余 婷，劉敏芳，任立琴，高群力，查 越

（中國輕工業(yè)陶瓷研究所，景德鎮(zhèn)，333000）

0 引言

瓷石是生產(chǎn)陶瓷的主要原料之一，主要礦物成分是石英、絹云母、高嶺石和極少量長石及碳酸鹽等巖石礦物。瓷石即可單獨(dú)成瓷，也可替代或部分替代長石、石英，與高嶺土按一定比例混合配制成陶瓷坯料[1-2]。位于江西省南城縣潯溪鄉(xiāng)大竺村的瓷石礦藏豐富，且雜質(zhì)含量較少，品味較高，但未見關(guān)于其物理化學(xué)性能及工藝性能等方面的報(bào)道。因此，本文通過多種測試分析方法對南城瓷石礦物理化學(xué)性能及工藝性能進(jìn)行分析，為其在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 南城瓷石的化學(xué)與礦物組成分析

1.1 化學(xué)成分分析

將南城瓷石礦原料搗碎，檢驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14506.28-2010 《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分：16個(gè)主次成分量測定》，使用AXIOS X熒光光譜儀對南城瓷石礦進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果列于下表1。

從表1化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)可知，南城瓷石的化學(xué)成分中SiO2含量偏高，Al2O3含量相較低，熔劑性Na2O+K2O含量較高達(dá)3.54%，因此該瓷石的燒成溫度會(huì)較低。同時(shí)原礦中著色氧化物Fe2O3、TiO2和MnO含量較低。南城瓷土礦中Al2O3含量、堿金屬和著色氧化物含量均達(dá)到國家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QB/T 2264-2016陶瓷用瓷石》中對一等品化學(xué)成分（Al2O3≥14；K2O+Na2O≥3；TiO2+Fe2O3≤0.5）的指標(biāo)要求。

表1 南城瓷石主要化學(xué)成分

1.2 礦物組成分析

檢驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)JY/T 009-1996 《轉(zhuǎn)靶多晶體X射線衍射方法通則》， 使用D8 Advance X衍射儀（XRD）分別對南城瓷石礦進(jìn)行礦物組成分析，XRD圖譜見圖1所示。

由圖1南城瓷石礦X射線衍射圖譜和衍射數(shù)據(jù)分析得知，南城瓷石礦的主要礦物組成為石英SiO2（含量為56%）、白云母KAl2Si3AlO10(OH)4（含量為25%）、高嶺石Al2SiO5(OH)4（含量為12%）和微斜長石KAlSi3O8（含量為7%）。

圖1 南城瓷石礦X射線衍射（XRD）圖譜

2 南城瓷石的形貌表征

利用SU-8010場發(fā)射掃描電鏡對南城瓷石礦進(jìn)行形貌分析，SEM圖片見圖2所示。

圖2 南城瓷石礦SEM圖片

由SEM圖片可以看出，南城瓷石礦樣品形貌由大小不等顆粒組成，說明該瓷土礦樣品成分比較復(fù)雜，有較多板狀或塊狀、少量疊片狀和六方管狀結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)，其中疊片狀為高嶺石，六方管狀結(jié)構(gòu)晶體無規(guī)律堆積為典型的管狀高嶺石族礦物結(jié)構(gòu)[3]。片狀的厚度相差不大，邊緣形狀不規(guī)則，說明該高嶺土礦物結(jié)晶度較差。管狀多水高嶺石塑性比片狀高嶺石好，因此在泥料中呈現(xiàn)較好的塑性。瓷土礦物結(jié)構(gòu)較緊密，邊緣清晰，風(fēng)化裂隙不明顯，說明南城瓷土礦樣品的風(fēng)化程度較弱。

3 南城瓷石的差分解過程研究

檢驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6297-2008 《轉(zhuǎn)靶多晶體X射線衍射方法通則》，利用綜合差熱分析儀（DTA/TG，德國耐弛有限公司，型號(hào)STA449C）對南城瓷石礦進(jìn)行差熱及失重分析，結(jié)果見圖3。

圖3 南城瓷石差熱/失重曲線圖

由圖3可知，試樣在107.2℃左右產(chǎn)生一個(gè)明顯的吸熱峰，這是由于層間水脫失引起的，這也是多水高嶺石的特征，說明南城瓷土礦樣品中含有一定量的多水高嶺石；在400～550℃溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)明顯的吸熱峰，峰值溫度為499.7℃，同時(shí)伴隨有明顯的失重現(xiàn)象產(chǎn)生，這是由于南城瓷土礦樣品中高嶺石脫結(jié)構(gòu)水引起的熱效應(yīng)，這種較低的排出結(jié)構(gòu)水的溫度也說明了南城瓷土的結(jié)晶度較差；繼續(xù)加熱，隨后再產(chǎn)生了一個(gè)較小的吸熱峰，峰值溫度為573.7℃；在800～950℃溫度范圍內(nèi)分別產(chǎn)生了兩個(gè)微弱的放熱峰，峰值溫度為846.5℃、868.5℃，這是由于石英的晶型轉(zhuǎn)變引起的，說明南城瓷土礦樣品中含有一定量的石英，這也與XRD測試結(jié)果一致；在950～1020℃溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)尖銳的放熱峰，此時(shí)峰值溫度為999.8℃，這是由于新晶相形成產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起的；在1140～1300℃溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)尖銳的吸熱峰，此時(shí)峰值溫度為1210.1℃，這是由于迅速形成了液相。

試樣的重量變化主要是在800℃之前完成，主要是有礦物的吸附水和層間水脫失的結(jié)果，失重曲線顯示總的失重量為-2.39%，與高嶺石礦物理論失重量相差較大，說明南城瓷土中高嶺石礦物較少，這與礦物組成分析結(jié)果一致[4]。

4 南城瓷石的工藝性能分析

將南城瓷石粉粹，造粒后壓制成圓形試片（Φ50mm），測試其自然白度和燒成白度（1310℃弱還原氣氛下燒制）。同時(shí)對南城瓷石泥料進(jìn)行了可塑水、可塑指數(shù)等物理性能進(jìn)行了檢測，檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 南城瓷石礦物理性能數(shù)據(jù)

從表2中數(shù)據(jù)可知，南城瓷石泥料的可塑水達(dá)22.3%，可塑指數(shù)為0.34，可推斷南城瓷石為可塑性一般的瓷石原料。南城瓷石泥料的抗彎強(qiáng)度和干燥線收縮分別為0.99MPa和2.6%，可見，其干燥線收縮較小但干燥強(qiáng)度較低，說明其含水率低不易變形，但干燥后的強(qiáng)度較低，難以滿足修坯、施釉及粘接等工藝要求。其燒成線收縮較大，用量較大時(shí)將產(chǎn)生有害應(yīng)力，導(dǎo)致陶瓷坯體開裂。

南城瓷石自然白度較高，燒成白度平均值為75，白度的高低取決于原料中著色氧化物含量；由于鉀、鈉含量較高，因此南城瓷石耐火度較低，這與化學(xué)成份分析結(jié)果一致。

5 結(jié)論

通過測試分析可知，南城瓷石原礦主要礦物組成為石英、白云母、高嶺石和微斜長石，呈較多疊片狀和少量塊狀混合結(jié)構(gòu)，其中片狀高嶺石的厚度相差不大，邊緣形狀不規(guī)則，結(jié)晶度較差。就化學(xué)成分而言，南城瓷石礦原料達(dá)到國家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《陶瓷用瓷石》中對一等品的指標(biāo)要求。該瓷石原礦可塑性一般，粘性一般，干燥強(qiáng)度較低，干燥線收縮較小，燒成線收縮較大。由于該瓷石中著色氧化物含量低，從而具有較高的燒成白度，可廣泛應(yīng)用于日用陶瓷及建筑陶瓷生產(chǎn)中。