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標題：透輝石在陶瓷工業中的應用
日期：2007/6/27 源自:中華職工學習網	【字體：】

1、透輝石的特性
　　1. 1礦物學特征
　　透輝石屬于一種鏈狀結構的硅酸鹽礦物，單斜晶系，晶體為短柱狀，集合體呈粒狀，在接觸交代礦床中呈發射柱狀。透輝石的化學成分理論值（%）：CaO=25.9 ，MgO=18.5， SiO2 =55.6，化學式為CaMgSi2O6，顏色為淺線色淺灰色，硬度5.5~6，密度3.27~3.38g/cm3,熔點1390℃，玻璃光澤。
　　1. 2礦物組成
　　透輝石廣泛分布于基性與超基性巖中，在夕卡巖中與石榴石、符山石、硅灰石、方解石等共生。天然透輝石主要為熱液及巖漿成團，它也是含硅的碳酸鹽原巖變質的特征礦物，在中國分布很廣。按純度和共生礦物天然透輝石可分為七大類。各類天然透輝石礦在陶瓷工業中都能找到合適的用途。
　　第一類為高純透輝石礦，僅含少量的方解石雜質礦物，偶爾可見石英和透閃石。它可以作為無線電陶瓷（高頻瓷）、電子陶瓷（高鋁瓷）、高壓電瓷、陶瓷顏料、釉料及穩定性好的結構陶瓷的原料。
　　第二類為透輝石和石英共生礦，透輝石含量在一半以上，雜質礦物除石英外還有方解石，它可以作為高壓電瓷、釉料及熱穩定性好的結構陶瓷原料。
　　第三類和第四類為礦物組成最為復雜的礦石，它們含有波動范圍極大的硅灰石、方解石和石英。按各種礦物的比例將它們稱為硅灰石-方解石-透輝石和硅灰石-透輝石。這兩類礦物還可能含有透閃石、長石、方柱石、黑云母、木石、花崗巖等礦物。從化學成分看，熔劑氧化物含量很高，同時著色氧化物的含量也不低，所以，它們主要作為彩陶、釉面磚和鑄石的原料。
　　第五類為含有磷灰石的透輝石礦，礦石中還常含有方解石，可作地面磚和鑄石的原料。
　　第六類為石英-透輝石礦，石英的含量常高于透輝石的含量，有時還含有少量的方解石和硅灰石，可作為工業玻璃和硅酸鹽耐火磚的原料。
　　第七類為方解石-透輝石礦，這類礦物的透輝石含量較低，透輝石可看方解石礦的雜質礦物，主要用作膠凝材料的原料。
　　1. 3透輝石的化學反應
　　透輝石與高嶺石的反應：
　　1150℃：2（CaO•MgO•2SiO2 ）（透輝石）+4（Al2O3•2 SiO2•2H2O）（高嶺石）
　　2（CaO•Al2O3•2 SiO2）（鈣長石）+2 MgO•2 Al2O3•5 SiO2（堇青石）+3 SiO2（方石英）+2H2O
　　1. 4透輝石的熔劑性能
　　透輝石開始變形溫度1170℃，軟化溫度1280℃，熔融溫度1390℃，軟化范圍110℃，熔化范圍10℃。由于透輝石中CaO、MgO為44.4%。在坯體中引入大量的CaO、MgO降低了坯體的酸度、熔融溫度和玻璃相的粘度，它易潤濕Al2O3、SiO2顆粒，能迅速促進坯體的燒結，起到了強礦化劑的作用。使用透輝石的釉面磚素燒溫度比葉臘石質坯體降低120℃，比硅灰石質坯體降低80℃，燒成周期比葉臘石質、硅灰石質坯體力勞動縮短8小時以上；釉燒溫度比葉臘石質釉面磚降低80℃，比硅灰石質降低40℃，燒成周期比葉臘石質釉面磚縮短7小時，比硅灰石質釉面磚縮短2小時。這表明透輝石的熔劑性能比葉臘石、硅灰石的更好。
　　透輝石在1000~1100℃范圍內，急劇熔解于堿金屬的鋁硅酸鹽熔劑。一方面可析出新的鈣長石晶體，另一方面促進了坯料中游離石英的熔解。最終素中的殘余石英量減少，機械強度和熱穩定性提高，素坯的燒結溫度可降低到釉燒溫度1100℃]。
　　1. 5透輝石的熱學特性
　　透輝石的差熱曲線曲線為一條起伏平緩的曲線，熱效應微弱。透輝石平均熱膨脹系數為7.5×10-6℃（250~800℃）。在升溫過程變化均勻并呈直線變化，它具有良好的熱膨脹特性，這一特性有利于快燒工藝的要求。
　　1. 6透輝石的工藝性能
　　透輝石為柱狀、針狀晶體，無吸附水，層間水，燒失量很低僅為0.22%~1.4%，而粘土的燒失量高達17%左右。透輝石坯體吸水率低，它屬于瘠性材料，能有效減少陶瓷坯體的收縮。透輝石與粘土等組成坯料，由于粘土顆粒很細并有很強的可塑性和粘合能力，而透輝石顆粒較粗且為針狀或柱狀晶體，粗細堆積均勻，坯體內部存在很小的空隙，構成了排水通道，它就賦于泥漿壓濾脫水和泥餅干燥較快的特性，可以實現快速干燥。使用透輝石的坯料成型性能好，坯料干燥強度大，不易產生夾層等缺陷的優良性能。
　　透輝石釉面磚坯體燒成后生成鈣長石、菫青石、方石英等礦物所產生放熱效應較普通釉面磚燒成后生成的鈣長石、莫來石、方石英的熱效應小，反應比較平穩。同時透輝石釉面磚中石英加入量比普通面磚少，可以快速預熱和冷卻，并能大大減小釉面磚冷卻收縮。由于透輝石釉面磚膨脹系數小，可以快速冷卻，這可防止釉面析晶和坯體內Fe2+再氧化成Fe3+，從而提高釉面磚的光澤度和白度。透輝石礦物構成網狀結構，玻璃分布骨架之間，這種網狀空隙有利于釉層的滲透，使坯、釉較好結合。因此，透輝石釉面磚的機械強度、收縮率、產品格率皆優于其它材質的釉面磚。
　　2．應用
　　透輝石于70年代在國外首先被使用，主要原因是國外陶瓷工業面臨三大問題：一是擁有優質高嶺土的國家所產的高嶺土主要用于造工業而使陶瓷工業的原料日漸枯竭；二是陶瓷工業本身面臨能源問題，需要尋找節能原料；三是用于陶瓷工業的長石原料不足，而且價格較貴，雖然人們也找到了硅灰石作為其代用品，并能實現低溫快燒，但硅灰石也不能滿足需要，因此透輝石才開始被利用。直到80年代末90年代初，我國才在陶瓷工業使用透輝石。透輝石是一種新型的陶瓷工業礦產資源，以致我國近兩年出版的有關礦產資源的大型專著都未涉及透輝石。
　　2. 1在建筑陶瓷中的應用
　　采用透輝石一高嶺石一石英系列配方研制低溫二次快燒釉面磚，素燒溫度1080~1120℃，素燒時間80min，釉燒溫度1040~1080℃，釉燒時間80min，所研制的透輝石釉面磚各項性能指標都達到GB4100-83《白色陶質釉面磚》標準要求。與粘土-葉臘石配方相比，素坯燒成溫度降低70~90℃，釉燒時間相比于多孔窯減少16~18h，素燒相比于倒焰窯減少約70h，節能效益明顯。
　　加入40%透輝石的釉面磚素燒周期12h，釉燒周期8h，素燒溫1080℃，釉燒渡1040℃，比傳統的長石質釉面磚燒成周期縮短3至5倍，燒成溫度降低100~200℃，具有較強的抗折強度、熱膨脹系數低、收縮小等優良特性，其經濟效益是十分可觀的。
　　在具有80年代國際先進水平、年產100萬平方米的高級釉面磚生產線上的試產階段，原配方燒成過程經常出現風驚，產量還不到設計能力，同時產品濕膨脹較大，后龜裂嚴重，質量難以提高。新配方以紅粘土和30%的透輝石為主要原料，解決了試產階段遇到的難題，提高了產品質量，降低了坯體素燒溫度和單位產量煤耗，縮短了素燒、釉燒時間，產品抗壓強度提高，超過原設計能力20%，創下了年產120萬平方米的新記錄，并使產品打入了國際市場，企業獲得了明顯的經濟效益和社會效益。
　　在瓷質磚生產中，加入7%~15%的透輝石，坯體瓷化溫度低，燒成范圍寬（1160~1180℃），坯釉結合性能好，坯體尺寸規整不變形。由于透輝石為粒狀，不含結晶水和發揮物，具有良好的熱膨脹特性和助熔效果，其有利于快速升溫和成瓷后的快速冷卻，可顯著縮短燒成周期，降低成本，更易干加工和粉碎，縮短坯料球磨時間，減少原料加工過程中的能耗。
　　應用劣質透輝石制釉面磚。燒成溫度在1030~1100℃范圍內，比傳統粘土質釉面磚燒成溫度低200℃左右，生產周期60~120分鐘，吸水率19%~21%。具有機械強度高，熱穩定性好，吸濕膨脹低等優良特點，大大節省能源，使釉面磚成本大幅度降低，綜合經濟效益十分可觀。
　　透輝石是釉面磚衛生陶瓷低溫快燒的好原料，用于釉面磚的熔塊的較少。如在釉面磚熔塊用透輝石代替方解石、滑石和部分石英有利于熔塊熔制，降低釉燒溫度和釉的膨脹系數，有利于降低釉料成本。透輝石低溫低膨脹乳濁釉的釉燒溫度1040~1080℃，釉燒時間90~120min，釉面白度78~79，釉面光澤度90%~100%，熱膨脹系數7.14×10-6/℃，無色差，對透輝石素坯有良好的適應性，熱穩定性好。
　　在主要含石英、伊利石、高嶺石和赤鐵礦的紅黃粘土外墻配料中，引入10%的透輝石，組成中CaO、MgO含量顯著上升，Al2O3含量下降，原配方中主要以K2O-- Na2O-Fe3O4形成低共熔物，新配方中主要以CaO-MgO-- K2O-- Na2O-- Fe2O3形成低共熔物，其助熔效果明顯加強，燒成溫度由1130℃下降到1100℃，燒成周期45min，由于透輝石燒失量小，無多晶轉變，晶體呈柱狀，可使配料脫水快，噴霧產量提高，生坯料易成型和干燥，整個過程的合格率提高。透輝石的引入，使磚致密、強化、產品的吸水率由8.15%下降到5.93%，抗彎強度由27.82MPa提高到29.97MPa，從而改善了產品質量。
　　以質量百分比：透輝石30~40、葉蠟石10~20、長石5~15、軟質粘土20~30、砂石5~10制成的無釉瓷質磚，燒成溫度1170℃±10℃，燒成周期48min。其吸水率：0.1%~0.2%；抗折強度：45~50MPa；總收縮率：5%~6%，熱穩定性：經20~30次急冷急熱循環未出現炸裂或裂紋。因此，透輝石的引入，降低生產成本，節約能源；縮短燒成周期；熱穩定性好，提高機械強度[16]。
　　2.2在日用瓷中的應用
　　透輝石既能應用于建筑衛生陶瓷的工業中，也能應用于日用陶瓷的工業中。在高嶺石、瓷石中加入5%~15%的透輝石，SiO2/ Al2O3控制在4.23以下，在1240~1280℃的燒成范圍內，制品達到日用細瓷的標準。坯料在低溫還原燒成制定下燒成的大型扁平制品，具有較高的透明度，釉面白中泛青，具有景德鎮的傳統風味。燒成溫度降低到1260℃左右，在節能與提高窯具使用壽面方面，將具有顯著的經濟效益。
　　2．3在電瓷中的應用
　　由于透輝石是一種熔劑性礦物，對高壓電瓷坯料的成瓷過程和瓷體性能產生較好的作用。在高壓電瓷坯料中加入3%~5%的透輝石，就可降低100℃的燒成溫度。若加入10%~20%的透輝石，作為電瓷坯料主要原料之一時，在降低燒成溫度的同時還可改觀電瓷的介電損耗、體積電阻率、工頻電強度等電氣性能，使瓷體強度提高16%~74%。
　　用線度較高(>90wt%)的透輝石礦可代替滑石作為高頻瓷的主要原料，生產工藝和設備無需改變，燒成溫度降低50℃左右，各項性能指標均能符合技術要求。適當降低配料中碳酸鋇的用量和增加透輝石原料用量，可以增大熔體的溫度粘度，從而將坯體燒結范圍拓寬到30~40℃。透輝石瓷比滑石瓷的優點還在于它不存在老化問題，大大提高了瓷件的可靠性和使用壽命。透輝石瓷優良介電性能和較好的機械性能，這歸結于晶相的穩定和細長的針晶特征。
　　透輝石是具有獨特功能和廣闊應用前景的多功能材料。在升溫過程中，透輝石無晶型轉變，無燒失，熱膨脹性能好，能迅速促進坯體的燒結，起到了強礦化劑的作用。透輝石能實現陶瓷的低溫快燒，提高陶瓷的性能，廣泛應用于電瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷工業，是一種很好的新型節能添加劑和陶瓷原料。在建筑陶瓷工業中，透輝石的綜合性能比硅灰石好；對于高頻瓷，透輝石瓷比滑石更優良。人們應進一步對透輝石進行開發和研究，以拓寬其應用范圍，更好地利用這一自然界非再生的、重要的礦產資源。

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