伊利石型粘土在衛(wèi)生陶瓷坯料配方中的應(yīng)用*

岳邦仁　陳維堯　崔占東　張向衛(wèi)　葉春南　李良濱

(1 福建科福材料有限公司　福建 永春　362600)(2福建良格廚衛(wèi)有限公司　福建 永春　362600)

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伊利石型粘土在衛(wèi)生陶瓷坯料配方中的應(yīng)用*

岳邦仁1陳維堯1崔占東2張向衛(wèi)1葉春南1李良濱2

(1 福建科福材料有限公司福建 永春362600)(2福建良格廚衛(wèi)有限公司福建 永春362600)

描述了介福瓷土和水洗瓷土的礦物種類、含量，物理性能和化學(xué)成分，與高嶺土(水洗)各方面的情況對比。通過實驗確定，以介福水洗瓷土為主，其它當?shù)卦蠟檩o的衛(wèi)生陶瓷坯料配方的相關(guān)內(nèi)容及其配方的特點。介紹了此配方在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)線投入使用的情況，尤其是新建生產(chǎn)線投產(chǎn)后在較短的時間內(nèi)，各項合格率能夠達到較好的水平的實例。筆者得出結(jié)論并提出建設(shè)性意見。

介福水洗瓷土伊利石粘土衛(wèi)生陶瓷坯料配方

前言

自2013年7月開始，福建科福材料有限公司以介福瓷土為原料加工生產(chǎn)標準化原料——介福水洗瓷土(以下簡稱水洗瓷土)，目前已應(yīng)用于十余家大型知名衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)。2015年7月，位于福建省永春縣介福鄉(xiāng)的福建良格廚衛(wèi)有限公司(以下簡稱良格公司)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)線建成，該生產(chǎn)線距離福建科福材料有限公司的水洗瓷土加工生產(chǎn)線僅3 km，由于運費十分低廉，因此該公司的衛(wèi)生陶瓷坯料配方可以大量地使用水洗瓷土。我們經(jīng)過近半年的的實驗研究工作，確定了該公司坯料配方中水洗瓷土的合理用量，制定了以水洗瓷土為主，其它當?shù)卦蠟檩o的衛(wèi)生陶瓷坯料配方。此配方在良格公司的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)線投產(chǎn)時投入使用，在生產(chǎn)全包連體坐便器時，注漿合格率、半成品合格率和燒成合格率在相當短的時間內(nèi)達到了較高的水平，充分體現(xiàn)出配方的優(yōu)越性。

1　介福瓷土和水洗瓷土的礦物結(jié)構(gòu)

2015年，筆者對介福瓷土和水洗瓷土礦物結(jié)構(gòu)進行了測定，所含礦物種類及含量結(jié)果如表1所示。

表1　介福瓷土和水洗瓷土的礦物種類及含量(質(zhì)量%)

注：測定單位為國家建材地質(zhì)工程研究院測試中心。

從表1可以看出，介福瓷土和水洗瓷土是含有伊利石、石英、高嶺土和極少長石的混合型礦物。介福瓷土中含有三分之一的伊利石粘土，遠高于高嶺土的含量，可以稱之為伊利石型瓷土；水洗瓷土中含有近一半的伊利石粘土，遠高于高嶺土的含量，可以稱之為伊利石型粘土。

伊利石的化學(xué)式為：K0.75(Al1.75R)[Si3.5Al0.5O10](OH)2。

計算化學(xué)成分(質(zhì)量%)為：SiO2：42.40～45.27，Al2O3：35.94～38.38，K2O、Na2O：11.08～11.83；H2O：4.52～10.58。

2　水洗瓷土

2.1產(chǎn)地及產(chǎn)品性能

產(chǎn)地：福建永春縣介福鄉(xiāng)。

運距：3 km。

粒度：D504.0～5.5 μm；<10 μm 的顆粒占71%～80%。

原料入廠水分含量：<26% 。

產(chǎn)品外觀: 壓濾后呈土塊狀，塊徑<100 mm，呈土黃色。

2.2化學(xué)成分

水洗瓷土的化學(xué)成分見表2。

表2　水洗瓷土化學(xué)成分(質(zhì)量%)

從表2可以看出，水洗瓷土的化學(xué)成分與通常使用的衛(wèi)生陶瓷坯料配方的化學(xué)成分幾乎相同。

2.3物理性能

水洗瓷土物理性能見表3；水洗瓷土粒度(部分)分布圖見圖1。

表3　水洗瓷土物理性能

注：釉面磚針孔數(shù)是指該單料所制成的方磚(規(guī)格160 mm×160 mm)單面施生產(chǎn)用釉漿，再放入生產(chǎn)窯爐中燒成后，方磚釉面出現(xiàn)針孔的數(shù)量。

粒徑(μm)微分(%)累積(%)粒徑(μm)微分(%)累積(%)粒徑(μm)微分(%)累積(%)0.202.896.5131.3641.840100.000.24003.506.5337.8945.000100.000.29004.2410.4248.3150.640100.000.35005.009.3357.6361.280100.000.43006.2110.5168.1574.170100.000.52007.515.8874.0389.760100.000.630.210.219.092.3876.41100.000100.000.760.770.9810.001.1677.57108.630100.00

圖1水洗瓷土粒度(部分)分布圖

3　坯體配方中的其他原料

按照在質(zhì)量合格前提下就近取材的原則，經(jīng)過篩選，確定了以下坯體配方中使用的的其他原料。

3.1原料、產(chǎn)地及性能(見表4)

表4　其他原料產(chǎn)地、運距(到所述使用地點)及性能等參數(shù)

3.2化學(xué)成分(見表5)

表5　其他原料的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

3.3物理性能(見表6)

表6　其他原料的物理性能

4　水洗瓷土與高嶺土(水洗)的對比

水洗瓷土與高嶺土(水洗)的對比情況見表7。

表7　水洗瓷土與高嶺土(水洗)的對比情況

從表7可以看出，水洗瓷土與高嶺土(水洗)相比，具有以下優(yōu)點：

1)粒度??；

2)干燥抗折強度高；

3)易解膠，尤其是水洗瓷土的礦物成分中不含蒙脫石，這就為其在配方中的大量使用創(chuàng)造了條件；

4)出裂時間長，可塑性好，在注漿、修整工序不易開裂；

5)干燥收縮小，這在粘土類原料中是很突出的，可使坯體干燥階段不易開裂；

6)燒失小，燒成收縮小，在燒成階段不易開裂和發(fā)生變形；

7) 含有一定量的氧化鉀，在配方中可以少加入一部分鉀長石。

水洗瓷土與高嶺土(水洗)相比，其缺點為：

1)吃漿厚度小于高嶺土(水洗)，只達到一般水平；

2)氧化鐵含量較高;

3)氧化鋁含量不如高嶺土(水洗),相當或略高于通常的坯料配方中氧化鋁的含量。

5　坯料配方

5.1水洗瓷土用量的確定

在坯料配方實驗中，水洗瓷土的用量從10%開始，以依次5%的幅度增加，增加其用量，直至加入量達到85%，測定配方的各項指標。經(jīng)確定，水洗瓷土的用量在40%～50%時，配方的各項指標最佳。

在此范圍內(nèi)，進一步以更小的變化幅度調(diào)整其用量，同時調(diào)整其他原料的用量。若要調(diào)整配方中氧化鋁的含量，應(yīng)提高泥漿的懸浮性能；若要調(diào)整泥漿的吃漿性能，需加入一定量的高嶺土(水洗)；若要提高坯體的干燥抗折強度時，要加入一定量的球土；若要調(diào)整配方中氧化鉀的含量，應(yīng)加入一定量的鉀長石，一定量的葉臘石和絹云母使得它們在配方中發(fā)揮各自的長處；若要調(diào)整配方的燒成溫度，應(yīng)加入少量的白云石。通過反復(fù)的實驗與調(diào)整，最終確定了此坯料配方。

5.2配方的化學(xué)成分(見表8)

表8　坯料配方的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

5.3泥漿性狀

表9　泥漿性狀

用此配方磨制成的泥漿其性狀見表9。

5.4配方特點

1)按此配方中水洗瓷土的加入量和水洗瓷土中伊利石的含量計算，配方中的伊利石約占20%，它是以微細顆粒狀態(tài)存在的，其在泥漿成形、坯體干燥、燒成過程中表現(xiàn)出其優(yōu)良特性。

2)由于水洗瓷土具有出裂時間長、可塑性好、干燥收縮小、干燥抗折強度較高的特性，在注漿、修整工序，坯體干燥階段不易開裂。

3)配方中水洗瓷土加入量約占一半，水洗瓷土的化學(xué)成分尤其是SiO2、Al2O3、K2O和燒失量與坯料配方中的幾乎一樣，這就增加了產(chǎn)品在燒成階段的穩(wěn)定性，減少了燒成缺陷的產(chǎn)生。

4)由于配方中加入大量水洗瓷土，可以大幅減少其他粘土(如水洗高嶺土、子木節(jié)、球土)的加入量，這些粘土燒失量大，燒成收縮大。因此降低了產(chǎn)品在燒成階段的燒失量和燒成收縮，同時也增加了產(chǎn)品在燒成階段的穩(wěn)定性，減少了燒成缺陷的產(chǎn)生。

5)一般配方中主要依靠加入鉀長石來提供配方中K2O的需要量。由于水洗瓷土含有相當數(shù)量的K2O，配方中有近一半的K2O來自于水洗瓷土，這樣可顯著減少鉀長石的加入量。由于水洗瓷土的粒度要小于經(jīng)過球磨機磨制的鉀長石的粒度，前者在燒成階段的熔劑效果要強于后者，因此燒成性能更加穩(wěn)定，還可降低燒成溫度。

6)由于配方中水洗瓷土用量的比例大，因此在生產(chǎn)中要注意保持水洗瓷土質(zhì)量、性能的穩(wěn)定。

7)由于水洗瓷土的細度已經(jīng)達到了通常泥漿的細度要求，可以考慮水洗瓷土二次入磨或不再入磨的泥漿制備工藝。

6　生產(chǎn)應(yīng)用

實驗所用釉為通常的白色(硅酸鋯)乳濁釉。經(jīng)上述實驗確定的坯料配方，在良格公司的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)線建成投產(chǎn)時投入使用。

6.1產(chǎn)品特征

生產(chǎn)的產(chǎn)品為全包連體坐便器(見圖2)。坯體干燥質(zhì)量：40.8 kg；成品質(zhì)量：38.5 kg；成品尺寸：690 mm×395 mm×730 mm。

6.2生產(chǎn)工藝

1)泥漿加工。按照傳統(tǒng)球磨加工工藝：先將原料按比例稱取，裝入10 t球磨機球磨，球磨后，再放漿，經(jīng)過篩2次，除鐵2次，陳腐，調(diào)整好泥漿性能，送至成形工序使用。

圖2　全包連體坐便器

2)成形方法。成形工藝采用立交線一次成形設(shè)備。每天工作一班，每班工作8 h，注漿1次。

3)坯體干燥。半成品干燥采用天燃氣熱風(fēng)干燥室干燥，智能自動控制，干燥最高溫度為83 ℃，干燥周期為20 h。

4)施釉。采用流水線施釉，人工噴釉。

5)燒成。采用隧道窯燒成，燒成溫度為1 171～1 175 ℃(熱電偶溫度)，測溫環(huán)溫度為1 220～1 227 ℃。燒成時間為20 h。

6)質(zhì)量檢驗標準。按照國家標準《衛(wèi)生陶瓷》GB 6952-2005進行檢驗。

隧道窯燒成曲線見圖3。

6.3合格率情況

良格公司的衛(wèi)生陶瓷新建生產(chǎn)線使用了此坯料配方生產(chǎn)全包連體坐便器，生產(chǎn)產(chǎn)品情況如下：

1)投產(chǎn)1個月后，注漿合格率為93%，半成品合格率為95%，燒成合格率為84%；

圖3　隧道窯燒成曲線

2)投產(chǎn)2個月后，注漿合格率為95%，半成品合格率為96%，燒成合格率為89%；

3)投產(chǎn)3個月后，注漿合格率為96%，半成品合格率為96%，燒成合格率為91%。

投產(chǎn)3個月后的主要半成品缺陷發(fā)生率見表10；主要燒成品缺陷發(fā)生率見表11。

表10　主要半成品缺陷率(%)

表11　主要燒成品缺陷率(%)

新建生產(chǎn)線在投產(chǎn)后較短的時間內(nèi)，合格率能夠達到這么高的水平應(yīng)該說此配方起到了很大的作用，今后的合格率還會向更高的水平攀升。

6.4生產(chǎn)現(xiàn)場評價

此配方在使用中，來自生產(chǎn)現(xiàn)場的評價：

1)此配方的泥漿流動性能好，漿料放磨、精制時，易操作。

2)泥漿性能穩(wěn)定，成形使用不易出裂。

3)半成品強度高，搬運時不易發(fā)生破損。

4)燒成所需溫度較低，能達到節(jié)能降耗的效果；燒成過程中，產(chǎn)品開裂少，變形小，沒有風(fēng)驚缺陷產(chǎn)生。

7　結(jié)論

1)介福水洗瓷土中含約50%的伊利石粘土，因此可稱為伊利石型粘土。在衛(wèi)生陶瓷坯料配方中使用此水洗瓷土主要是利用其所含的伊利石粘土的性能。

2)當水洗瓷土在衛(wèi)生陶瓷坯料配方中的加入量在40%～50%時，配方的各項指標最佳，在生產(chǎn)全包連體坐便器時，其注漿合格率、半成品合格率、燒成合格率可以達到較高的水平。同時，要注意保證水洗瓷土質(zhì)量、性能的穩(wěn)定性。

3)配方的水洗瓷土的加入量在10%～20%時，可以明顯改善其性能。

4)在介福水洗瓷土的生產(chǎn)地點，如果以水洗瓷土為配方的主要原料，配方中的其他原料選用當?shù)卦?，?jīng)球磨機磨制，兩者均勻混合后再壓濾脫水，這樣的成品泥在質(zhì)量、加工成本等方面將具有一定的競爭力。

5)鑒于伊利石粘土在衛(wèi)生陶瓷坯料配方中表現(xiàn)出的優(yōu)良特性，應(yīng)當重視含有伊利石粘土的原料(礦物)的應(yīng)用，隨著應(yīng)用的擴大和深入，將會進一步加深對其認識；應(yīng)當重視對伊利石型粘土的原料(礦物)的開發(fā)與加工，為擴大和深入地應(yīng)用創(chuàng)造條件；應(yīng)當更加重視尋找和發(fā)現(xiàn)含有伊利石粘土的礦物資源，以利于行業(yè)的長遠發(fā)展。

岳邦仁(1945-)，本科，教授；主要從事衛(wèi)生陶瓷技術(shù)的研究管理工作。

TQ174

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1002-2872(2016)02-0034-06