超細(xì)硅酸鋯在衛(wèi)生陶瓷乳白釉中的應(yīng)用

李秀軍等

摘 要：超細(xì)硅酸鋯有更好的白度和乳濁性能，通過(guò)使用超細(xì)硅酸鋯代替普通硅酸鋯，可以明顯減少衛(wèi)生陶瓷乳白釉中硅酸鋯的加入量。同等白度下加入量至少可以降低30%，從而可以達(dá)到降低釉料成本的目的，并可以提高釉面質(zhì)量和光澤度。

關(guān)鍵詞：超細(xì)硅酸鋯；乳白釉；衛(wèi)生陶瓷；降低成本

1 前言

長(zhǎng)期以來(lái)，潔白色一直是衛(wèi)生陶瓷的經(jīng)典暢銷顏色。圍繞這一白色釉面，眾多陶瓷科技工作者做了大量的研究，取得了很好的科研成果，有些已在生產(chǎn)中得到有效應(yīng)用。在衛(wèi)生陶瓷生料乳白釉中，硅酸鋯是最常用的乳濁劑，因?yàn)楣杷徜喚w所具有的高折射率（l.92 ～1.9 7） 和高硬度（莫氏硬度7.5），不僅能給釉面提供良好的乳濁效果，而且能夠賦予釉面優(yōu)良的力學(xué)性能。

生料鋯乳濁釉是目前衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中最常用的釉料之一，硅酸鋯具有資源豐富、熱膨脹系數(shù)小、對(duì)燒成氣氛不敏感、生產(chǎn)應(yīng)用穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)， 目前已成為衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的重要原料之一。硅酸鋯乳濁性能的好壞直接決定了釉的遮蓋能力和呈色力度， 從而影響瓷釉的性能及裝飾效果， 最終影響到產(chǎn)品質(zhì)量和成本。硅酸鋯的粒度分布對(duì)其在釉中的加入量及乳濁性能有直接的作用。 一般認(rèn)為： 硅酸鋯顆粒越細(xì)， 乳濁效果越好， 加入量越少。[1]

本文通過(guò)使用超細(xì)硅酸鋯代替普通硅酸鋯，顯著降低了硅酸鋯在乳白釉中的加入量，綜合成本明顯下降；釉面白度和光澤度提高；釉料高溫粘度顯著降低；整體上提高了產(chǎn)品的釉面質(zhì)量，取得較好的應(yīng)用效果。通過(guò)使用超細(xì)硅酸鋯，衛(wèi)生陶瓷企業(yè)可以達(dá)到降低釉料成本、提高釉面質(zhì)量、降低釉料燒成溫度等目的，在目前工藝條件下具有現(xiàn)實(shí)的參考意義和推廣價(jià)值。

現(xiàn)就研究和應(yīng)用過(guò)程敘述如下，不妥之處，敬請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家批評(píng)指正。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所采用的儀器及設(shè)備有101-1電熱鼓風(fēng)干燥箱、電子天平、雙頭快速球磨機(jī)、球磨機(jī)、SBDY-1型白度計(jì)、WCG60A型光澤度儀、CR-10型色差儀、比重杯、涂-4流速杯、標(biāo)準(zhǔn)分樣篩、NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)等。

2.2 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所用的原料均為工廠大生產(chǎn)用料，主要原料為鈉長(zhǎng)石、石英、方解石、硅酸鋯、熔塊、硅灰石、粘土、滑石、氧化鋅等。其中，粘土為煅燒高嶺土；滑石為煅燒滑石加工后的細(xì)粉；氧化鋅為煅燒氧化鋅磨細(xì)。硅酸鋯有普通硅酸鋯（以下簡(jiǎn)稱普通鋯）和超細(xì)硅酸鋯（以下簡(jiǎn)稱超細(xì)鋯）兩種。除熔塊外，其它原料均為粉狀。原料的化學(xué)組成如表l所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程及工藝參數(shù)

（1） 實(shí)驗(yàn)流程

本實(shí)驗(yàn)的工藝流程示意圖如圖1所示。

（2） 工藝方案

本實(shí)驗(yàn)的工藝方案為：首先取200 g的原料小試；然后取5 kg的原料進(jìn)行小試；再到取50 kg的原料進(jìn)行中試；然后再取500 kg的原料進(jìn)行中試；最后到取5 t的原料進(jìn)行試產(chǎn)。

（3） 工藝參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)為：釉漿細(xì)度控制在325目，篩余<0.2 %；釉漿比重為1. 69～1.71；釉漿流速為140～160 s；施釉方法為人工噴釉；釉燒溫度1200±10 ℃（測(cè)溫環(huán)溫度）；釉燒周期為16～18 h；施釉厚度0.6～1.0 mm；天然氣隧道窯一次燒成。

2.4 配方選擇

2.4.1基礎(chǔ)釉配方的確定

本實(shí)驗(yàn)中釉的配方在筆者公司已使用多年，其釉面質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性良好，成本適中，使用中未出現(xiàn)過(guò)大批量釉面缺陷，綜合性能較好，故以此作為本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)釉配方，以節(jié)約開發(fā)試驗(yàn)時(shí)間。該基礎(chǔ)釉配方的特點(diǎn)是：以鈉長(zhǎng)石為基礎(chǔ)熔劑，配合使用方解石、硅灰石、熔塊、氧化鋅、燒滑石、碳酸鋇等組成復(fù)合熔劑配方，其生產(chǎn)穩(wěn)定性、窯爐適應(yīng)性、坯釉結(jié)合性均良好。

2.4.2硅酸鋯加入量的確定

生產(chǎn)釉配方中使用的是普通硅酸鋯，其加入量為11%～14%。試驗(yàn)中先保持生產(chǎn)釉配方不變，用等量超細(xì)硅酸鋯取代普通硅酸鋯，做平行對(duì)比試驗(yàn)，比較釉面的綜合性能；然后逐步降低配方中超細(xì)硅酸鋯的加入量，微調(diào)其它原料加入量，得到一系列配方，從中優(yōu)化選擇性價(jià)比最高的配方。綜合考慮成本、白度等因素，超細(xì)鋯的最佳加入量為8%～9%。

2.4.3配方優(yōu)化的調(diào)整思路

超細(xì)硅酸鋯比普通硅酸鋯價(jià)格要高，要在衛(wèi)生陶瓷乳白釉中推廣使用超細(xì)硅酸鋯，其配方加入量必然要比普通硅酸鋯明顯少，以降低釉料成本，否則成本大幅升高無(wú)法使用。在優(yōu)化配方試驗(yàn)中，基礎(chǔ)配方中硅酸鋯減少的量，全部用長(zhǎng)石和石英來(lái)替代，其它熔劑加入量不做調(diào)整或僅作微調(diào)，以保持配方的總體穩(wěn)定性和連續(xù)性。

2.4.4釉配方的確定

按上述實(shí)驗(yàn)方案和調(diào)整思路，進(jìn)行了系列開發(fā)試驗(yàn)，綜合比較釉料成本、釉面質(zhì)量、釉面白度和光澤度、釉面耐磨性和熱穩(wěn)定性等指標(biāo)，最后確定為8#配方。分別對(duì)8#配方進(jìn)行50 kg小試、500 kg中試和5 t試產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明：采用此配方生產(chǎn)出的產(chǎn)品釉面質(zhì)量良好，光澤度優(yōu)于生產(chǎn)釉配方，對(duì)各產(chǎn)品型號(hào)適應(yīng)性良好，未出現(xiàn)批量性釉面缺陷。然后間斷性地進(jìn)行了三次大批量試產(chǎn)，該釉生產(chǎn)穩(wěn)定性良好，遂正式投入大生產(chǎn)使用。釉料的化學(xué)組成如表2所示。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 兩種硅酸鋯主要參數(shù)對(duì)比

（1） 硅酸鋯粉末白度及氧化鋯含量對(duì)比

把硅酸鋯粉末用小壓機(jī)壓制成圓餅，放入大生產(chǎn)窯爐中燒成，燒成溫度為1200～1230 ℃，測(cè)量試后圓餅的白度，其結(jié)果如表3所示。

由表3可知，超細(xì)鋯所用鋯英砂純度更高。超細(xì)鋯中鐵含量比普通鋯略高，但小于0.15%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。用除鐵棒檢測(cè)兩種粉末也可以明顯看出鐵雜質(zhì)含量的不同。

（2） 硅酸鋯放射性對(duì)比

放射性是硅酸鋯產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)，其指標(biāo)必須滿足內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)。兩種硅酸鋯的放射性數(shù)據(jù)如表4所示。

（3） 硅酸鋯篩余、粒度分布對(duì)比

硅酸鋯篩余、粒度分布詳情如表5所示。把兩種硅酸鋯分別檢測(cè)325目篩余，第一次直接把干粉用水沖洗過(guò)篩，發(fā)現(xiàn)超細(xì)鋯篩余偏大（見表5中的篩余1）。后改用將硅酸鋯加水快速球磨3 min，成料漿后再過(guò)篩，結(jié)果超細(xì)鋯篩余仍偏大（見表5中的篩余2），其主要原因?yàn)槌?xì)鋯細(xì)顆粒多，表面活性大，顆粒易團(tuán)聚，分散性差，從而不易過(guò)篩。

從表5中還可以看出，超細(xì)鋯的粒度分布明顯比普通鋯細(xì)，但超細(xì)鋯的最大顆粒比普通鋯略粗，不過(guò)數(shù)量很少。另外，小于0.1 um的超細(xì)顆粒，普通鋯只有0.49%，而超細(xì)鋯卻有8.17%。

3.2 釉面白度對(duì)比

釉面白度和色度值對(duì)比如表6所示。

從表6可以看出，使用超細(xì)硅酸鋯，在釉料中只加8%就可達(dá)到普通鋯13%加入量的白度，硅酸鋯加入量同比減少了38.4%。

3.3 其他指標(biāo)對(duì)比

將優(yōu)化出的8#配方與原配方做各項(xiàng)性能對(duì)比測(cè)試（見表7），如：熱穩(wěn)定性、抗釉裂性、污染性、耐磨性等，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)原來(lái)生產(chǎn)釉水平，證實(shí)新配方8#釉是成功可推廣的。

3.4 試驗(yàn)中存在的問(wèn)題

在50 kg和500 kg中試時(shí)，使用超細(xì)鋯的釉漿參數(shù)基本正常，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。但在進(jìn)行5 t原料試產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于超細(xì)鋯的粒度偏細(xì)，按照正常加水量球磨后，粉料和球石很容易粘結(jié)在一起形成一個(gè)大球團(tuán)狀無(wú)法分散開（我們稱之為結(jié)球），連續(xù)試驗(yàn)兩次均出現(xiàn)此問(wèn)題。通過(guò)加大球磨時(shí)的加水量，球磨時(shí)粉料“結(jié)球”現(xiàn)象略微減輕，但未根除；而且此種情況下釉漿出球比重太低，無(wú)法滿足大生產(chǎn)噴釉要求。普通鋯大生產(chǎn)時(shí)很少出現(xiàn)此類現(xiàn)象，針對(duì)超細(xì)鋯大生產(chǎn)易出現(xiàn)“結(jié)球”的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析后我們認(rèn)為，應(yīng)該是超細(xì)鋯料漿的觸變性太高導(dǎo)致。對(duì)比檢測(cè)普通鋯和超細(xì)鋯粉末可以發(fā)現(xiàn)，硅酸鋯加60%水快速球磨3 min后，普通鋯漿料流動(dòng)性良好；而超細(xì)鋯漿料觸變性高，基本無(wú)流動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)證實(shí)筆者的推斷是正確的。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加少量水玻璃（約0.2%）或者三聚磷酸鈉（約0.1%）可有效解決超細(xì)鋯的高觸變問(wèn)題。加入電解質(zhì)解凝后，后續(xù)再次大生產(chǎn)未出現(xiàn)“結(jié)球”問(wèn)題。其可能的機(jī)理是：超細(xì)硅酸鋯顆粒較細(xì)，約95%的顆粒都小于2 um，顆粒活性較大，在此粒徑下小顆粒極易團(tuán)聚，由此導(dǎo)致顆粒間流動(dòng)阻力變大，形成高觸變的結(jié)構(gòu)。加入三聚磷酸鈉后，溶于水后釋放出的Na+可破壞這種觸變結(jié)構(gòu)，從而使得料漿流動(dòng)性變好。

3.5 使用超細(xì)硅酸鋯后綜合效益分析

從上述可知，達(dá)到同等白度，使用超細(xì)鋯至少可以減少30%的硅酸鋯加入量，即硅酸鋯加入量可以由12%降低到8%左右。而目前超細(xì)鋯市場(chǎng)價(jià)格僅比普通鋯貴10%左右，有些廠家在推廣階段甚至與普通鋯價(jià)格一樣。按配方計(jì)算，筆者公司乳白釉中推廣使用超細(xì)硅酸鋯后，整個(gè)配方成本比原配方下降約370元/t。筆者公司每月需生產(chǎn)300 t釉漿（按干料計(jì)算），一年按11個(gè)月有效生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算，則一個(gè)中等規(guī)模的潔具廠一年可節(jié)約100萬(wàn)以上的釉料成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

另外，由于乳白釉中硅酸鋯加入量減少，釉料的高溫黏度明顯降低，高溫流動(dòng)性變強(qiáng)，噴釉質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，燒后產(chǎn)品釉面波紋減少，釉面光澤度提高，釉面外觀質(zhì)量提升一個(gè)檔次。

4 結(jié)論

（1） 通過(guò)使用超細(xì)硅酸鋯，達(dá)到同等白度，可明顯降低衛(wèi)生陶瓷乳白釉中硅酸鋯的加入量，從而達(dá)到降低成本的目的。

（2） 使用超細(xì)硅酸鋯的衛(wèi)生陶瓷釉料，高溫黏度明顯降低，高溫流動(dòng)性變強(qiáng)，而且噴釉后釉面平整度提高，燒后產(chǎn)品釉面外觀質(zhì)量整體得到提升。

（3） 超細(xì)硅酸鋯使用中易結(jié)球的問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)是硅酸鋯超細(xì)顆粒易團(tuán)聚，進(jìn)而具有高觸變性，可通過(guò)添加0.1%三聚磷酸鈉電解質(zhì)來(lái)解決。

參考文獻(xiàn)

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的影響[J].陶瓷，1998（2）：18-21.

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