幾種特種熔劑原料的介紹

螢石是強(qiáng)烈的熔劑原料,它能夠降低釉的熔融溫度和高溫粘度,提高釉面的光澤度。在陶瓷墻地磚中螢石也是常用乳濁劑之一。在燒成中螢石中的氟在高溫中能與鐵發(fā)生反應(yīng),生成FeF3揮發(fā),另一部分可與鐵生成透明無色的NaFeF6,所以螢石能夠提高釉的白度。在建陶產(chǎn)品中,螢石正在成為重要的釉料原料之一。
2、硅灰石
硅灰石的化學(xué)式為CaO•SiO2,其理論化學(xué)組成為:CaO48.25wt%,SiO251.75wt%。天然硅灰石礦物中還含有Fe2O3、Al2O3、MgO、MnO2及K2O、Na2O等雜質(zhì)。我國湖北、福建、吉林、遼寧、江西等地均出產(chǎn)硅灰石原料,其化學(xué)組成為:SiO246.30wt%~50.27wt%,Al2O34lwt%~0.82wt%,TiO20.01wt%,CaO3.l5wt%~47.97wt%,MgO1.00wt%~1.95wt%,K2O0.08wt%,Na2O 0.01wt%,燒失為1.58wt%~7.57wt%。
硅灰石礦物原料外觀—般為白色或乳白色、灰白色,呈纖維狀、塊狀或柱狀。其硬度為4.5~5,熔點(diǎn)為1540℃左右。
硅灰石在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用有許多特點(diǎn),主要表現(xiàn)如下。
(1)由于硅灰石不含有機(jī)物、吸附水與結(jié)構(gòu)水,在燒成中受熱分解時(shí)不放出氣體,干燥收縮與燒成收縮小,膨脹系數(shù)較小且變化均勻。由于上述優(yōu)點(diǎn),硅灰石很適用于低溫快燒陶瓷坯料。
(2)硅灰石的引入可以降低坯體燒結(jié)溫度,節(jié)約能源與縮短燒成時(shí)間。目前以硅灰石為主要熔劑的硅灰石低溫瓷已研制成功。此外在釉面磚中也有使用。
(3)硅灰石可以代替方解石與部分石英配制釉料,并且可以減少燒成制品中的釉泡與針孔。
(4)硅灰石陶瓷制品的機(jī)械強(qiáng)度較高,而且后期吸濕膨脹系數(shù)小,產(chǎn)品經(jīng)久耐用。
(5)硅灰石坯體的燒成范圍窄,這是它的不足之處,在應(yīng)用于釉面磚坯料時(shí),燒成溫度不宜過高。加入Al2O3、ZrO2、SiO2或鋇鋯硅酸鹽時(shí),可以提高坯體燒成中液相的粘度,擴(kuò)大燒成范圍。
3、透輝石(CaMgSi2O6)
透輝石實(shí)際上是鈣鎂的復(fù)合硅酸鹽,其理論化學(xué)組成為:Ca025.9Wt%,Mg018.5wt%,SiO255.6wt%,熔融溫度為1319℃,體積密度為3.3g/cm3,硬度為6~7。透輝石礦石常呈現(xiàn)灰、黃、淺綠到深綠色。雜質(zhì)礦物中常有鈣鐵輝石[caFe(Si2O6)]。所以,透輝石礦石中Fe2O3含量較高,品位較好,質(zhì)量較純的礦石中Fe2O3<l%,一般透輝石含鐵量在l%以上。
在陶瓷工業(yè)中,透輝石的工藝性能與硅灰石相似,都可以應(yīng)用于陶瓷坯、釉中。透輝石質(zhì)釉面磚坯料燒成溫度為980~1020℃,比硅灰石坯體燒成溫度低100℃左右。所以透輝石更是一種優(yōu)質(zhì)的低溫快燒原料。
我國透輝石資源豐富,如東北的吉林和黑龍江省發(fā)現(xiàn)的透輝石礦是世界罕見的。此外,湖北與湖南也有產(chǎn)出。吉林透輝石的化學(xué)組成為:SiO2 51.6wt%~45.71wt%,Al2O3 3.52wt%~7.29wt%,F(xiàn)e2O3 2.69wt%~0.27wt%,0.13wt%~0.10wt%,CaO 3.78wt%~9.18wt%,Mg0 15.03wt~13.79wt%,K2O+Na2O 0.96wt%~0.63wt%。
4、含鋰礦物
氧化鋰(Li2O)是一種強(qiáng)助溶劑。它的熔融溫度低,可應(yīng)用于陶瓷的坯、釉中。在陶瓷產(chǎn)品中,氧化鋰可以降低膨脹系數(shù),增加釉面的耐磨性,提高釉的機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性,同時(shí)能夠提高釉的高溫流動(dòng)性,減少釉面針孔缺陷,增加釉面的光澤。所以含鋰礦物因其中含有的氧化鋰而成為陶瓷業(yè)重要的熔劑原料。
現(xiàn)在常用的含鋰礦物有鋰云母、鋰輝石、磷鋁石、透鋰長石等。其理論化學(xué)式為:鋰云母LiF•KF•Al2O3•3SiO2;鋰輝石Li2O•Al2O3•4SiO2;磷鋁石Li•AlF•PO4;透鋰石Li2O•Al2O3•8SiO2。
我國含鋰礦物的主要產(chǎn)地有江西宜春鋰云母,新疆鋰輝石等。其中宜春鋰云母化學(xué)組成為:Si0252.14wt%,Al2O324.51wt%,F(xiàn)e2O30.51wt%,Ti020.04wt%,CaO0.3lwt%,MgO微量,K2O12.13wt%,Na2O1.26wt%,Li2O3.58wt%,燒失為5.9wt%。
目前,日用陶瓷、建筑陶瓷部分產(chǎn)品中使用有含鋰礦物熔劑原料,尤其是耐熱烹調(diào)陶瓷如耐熱砂鍋產(chǎn)品中使用鋰礦物改善其耐熱性能,經(jīng)濟(jì)效益很好。
5、巖漿巖類熔劑
這類熔劑原料包括有霞石正長巖、花崗巖、班巖、珍珠巖、長英巖、輝綠巖、斜長石等。
霞石正長巖中含有霞石(K2O•3Na2O•4Al2O3•8SiO2)、鉀長石、鈉長石及少量角閃石、云母、菱鎂礦等,是強(qiáng)熔劑原料。霞石正長巖在陶瓷坯體中能明顯降低燒結(jié)溫度,擴(kuò)大燒結(jié)范圍,降低燒成收縮;在釉中能降低膨脹系數(shù),減少釉裂其它巖漿巖原料都可以利用,特別是在建筑陶瓷上燒應(yīng)用,既能降低產(chǎn)品成本,又能適應(yīng)低溫快燒的工藝要求。
6、礦渣熔劑原料工業(yè)礦渣主要用于建筑陶瓷產(chǎn)品的坯料,也可用于陶瓷色釉料。某些工業(yè)礦渣中往往含有較小的熔劑氧化物,燒失量小,收縮不大。因此,工業(yè)礦渣特別適用于低溫快燒的墻地磚坯料。常用的有磷礦渣、高爐礦渣,螢石礦渣等。
(1)磷礦渣含有SiO2、Al203、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、SO3等化學(xué)成分,其主要成分為Si0240wt%左右,Ca040wt%左右。其化學(xué)組成與硅灰石相似,主要礦物組成為非晶質(zhì)假硅灰石。
在磷礦渣中經(jīng)常混有碳,并含有水溶性堿,所以在使用前,最好在1100℃以上煅燒一下。由于磷礦渣與硅灰石性質(zhì)相似,所以是釉面磚的理想原料,可以適應(yīng)高溫快燒工藝,也可以用作色釉原料,但要求其中含F(xiàn)e、Ti等著色氧化物愈少愈好。
(2)高爐礦渣:冶金高爐礦渣中的主要成份為CaO、MgO、Si02、Al2O3。主要礦物組成為鈣、鎂硅酸鹽,一般礦物為鈣鋁硅酸鹽和鈣鎂硅酸鹽。
鈣鋁硅酸鹽有:鈣黃長石(2CaO•Al2O3•SiO2)、鈣長石(Ca0•Al2O3•2Si02)。
鈣鎂硅酸鹽有:鎂黃長石(MgO•2CaO•2SiO2)、鎂硅鈣石(Mg0•3Ca0•2SiO2)、二鈣硅酸鹽(2Ca0•SiO2)、硅鈣石(3Ca0•Si02)、硅灰石(Ca0•SiO2)。
礦渣有許多種形態(tài),如粒狀礦渣、粉碎礦渣、膨脹礦渣、礦棉渣等。在陶瓷制品中一般僅使用粒狀及粉碎礦渣。高爐礦渣最大的特點(diǎn)是不含有游離氧化物,其次是化學(xué)成份較穩(wěn)定,成本低,來源很豐富,完全可以用作陶瓷墻地磚坯料。
除了以上礦渣外,螢石礦渣化學(xué)組成與硅灰石極為相似,因而可以用作墻地磚坯料。此外廢玻璃中以無色平板玻璃較好(含F(xiàn)e203少)。廢平板玻璃是制造陶瓷結(jié)晶釉的主要熔劑原料。在化學(xué)儀器廢玻璃中,由于含有B203,用于陶瓷釉料中可降低熔融溫度和膨脹系數(shù),提高制品的熱穩(wěn)定性。礦渣熔劑原料的使用,對于治理環(huán)境污染、變廢為寶、降低產(chǎn)品成本具有很高的社會(huì)價(jià)值,今后應(yīng)大力推廣。
7磷酸鹽類熔劑原料
陶瓷工業(yè)中常用的磷酸鹽原料主要有動(dòng)物骨灰和磷灰石。動(dòng)物骨灰主要成份為Ca3(PO4)2,還有少量的CaCO3、Mg3-(PO4)2、CaF2等。豬骨的化學(xué)成份為P2O5 46.49wt%,CaO51.90wt%,SiO20.4wt%,Al2O30.13wt%,K2O0.24wt%,Na2O 0.18wt%,其它含量0.66wt%。
骨灰一般由牛、豬、羊等動(dòng)物殘骨經(jīng)煅燒獲得。煅燒前應(yīng)煮沸或采用蒸汽脫脂洗凈,煅燒溫度在900~1300℃之間,煅燒時(shí)一定須通風(fēng)良好,受熱均勻,防止骨灰碳化發(fā)黑。經(jīng)煅燒、球磨、洗滌、除鐵等,加工好的骨灰為白色粉末,其熔點(diǎn)為1700℃。有跡象表明動(dòng)物骨灰在陶瓷中用量越來越多。骨灰可以用作助熔劑,同時(shí)還具有乳濁作用。在釉中加入適量的骨灰可提高釉面光澤度;作為乳濁劑時(shí)能夠使釉不透明。在陶瓷鐵紅釉中,骨灰是重要的原料之一。骨灰是高級瓷器品種——骨質(zhì)瓷的重要原料,在坯料中引入50%左右的骨灰,與長石、石英、高嶺土配制成骨質(zhì)瓷,具有良好的半透明性、裝飾性亦很強(qiáng)。不過骨質(zhì)瓷燒成溫度范圍較窄,約在5~10℃之內(nèi)。若溫度過高將會(huì)導(dǎo)致變形、熱性能及耐化學(xué)腐蝕性變差等缺陷。過去生產(chǎn)骨質(zhì)瓷使用的主要是牛骨灰,因?yàn)樗F量低。由于原料精制技術(shù)的提高,類似豬骨骨灰亦可采用,近年來國外也有制備磷酸鈣化工原料取代動(dòng)物骨灰的。
磷灰石主要化學(xué)成份為磷酸鈣。天然礦物有氟磷灰石及氯磷灰石兩種,通常以氯磷灰石較多,兩種礦石均可形成固熔體。優(yōu)質(zhì)磷灰石還可用于制作骨質(zhì)瓷,也可用于釉料中,但用量亦少。用于建筑衛(wèi)生陶瓷釉料中時(shí),可代替長石。
總之,特殊陶瓷溶劑原料在使用時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況靈活選用。同屬熔劑原料,但它們發(fā)揮的作用卻不一樣,尤其在當(dāng)前提倡低溫快燒工藝,降低生產(chǎn)成本、增加企業(yè)效益過程中,特殊熔劑原料將會(huì)發(fā)揮更大的作用.
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