衛(wèi)生潔具低溫泥漿的研制

林 毅

(廣東翔華科技股份有限公司 廣東 潮州 515646)

前言

隨著我國陶瓷產能的迅速擴張，陶瓷原料市場出現了供應緊張的局面，部分地區(qū)原料的價格漲幅較大，作為傳統制造業(yè)的陶瓷產業(yè)，“高產量、高能耗、低效益”的困境，使行業(yè)發(fā)展面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。陶瓷行業(yè)只有通過新技術、新工藝，對陶瓷工業(yè)的生產過程進行改造，降低能耗才能最大程度地節(jié)約能源。

潮州制造陶瓷的生產歷史悠久，是中國陶瓷文化的發(fā)源地之一。改革開放以來，潮州已成為全國最大的日用陶瓷、工藝美術陶瓷和衛(wèi)生陶瓷的生產和出口產區(qū)。它不僅是全國陶瓷出口量最大的產區(qū)，還是全國最具活力和發(fā)展的陶瓷產區(qū)之一。2004年4月12日，中國輕工業(yè)聯會、中國陶瓷工業(yè)協會授予潮州市“中國瓷都”稱號。目前潮州陶瓷企業(yè)95%以上是民營企業(yè)，是全球陶瓷創(chuàng)新最快，品種最多，最具活力和發(fā)展最快的產區(qū)之一。隨著我國陶瓷產能的迅速擴張，陶瓷原料市場出現供應緊張局面。一方面，部分地區(qū)原料價格漲幅較大；另一方面，由于國際原油市場價格的持續(xù)上漲，直接帶動國內燃料油價上漲。陶瓷行業(yè)價格的競爭，持續(xù)高漲的成本壓力，致使陶瓷企業(yè)整體盈利能力明顯下降。

為了使衛(wèi)生潔具產品在寒冷的冬天不爆裂，控制吸水率及燒成溫度十分重要，一般燒成溫度要達到1 250～1 300 ℃，如能研制出能適合的吸水率、生產強度及各項指標，且溫度控制在1 200 ℃以下的泥漿，將會大大降低能耗和生產成本，從而可以提高企業(yè)的經濟效益。

自2008年開始，我們就開始投入衛(wèi)生潔具低溫泥漿的研制。經過幾年的研發(fā)和努力，通過對實驗室配方的調整、試片的試制、小試的生產、成品的試產，現已將泥漿配方的燒成溫度控制在1 190 ℃，吸水率達到國家標準GB 6952-2015的要求在0.5%以下，同時保證產品性能指標合格。

1 配方試驗

1.1 生產原料的確定

因考慮到生產成本及充分利用潮州本土資源，在配方研發(fā)上我們主要采用潮州本土資源原料，如長石、高嶺土、粘土、黑泥、淘洗泥等，少量外地產原料，如絹云母、葉蠟石、燒滑石，其主要化學成分如表1所示。

表1 原料的化學成分(質量%)

1.2 與釉料的配合優(yōu)化

在試制過程中，我們注意到釉料的膨脹系數較小，坯釉匹配不合適，可通過增加滑石的加入量，降低膨脹系數，不僅解決了坯釉匹配的問題，同時滑石對降低燒成溫度也有幫助，從而達到坯釉的匹配優(yōu)化。

1.3 試片檢測

1.3.1 試片的制作與規(guī)格

我們在試制過程中，采用石膏模型注漿分別制作了長度為200 mm，寬度為35 mm，厚度為13 mm的試條和長度為130 mm，寬度為90 mm，厚度為13 mm的試片。

1.3.2 試驗條件與過程

注漿制作的試條經干燥后(100～120 ℃干燥4 h)，測量其干燥收縮率，然后送入窯爐燒成(燒成條件與大生產一致)，再檢測燒成收縮率和總收縮率，并用于測定吸水率和抗彎強度。將制作的試片，在干燥后上釉(釉層厚度與大生產一致)，然后送入窯爐燒成，將燒制好的試片，按照國家標準GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的規(guī)定，檢測其坯釉抗龜裂性。

1.4 試驗結果

衛(wèi)生陶瓷低溫泥漿配方的試驗結果見表2。

表2 試驗結果

1.5 試制過程

我們在確定研制低溫配方后，先進行了增加長石加入量的試驗。試驗結果顯示，燒成溫度降低，吸水率也達到標準要求，但是這時泥漿塑性變差，工人操作困難。我們通過增加黑泥、淘洗泥等軟質原料，使泥漿塑性提高，較好地解決了此問題。另外，如果只單純增加長石的加入量，將導致坯體熱穩(wěn)定性變差，產品易風驚，通過引入滑石，可較好地解決問題。在整個試制過程中，我們進行了幾十次小型試驗，容易達到了要求，但中試過程則較難，我們前后進行了10多次試驗。

投入大生產后，我們也沒有一步到位的進行，而是采取了分次實施過程，較為平穩(wěn)地解決了問題。

2 配方的確定

按照傳統的思維方式，為了降低燒成溫度，我們若要增加熔劑的含量，就必須增加瘠性原料長石的含量，但這樣泥漿的塑性就會降低，導致工人的操作困難。我們通過調整思路，減少葉臘石，絹云母等半瘠性料，用長石代替，這樣雖然可以降低溫度，但塑性稍差，再增加陶洗泥、黑泥等軟質料，導致流動性較差。為了提高泥漿成形的可塑性，同時引入了滑石原料，可以降低溫度，提高坯體熱穩(wěn)定性，不使燒成過程中產生新的問題。舊配方和新配方對比如表3所示。

表3 新、舊配方的化學組成(質量%)

3 泥漿的生產及工藝參數

3.1 生產流程

3.2 泥漿產業(yè)化生產(見表4)

表4 煉泥主要用設備

制泥：加入44%的水，球磨時間為16 h，出磨時每一磨都必須進行檢測，各項指標合格后方可投入使用。

3.3 工藝參數

泥漿容重：1.74～1.76 g/mL；250目篩余≤2.0%；吸漿速度：5.0～5.6 mm/h；干燥收縮：3.4%～3.8%；燒成收縮：8.2%～8.6%； 燒成溫度：1 190 ℃；燒成周期：17～19 h；吸水率≤0.5%；觸變性：10～30；泥漿流動性：270～310 s；可塑性：滿足一次成形連體要求。

3.4 燒成曲線對比

潮州衛(wèi)浴行業(yè)舊配方的燒成曲線和新配方的燒成曲線分別如圖1和圖2所示。

4 關鍵技術及創(chuàng)新

如何解決低溫高強度是本項目的關鍵技術。相比較于傳統的長石、石英、粘土類配方，第一個改變就是完全不使用石英原料，而用少量的絹云母、葉臘石類礦物代替，這樣可以提高泥漿成形的可塑性。第二個改變是引入滑石代替長石，滑石的助熔作用遠高于長石，同時還可降低坯體的熱膨脹系數。而減少的長石用量就可用粘土來代替，這樣可以進一步提高泥漿成形的可塑性。

表5 配料表(以一球磨裝干料9 t位單位)(t)

圖1 新配方燒成曲線圖

圖2 潮州衛(wèi)浴行業(yè)配方燒成曲線

圖3 坯料配方改進方向

通過調整坯料配方，雖然降低了燒成溫度，但塑性沒有降低，可確保沒有增加工人操作難度。

目前，國內生產衛(wèi)生陶瓷的廠家，其配方多為傳統的長石、石英、粘土配合而成，工人操作難度大，對工人的技術水平要求高，長石、石英這兩類原料，沒有可塑性，要完全依靠粘土(如黑泥)提供塑性，若單黑泥添加量多，吸漿速度就很慢；反之，黑泥添加少了，塑性又差，對生產大件產品很困難。

我們則在配方中完全不使用石英原料，添加了本地淘洗泥，輔助加了少量的絹云母、葉臘石類等材料，完成了配方的調試。既降低了燒結溫度，又不影響產品的強度，保障產品各項指標符合國家標準GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的要求。

5 總體性能指標與國內外先進技術的比較及技術成熟度

衛(wèi)生潔具低溫燒成泥漿項目研制，總體性能指標符合國家標準GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的各項要求。燒成溫度控制在1 190 ℃以下，產品吸水率控制在0.3%。國內外同類產品燒成溫度在1 250～1 300 ℃，吸水率按國家標準GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》要求為0.5%。

經過幾年的研制，整個生產過程工藝性能穩(wěn)定，產品外觀規(guī)整度、光亮度及洗涮、隔臭功能都優(yōu)于其他廠家同類產品，達到了國內同類產品的先進水平。

低溫高強度的泥漿配方，吸水率和燒成溫度的控制，保障了衛(wèi)生潔具產品能適應寒冷的冬天不爆裂。自2008年我公司投入研制以來，未見有關資料或相關報導。為了使該技術更廣泛的推廣與應用，我們已將此配方的泥漿全面替代原來的配方，已取得了一定的經濟效益。

6 對社會經濟發(fā)展和科技進步的意義

本項目的研制成功，大大節(jié)約了原料成本和能源消耗成本，具體測算如下：

1)節(jié)約原料成本。按現有潮州重要衛(wèi)生潔具產區(qū)的泥漿300元/t計，我公司研制的泥漿目前約200元/t，可節(jié)約30%，成本按現有每年消耗34 800 t泥漿計算，年可節(jié)約348萬元。

2)節(jié)約能耗成本。新研發(fā)的泥漿燒成溫度在1 190 ℃，比現有燒成溫度1 250 ℃降低了60 ℃。一條260 m3隧道窯耗用天然氣量為220 m3/h，新研發(fā)的泥漿燒成溫度控制在1 190 ℃，同樣的隧道窯耗用天然氣量為180 m3/h。可節(jié)省耗氣量20%。按現有公司每日耗用天然氣8 t，全年按300 d計，年可節(jié)約天然氣480 t，每噸天然氣按6 500元計算，全年可節(jié)省能耗312萬元。

3)原料成本及能耗成本兩次合計年可節(jié)約660萬元。潮州現有衛(wèi)浴廠家1 000家，年產衛(wèi)生陶瓷產品達9 000多萬件，已達到100多億元的產值，如能在整個潮州產區(qū)推廣應用，年可節(jié)約近10億元的成本，可節(jié)約天然氣90 000 t，符合我國現階段“節(jié)能降耗”的產業(yè)政策，對促進社會經濟的發(fā)展和科技進步具有重大意義。

7 推廣應用的條件及前景

本研究成果主要適應于衛(wèi)生潔具生產企業(yè)，不涉及成形工藝及窯爐設備。目前潮州衛(wèi)生陶瓷廠家除了少數幾家大型企業(yè)自產泥漿外，大多數企業(yè)依靠瓷泥廠供應泥漿，廣泛應用推廣的可能性較大，低溫泥漿經過3年的反復調試，穩(wěn)定性強、成本低、產品規(guī)整度、光亮度及各項功能均符合國標要求，并已實現規(guī)模生產。

潮州是全國衛(wèi)生陶瓷的主要產區(qū)，也是全世界衛(wèi)浴出口的重要產業(yè)基地，衛(wèi)浴產銷量占據全國的半壁江山。而在產量方面的優(yōu)勢受河南長葛產區(qū)的影響，品牌美譽度上不及一些佛山品牌，總體較為保守。如在潮州產區(qū)廣泛應用低溫泥漿，則可增強潮州衛(wèi)浴總體的競爭力。而衛(wèi)生潔具行業(yè)涉及國計民生，市場需求量大，本項目的應用推廣符合國家的節(jié)能政策，發(fā)展前景廣闊。