以使流速降低至31.52s；而五水偏硅酸鈉與GYLN的復(fù)配效果最好，可以達(dá)到19.97s。這說(shuō)明，無(wú)機(jī)減水劑和聚合減水劑復(fù)配，可以同時(shí)利用無(wú)機(jī)減水劑的靜電斥力作用和聚合減水劑的空間位阻和表面活性作用，以提高減水效率。但是減水劑的復(fù)配作用相當(dāng)復(fù)雜，有待于進(jìn)一步地了解粘土－水系統(tǒng)以及減水劑－膠體系統(tǒng)之間的作用。

表5 復(fù)合減水劑對(duì)鎂質(zhì)泥的解膠作用

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鎂質(zhì)粘土進(jìn)行解膠實(shí)驗(yàn)，對(duì)無(wú)機(jī)減水劑、有機(jī)減水劑、聚合減水劑以及復(fù)合減水劑對(duì)鎂質(zhì)粘土的解膠作用，了解不同減水劑對(duì)鎂質(zhì)粘土的解膠作用。我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)減水劑不能很好地對(duì)鎂質(zhì)粘土進(jìn)行解膠，五水偏硅酸鈉的作用較為明顯；有機(jī)及聚合減水劑的解膠效果比無(wú)機(jī)減水劑要強(qiáng)，其中表面活性劑TH－904和聚合減水劑pc－67作用相似，可以使鎂質(zhì)粘土含水率減少至40%以下；復(fù)合減水劑特別是無(wú)機(jī)加聚合減水劑的復(fù)合配方效果明顯，其中以0.75g五水偏硅酸鈉和0.75g GYLN的復(fù)合配方最好，流速可以達(dá)到19.97s。

1 余志偉，周卸妹，王霞，等.含鎂黏土抗菌材料研究.非金屬礦，2003，26（2）：28～30

2 章人駿.含鎂粘土在耐火材料工業(yè)應(yīng)用的初步探索.地球?qū)W報(bào)，1998，19（1）：77～83

3 方鄴森，顧炳偉.江西、湖南兩省滑石黏土的性能及其在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用.硅酸鹽通報(bào)，1991，12（1）：33～39

4 高懷義.滑石白云母片巖和白云母斜長(zhǎng)石片巖用做建筑陶瓷的可行性研究.建材地質(zhì)，1991（3）：31～34

5 計(jì)紅果，蔣冰艷.陶瓷減水劑的研究進(jìn)展.廣州化學(xué)，2009，3（4）：51～54

6 俞康泰.陶瓷添加劑應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006