江期鳴

（廣東金意陶陶瓷集團有限公司，佛山528000）

關(guān)健詞：江西原料；仿古磚；坯體；配方

1 前言

仿古磚一直是瓷磚產(chǎn)品中一類主流品種。它不同于拋光磚和瓷片，仿古磚通過樣式、顏色、圖案仿造以往的樣式做舊，具有仿古效果，或者說它更接近“自然”的狀態(tài)，因此，人們稱它為“仿古磚”。除此稱呼外，還有復(fù)古磚、古典磚、瓷質(zhì)釉面磚等。仿古磚通常是指有釉裝飾磚，其坯體以瓷質(zhì)為主，也有炻瓷、細炻和炻質(zhì)的，釉是以亞光釉為主，色調(diào)則以黑色、白色、灰色、棕色、咖啡色、暗紅色等為主。仿古磚蘊藏的文化、歷史內(nèi)涵與豐富的裝飾手法，使其成為歐美市場的瓷磚主流產(chǎn)品，其在國內(nèi)也得到了快速的發(fā)展。仿古磚的應(yīng)用范圍較廣且有墻地一體化的發(fā)展趨勢，其創(chuàng)新設(shè)計與創(chuàng)新技術(shù)賦予仿古磚更高的市場價值與生命力[1]。

但隨著社會經(jīng)濟及陶瓷行業(yè)的快速發(fā)展，陶瓷的生產(chǎn)需要消耗大量的能源與泥、砂、石等不可再生的礦物資源，尤其對于建筑衛(wèi)生陶瓷，陶瓷礦產(chǎn)資源需求巨大且浪費嚴(yán)重，造成許多優(yōu)質(zhì)陶瓷原料資源瀕臨枯竭，原料價格快速上漲[2]。這些因素限制了瓷磚的產(chǎn)品質(zhì)量得不到提升。

本研究旨在選擇江西原料為坯用原料，同時利用陶瓷廢料，在降低生產(chǎn)成本的同時，優(yōu)化生產(chǎn)工藝過程，提高瓷磚質(zhì)量，對某廠仿古磚的坯體配方進行改進。

2 原料性能與配方設(shè)計

2.1 原料選擇與配方設(shè)計原則

根據(jù)仿古磚的性能與工藝要求，并結(jié)合企業(yè)的實際情況，在原料選擇與配方設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾個原則[3]：（1）首先需綜合考慮配方成本，盡可能地使用江西及附近的原料；（2）盡量選擇解膠性好、白度好、鋁含量高的原料；（3）選擇適當(dāng)?shù)目伤苄栽蠒r，干燥強度要高，但不能有干燥裂與黑心現(xiàn)象；（4）配方應(yīng)調(diào)整適當(dāng)?shù)哪嗌笆壤?，以保證合理的配方結(jié)構(gòu)。

2.2 原料性能分析

2.2.1 原坯用原料化學(xué)分析

某廠原坯料配方所使用的原料及其化學(xué)分析見表1。

2.2.2 現(xiàn)坯用原料化學(xué)分析

為改善仿古磚的坯體配方對生產(chǎn)的影響，尋找了一些江西本地原料對原配方中的部分原料進行替換，并加以利用陶瓷廢料，新坯料配方所使用的替換原料及其化學(xué)分析見表2。

2.3 配方設(shè)計

表3列出了某廠原坯料配方的組成，為調(diào)整合理的配方結(jié)構(gòu)，優(yōu)化配方工藝，使用了新江西原料進行替代，并重新調(diào)整了配方比例，新配方見表4。

表1 原坯料配方原料及其化學(xué)組成（wt%）

表2 新坯料配方替換原料及其化學(xué)組成（wt%）

表3 原坯料配方組成（%）

表4 新坯料配方組成（%）

3 生產(chǎn)工藝流程與主要工藝參數(shù)

3.1 生產(chǎn)工藝流程

仿古磚生產(chǎn)工藝流程如圖1。

圖1 仿古磚生產(chǎn)工藝流程

3.2 主要工藝參數(shù)

仿古磚生產(chǎn)工藝參數(shù)見表5。

表5 仿古磚生產(chǎn)工藝參數(shù)

4 結(jié)果與討論

4.1 產(chǎn)品主要理化性能

新坯料配方經(jīng)過小試、中試、大試等環(huán)節(jié)多次驗證，已正式進入大生產(chǎn)，根據(jù)國標(biāo)進行檢測，生產(chǎn)的仿古磚產(chǎn)品物化性能數(shù)據(jù)見表6。

表6 仿古磚的主要性能指標(biāo)

4.2 原料對仿古磚化學(xué)組成的影響

如表7所示，因所選原料和配方結(jié)構(gòu)不同，新舊坯料配方化學(xué)組成也有一定差異。從新舊坯料配方化學(xué)組成對比可以發(fā)現(xiàn)一些變化趨勢：（1）Al2O3含量有所增加，有利于增加仿古磚抗折強度；（2）Fe2O3等雜質(zhì)的減少，可提高仿古磚磚坯白度；（3）燒失量略有減少，能減少仿古磚制品變形、開裂、黑心等缺陷；（4）隨Al2O3含量提高，制品燒成溫度也會相應(yīng)提高，為不調(diào)整窯爐溫度和引起磚形變化，保持熔劑K2O、Na2O總含量基本不變，增加MgO含量，以達到降低仿古磚燒成溫度的目的。

4.3 原料對仿古磚解膠性能的影響

在相同實驗條件下，表8列出了原坯料配方中所有原料測試得到的流速結(jié)果，表9則列出了新坯料配方中原料流速結(jié)果。

從表8與表9的數(shù)據(jù)對比可以看出，新配方所使用原料的解膠性整體上比原配方所使用的原料要好，所以，坯料泥漿性能在比重都為1.69 g/ml的情況下，流速由原配方的90 s降至現(xiàn)配方的50 s左右。

根據(jù)膠體理論可知，在粘土固/液分散系統(tǒng)中，若粘土粒子的表面電荷密度增大，膠團的雙電層厚度加厚，膠粒和膠粒間的距離增加，分散系統(tǒng)的粘度降低，系統(tǒng)的ζ電位增加，粒子間的排斥力增大，穩(wěn)定性提高，有效防止了膠粒間的團聚和沉淀，從而泥漿的流動性增加。如果在分散系統(tǒng)中雙電層中主要是高價陽離子，那么雙電層厚度就較薄，粒子間的引力較大，電荷密度也較小。高價陽離子（如 Ca2+、Mg2+）的吸引使整個膠粒的靜電荷變低，因而斥力減少，引力增大，ζ電位下降使泥漿的流動性能降低[4]。

另外，通過對坯漿篩余檢測，結(jié)果表明，篩余物中存在大量的云母成分。且在除鐵過篩的生產(chǎn)過程當(dāng)中，取篩內(nèi)余物，也有大量云母，并會經(jīng)常堵塞篩孔。對原料進行觀察檢測發(fā)現(xiàn)，云母主要來源于宜春砂原料，礦料中有閃閃發(fā)光的鱗片狀粉末，對坯漿流速有較大影響。云母是鉀、鋁、鎂、鐵、鋰等金屬的鋁硅酸鹽，單斜晶系，都是層狀結(jié)構(gòu)，層狀機理非常完全。在球磨的過程中，由于層狀結(jié)構(gòu)，很難將其磨細。

所以，在新配方中，對坯漿解膠性能影響較大的幾種原料包括撫州膨潤土、吉安白泥、撫州黑泥、重慶鋁礬土和宜春砂等，進行減量或替換。

4.4 原料對仿古磚白度的影響

陶瓷一般需要經(jīng)歷高溫?zé)Y(jié)過程，因此，陶瓷原料白度一般定義為燒白度檢測。即將陶瓷原料先壓成小餅或小條樣，再放置窯爐或電爐內(nèi)燒制，然后檢測其表面白度。白度主要受原料的化學(xué)組成、燒結(jié)氣氛和燒成溫度等因素影響。在檢測原料時，原料中的鐵鈦含量是影響坯體白度最主要的因素。在燒結(jié)過程中燒成氣氛的不同會影響到鐵、鈦存在的價數(shù)，不同價數(shù)的鐵、鈦會有不同的呈色。基本上而言，鐵鈦含量高，白度就低[5]。

在相同實驗條件下，表10和表11分別列出了原配方和新配方所使用原料的白度值。結(jié)果表明，原配方中吉安白泥、鵝湖砂、九江長石尾礦、上饒瓷石白度較低，直接影響坯體整體白度。且鵝湖砂、九江長石尾礦、上饒瓷石燒后呈紅褐色，使得坯底色偏紅色調(diào)。因此，在選擇坯體原料時，應(yīng)選用鐵鈦含量較低，燒后色調(diào)成色好的原料。

4.5 原料對仿古磚黑心程度的影響

表7 新舊坯料配方化學(xué)組成對比(%)

表8 原坯料配方中所有原料的解膠性（s）

表9 新坯料配方中所有原料的解膠性（s）

表10 原坯料配方中所有原料的白度

表11 新坯料配方中所有原料的白度

經(jīng)原料單燒發(fā)現(xiàn)，原配方中吉安白泥、撫州黑泥、重慶鋁礬土都存在黑心現(xiàn)象,致使仿古磚成品也有黑心缺陷存在的可能，黑心缺陷會影響陶瓷產(chǎn)品的強度、吸水率、色澤等性能指標(biāo)。主要原因是：在燒成過程中，低溫階段發(fā)生有機物的分解和如下的氧化反應(yīng)：

在此階段如果有機物、碳化物、硫化物氧化不足，有機物的分解和上述的氧化反應(yīng)就無法完全地進行，從而生成碳粒和鐵質(zhì)的還原物，C、FeS2和FeO等過多地殘留積聚在樣品內(nèi)而使其呈黑色、灰色或黃色。因此，為消除黑心缺陷，一方面，須在300~850℃讓有機物、鐵化合物和碳充分氧化，另一方面，應(yīng)從原料著手，存在黑心的原料應(yīng)少用或不用[6]。

另外，一般黑心現(xiàn)象在粘土原料中存在比較普遍，對于粘土原料還需注意的是，粘土的干燥敏感性能。特別是100~300℃階段，如果收縮突然劇烈，說明該粘土對干燥特別敏感，加入這種粘土容易引起坯體干燥開裂。原坯體配方中的吉安白泥就存在這個現(xiàn)象。在配方設(shè)計時要注意對該粘土量的控制，盡量避免或少用這類粘土[7]。

4.6 原料對仿古磚抗折強度的影響

通過原配方與新配方對比，新坯料配方的Al2O3含量有所增加，這有利于提高仿古磚抗折強度?？拐蹚姸葦?shù)值增加了約7.5%。這是因為在燒結(jié)過程中，熔劑高溫熔融形成粘稠的玻璃熔體，部分高嶺土和石英顆粒再熔解其中。Al2O3的增加，能促進高嶺土殘余物的顆粒相互擴散和滲透，因而加速莫來石晶體的形成和發(fā)育，獲得更高的晶相比例，從而提高成品抗折強度[8]。

4.7 原料對仿古磚針孔與氣泡的影響

在原坯料配方中，宜春低溫砂和九江長石尾礦這兩種原料容易造成仿古磚產(chǎn)生針孔與氣泡的缺陷。

對于九江長石尾礦，其化學(xué)組成中Ca含量高達2.9%左右，在燒成的過程當(dāng)中，會發(fā)生碳酸鈣分解，產(chǎn)生大量氣體，反應(yīng)式如下：

而對于宜春低溫砂，從單料燒樣可以看出，原料在1170℃左右的窯爐燒后邊棱全部圓化，且過燒膨脹。經(jīng)測試得到，其Li含量約0.2%，它可能是一種鉀鈉長石與含少量鋰云母的混合礦物原料。此原料會使坯體的始熔溫度偏低，造成表面過早封閉，使內(nèi)部的氣體不能完全排出。且在燒成的過程當(dāng)中，會發(fā)生如下的分解反應(yīng)[9]：

仿古磚在燒成過程的低溫階段，會發(fā)生有機物、碳化物、硫化物等的分解或氧化反應(yīng)，當(dāng)進入高溫階段后，坯體就出現(xiàn)液相，反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體無法自由排出坯體外，這樣就造成仿古磚出現(xiàn)針孔、氣泡等缺陷，特別是快速燒成時，有機質(zhì)可能得不到充分氧化，會使仿古磚甚至發(fā)生發(fā)泡、變形等后果[10]。

4 結(jié)論

（1）按新配方生產(chǎn)的仿古磚經(jīng)抽樣檢測，吸水率、抗折強度、抗熱震性、抗凍性、防污性等理化性能均達到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）選擇解膠性好的原料，會使?jié){料整體流動性好，提高球磨和噴霧造粒的效率與產(chǎn)能，減少能耗；

（3）原料中的鐵鈦含量是影響坯體白度最主要的因素；

（4）粘土原料應(yīng)選擇可塑性強的，但同時要考慮到是否會產(chǎn)生黑心和干燥開裂現(xiàn)象；

（5）燒失量較少、收縮穩(wěn)定的坯料配方，能減少仿古磚制品變形、開裂、黑心等缺陷；

（6）增加配方中Al2O3含量，會促進莫來石晶體的形成和發(fā)育，獲得更高的晶相比例，從而提高仿古磚成品抗折強度；

（7）易造成仿古磚產(chǎn)生針孔、氣泡等缺陷的原料在配方中應(yīng)盡量避免使用；

（8）優(yōu)化泥砂石比例，以保證合理的配方結(jié)構(gòu)，利于配方后期能快速方便進行調(diào)整；

（9）選用本地及附近原料，能方便運輸，降低仿古磚成本；

（10）合理利用陶瓷廢料，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且能保護環(huán)境。