基于高含鐵的低品位原料制備雙零低吸瓷磚的研發(fā)以及量產(chǎn)

龍海仁，王求平，李偉泉，江楠，招偉培，賀旭旭，吳河城

（重慶市東鵬智能家居有限公司，重慶 402195）

1 前言

針對重慶市永川區(qū)大量礦山礦點(diǎn)的取樣，以及對當(dāng)?shù)丶爸苓叺牡刭|(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，永川區(qū)地質(zhì)地貌主要屬于次級沉降帶，主要礦山資源以水泥石灰?guī)r和石英砂巖為主，瓷磚生產(chǎn)坯體原材料常規(guī)使用的以鉀鈉元素為主的長石類原材料則幾乎沒有。但是重慶市榮昌區(qū)和永川區(qū)一帶擁有儲量豐富的青砂（石），預(yù)估儲量2400萬噸，當(dāng)?shù)刂饕糜谥?，其作用相?dāng)于廢石廢砂，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常低，收益也非常低。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，青砂（石）是一種砂石類的原料，青砂以質(zhì)量百分比計(jì)的化學(xué)成分中鈉含量在4%左右，鉀含量在1%以上，可代替長石類原料作為熔劑性原料；青砂也具有一定的塑性，能提高磚坯的強(qiáng)度；同時(shí)青砂價(jià)格相對黏土長石低廉。但是，青砂含鐵高，原始白度約3.5，若直接大量用于陶瓷坯體原料，會降低坯體的燒成溫度，降低坯體的白度，增加坯體脆性，在生產(chǎn)中更容易引起坯體氧化不良，坯體高溫穩(wěn)定性差，導(dǎo)致大量的非合格產(chǎn)品產(chǎn)生，因此，難以大量直接用于生產(chǎn)高檔陶瓷磚。

基于以上情況，本文從原料預(yù)處理、坯體配方優(yōu)化、釉面調(diào)整等方面作為切入點(diǎn)，對當(dāng)?shù)馗吆F原料實(shí)現(xiàn)了利用，生產(chǎn)出雙零低吸全拋釉產(chǎn)品。

2 技術(shù)路線及思路

青石原料中鐵元素的存在主要以單質(zhì)鐵，氧化鐵，四氧化三鐵三種形態(tài)存在，單質(zhì)鐵具有強(qiáng)磁性，氧化鐵只有較弱的磁性，四氧化三鐵則磁性更弱。本項(xiàng)目的主要目標(biāo)是降低青石石料的鐵含量以達(dá)到可以在陶瓷磚坯料中使用，基本思路如下：

（1）對單質(zhì)鐵的除鐵。單質(zhì)鐵因?yàn)樽詭?qiáng)磁性，因此對于單質(zhì)鐵的除鐵主要以永磁除鐵為主，該項(xiàng)目通過對青石進(jìn)行破碎球磨制成一定細(xì)度的青石漿經(jīng)過永磁機(jī)對單質(zhì)鐵進(jìn)行初步除鐵。

（2）對氧化鐵和四氧化三鐵的除鐵。這兩類鐵元素的存在狀態(tài)因?yàn)橹挥袠O低的磁性，普通的除鐵設(shè)備很難達(dá)到較好的除鐵效果，該項(xiàng)目在永磁除鐵工序之后采用了兩道高梯度強(qiáng)磁電磁除鐵機(jī)循環(huán)除鐵，電磁機(jī)磁場強(qiáng)度高達(dá)三萬高斯，極大的提高了除鐵效率。

（3）經(jīng)過永磁除鐵和高梯度電磁除鐵工序之后，青石石料的含鐵量降低到2.0以下，達(dá)到可以批量使用于陶瓷磚坯料中的要求。

（4）針對以上3步驟的處理，再把青石漿料引入到陶瓷磚坯體配方中，搭配適量的黏土、長石等材料，通過控制整個(gè)坯體配方和窯爐燒成溫度，減少殘留下的含鐵類原料對產(chǎn)品缺陷的影響。

3 技術(shù)方案與實(shí)施效果

本項(xiàng)目重點(diǎn)攻關(guān)了青砂原料的分離提純除鐵處理工藝技術(shù)，開發(fā)了適合青砂原料的工藝流程：原礦破碎--連續(xù)球磨制青砂漿--永磁機(jī)除鐵--強(qiáng)磁機(jī)除鐵--強(qiáng)磁機(jī)除鐵--儲漿池備用；采用了永磁除鐵和電磁除鐵相結(jié)合的復(fù)合除鐵工藝，同時(shí)加入高效解膠劑，使得青石漿料具備良好的流動性，配合高硬度的研磨劑，經(jīng)過高效球磨，青石顆粒當(dāng)中的含鐵類原料得到良好的分散性，漿料的除鐵效果得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

采用該加工處理工藝，最終青砂石料的含鐵量下降到了2%以下，該方法除鐵效率高，適用于大規(guī)模陶瓷磚生產(chǎn)，同時(shí)，獲得成品漿料無需再次加工，可直接作為原料與其他原料進(jìn)行配料混合球磨造粒，后續(xù)工序再進(jìn)行一次常規(guī)漿料除鐵。

該青砂原料分離提取加工設(shè)備系統(tǒng)如圖1所示，包括球磨機(jī)：1、除鐵系統(tǒng)2、脫水系統(tǒng)3、污水處理系統(tǒng)4和成品漿池5，球磨機(jī)1、除鐵系統(tǒng)2、脫水系統(tǒng)3和成品漿池5依次連接，除鐵系統(tǒng)2還與污水處理系統(tǒng)4連接；除鐵系統(tǒng)2包括相連接的永磁除鐵機(jī)組21和強(qiáng)磁除鐵機(jī)組22，永磁除鐵機(jī)組21與球磨機(jī)1相連通，強(qiáng)磁除鐵機(jī)組22與脫水系統(tǒng)3相連接,使球磨機(jī)1球磨獲得的漿料依次經(jīng)過永磁除鐵機(jī)組21、強(qiáng)磁除鐵機(jī)組22和脫水系統(tǒng)3后進(jìn)入成品漿池5。

圖1 原料分離提取加工設(shè)備系統(tǒng)

該青砂漿料加工系統(tǒng)的工作流程為：

（1）青砂在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，獲得初始漿料，該初始漿料的白度為3.2-3.7°，含水率為38%-45%，含鐵量為3%-3.4%，細(xì)度325目篩余30±5.0g；球磨機(jī)的產(chǎn)量為80-100T/h。

（2）初始漿料依次經(jīng)過永磁除鐵機(jī)組和強(qiáng)磁除鐵機(jī)組，經(jīng)兩道除鐵工序，漿料的含鐵量降低至1.5%-2.0%；青砂漿料的白度15-30，除鐵后的漿料產(chǎn)能≥50T/h。

（3）除鐵后的漿料進(jìn)入脫水系統(tǒng)，脫水后的漿料≤45%，白度15-30，脫水產(chǎn)生的污水進(jìn)入污水池，污水池中的水重新進(jìn)入球磨機(jī)中循環(huán)利用；實(shí)現(xiàn)水內(nèi)部循環(huán)使用，污水零排放。

（4）脫水后的漿料進(jìn)入成品漿池待用。

經(jīng)過計(jì)算，該系統(tǒng)的損耗率≤10%。計(jì)算方式為：球磨機(jī)1進(jìn)料總量為A，經(jīng)過所有工序而得的成品漿料量為B，損耗率為（1-B/A）×100%。

本項(xiàng)目在配方設(shè)計(jì)中重新設(shè)計(jì)低溫快燒成份體系及配方，使得窯爐測溫環(huán)溫度在1125-1135℃，燒成周期45min，確保高含鐵量的青石原料在燒制過程中不起孔、不黑心，確保產(chǎn)品表面釉層無缺陷，最終達(dá)到有效利用青石原料而不影響產(chǎn)品品質(zhì)的目的。

以表1為低溫快燒坯體配方的成分體系及材料組成。

表1 低溫快燒坯體配方的成分體系及材料組成（%）

原料組成：超細(xì)鉀長石5-10份、膨潤土3-5份、粘土2-3份、瓷粉2-5份、廢生坯粉2-5份、黃砂16-30份、水洗坭0-5份、鎂質(zhì)泥3-5份、石英砂1-6份、原礦鋁釩土18-22份和青砂漿料成品25-40份。

其中，青砂經(jīng)除鐵制成青砂漿料成品，青砂漿料成品的含水量為41%-43%；膨潤土以質(zhì)量百分比計(jì)的含鉀量大于4%；粘土以質(zhì)量百分比計(jì)的含鋁量大于18%。

通過優(yōu)化后的坯體配方，實(shí)現(xiàn)了青石原料的加工產(chǎn)業(yè)化，在實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)中，青砂的用量可達(dá)到了25%-35%，使得該項(xiàng)目可生產(chǎn)平面仿古，全拋釉等對坯、釉結(jié)合度較高的產(chǎn)品。

4 工藝流程及關(guān)鍵工藝參數(shù)

4.1 工藝流程

工藝流程如圖2。

4.2 青石(高含鐵原料)的進(jìn)檢標(biāo)準(zhǔn)

成份指標(biāo)如表2。

表2 成份指標(biāo)（%）

其他指標(biāo)如表3。

表3 成份指標(biāo)

4.3 粉料工藝參數(shù)

粉料工藝參數(shù)，如表4。

表4 粉料工藝參數(shù)（%）

4.4 壓機(jī)工藝參數(shù)

壓機(jī)工藝參數(shù)，如表5。

表5 壓機(jī)工藝參數(shù)

4.5 釉線工藝

釉線工藝，如表6

表6 釉線工藝

4.6 窯爐工藝參數(shù)

窯爐工藝參數(shù)，如表7

表7 窯爐工藝參數(shù)

5 高含鐵原料配方的產(chǎn)品匹配度以及坯體-釉料-窯爐的控制要點(diǎn)

5.1 產(chǎn)品匹配度

基于高含鐵的青石原料的構(gòu)成較為復(fù)雜，其主要影響產(chǎn)品性能的有以下：帶磁性的高含鐵量的共熔物、少量的鈣、鎂碳酸鹽、具備一定塑性且影響氧化的有機(jī)質(zhì)成份、不帶磁性或者弱磁性影響白度的其它金屬氧化物等等，這些物質(zhì)會在一定程度上導(dǎo)致產(chǎn)品在燒制過程中氧化不全，一方面降低了產(chǎn)品抗脆性，另外一方面影響釉面效果。

在生產(chǎn)雙零吸水率(吸水率小于0.1%)產(chǎn)品的燒制過程中，由于需要把產(chǎn)品燒制得較為致密，在反應(yīng)過程中必然會產(chǎn)生較多的玻璃相，這會容易影響上述所說的物質(zhì)的分解以及其氣態(tài)產(chǎn)物的排放，容易使得產(chǎn)品表面的低溫拋釉層殘留氣泡，最終在產(chǎn)品表面形成小泡和痱子。這些微小缺陷一般來說，經(jīng)過拋光即可拋去，殘留的小針孔也不明顯，不影響視覺效果。但是對于一些采用全拋釉工藝，但不拋光的緞光釉產(chǎn)品，高含鐵坯料容易對釉面產(chǎn)生負(fù)面影響，如痱子、小坯泡，一般是不建議生產(chǎn)此類產(chǎn)品。

5.2 坯體-釉料-窯爐控制要點(diǎn)

（1）光坯變形的控制方面，例如針對最常見的全拋釉產(chǎn)品，其光坯(素坯)的中心對角變形度盡量控制在+0.7以內(nèi)，泡水后的變形控制在+1.0，允許的泡水變形變化幅度在0.3-0.4。

（2）底釉的選擇盡可能選擇高膨脹的釉料，結(jié)合光坯泡水變形度，適當(dāng)降低高溫度的面溫，盡可能使得面溫跟底溫的溫差在15-25℃之間。以下為本工藝所采用的的面釉化學(xué)成分，如表8。

表8 面釉化學(xué)成分（%）

（3）窯爐方面，除了對窯爐燒成曲線進(jìn)行調(diào)整外，還對窯爐進(jìn)行了一些技改，增加了前溫區(qū)、中溫區(qū)的面槍數(shù)量。技改完成后，通過幾個(gè)月的生產(chǎn)驗(yàn)證，坯料的氧化改善，釉面表面的小泡和針孔減少了，燒成周期明顯縮短。

（4）出窯全拋釉產(chǎn)品的光澤度控制在20-30度，后期通過拋光工序把光澤度提升上去。

基于以上手段，盡可能讓坯體表層燒結(jié)度保證在一個(gè)合理的范圍，素坯(光坯)可以允許有合理范圍內(nèi)的二次變形，避免過燒引起小痱子和坯泡，也避免了生燒，引起最終產(chǎn)品的二次變形。

6 結(jié)語

高含鐵低品位原料在雙零低吸產(chǎn)品的應(yīng)用，緩解了西部地區(qū)當(dāng)?shù)厝狈ο鄳?yīng)高檔原料和當(dāng)?shù)厥袌鰧Ω叨说臀a(chǎn)品需求之間矛盾，同時(shí)解決了傳統(tǒng)低吸產(chǎn)品需要從東、南部地區(qū)運(yùn)輸所面臨的高物流成本的困境。

此外，隨著國家對能源的調(diào)控，特別是天然氣方面，傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)(廣東、江西、湖南)的天然氣的價(jià)格一直居高不下，此時(shí)西部產(chǎn)區(qū)的廉價(jià)天然氣優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，西部產(chǎn)區(qū)的成本優(yōu)勢將會越來越大。隨著日后陶企對西部產(chǎn)區(qū)的資金、人員、技術(shù)的持續(xù)投入，當(dāng)?shù)氐推肺辉系膽?yīng)用范圍將越來越廣。